微乳切削液配方分析

2012-10-06 16:00阅读：

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微乳切削液配方分析
一.切削液背景
切削液是一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体,切削液由多种超强功能助剂经科学复合配伍而成，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的毛病，对车床漆也无不良影响，适用于黑色金属的切削及磨加工，属当前最领先的磨削产品。切削液各项指标均优于皂化油，它具有良好的冷却、清洗、防锈等特点，并且具备无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点。

二.典型切削液介绍（微乳切削液）
金属切削液一般含有润滑剂、极压剂、表面活性剂、防锈剂、防腐剂、消泡剂等添加剂。
2.1

微乳型切削液
现代半合成切削液 ,俗称微乳 ,即按一定的比例稀释到水中 ,广泛用于金属切削等加工工艺上 ,消除了乳化型及合成型切削液的缺点 ,同时把该两种切削液的优点集于一体 ,它广泛作为机械加工润滑、冷却用，具有良好的润滑、冷却、防锈、清洗等功能。其主要成分是水和表面活性剂, 矿物油、脂肪油和极压剂含量均低于乳化油。微乳化油中包括了油、水、表面活性剂、防锈缓蚀剂、油性剂、极压剂、防霉杀菌剂等成分。
(1)油相和水相: 微乳化油含量一般为 10 %～30 % ,油不仅有润滑作用 ,而且是油溶性添加剂的载体。微乳化油中的水分最高含量为 45 % ,大量水的存在是有别于乳化油的一个主要特征。这不仅是偶和表面活性剂的需要 ,也为各类水溶性添加剂的使用提供了必要条件。从环境和健康出发 ,要求油中芳烃的含量小于 10 %;从与添加剂的配伍性出发。石蜡基与环烷基的c础油较好。常选用；机械油、植物油、白油、15号石腊基油。
油不仅有润滑作用 ,而且是油溶性添加剂的载体。从环境和健康出发 ,要求油中芳烃的含量小于 10 %;从与添加剂的配伍性出发 ,石蜡基与环烷基的基础油较好。
(2)表面活性剂: 微乳化液中分散相的高度细化和体系的稳定性是依靠表面活性剂的润湿、分散、乳化、增溶等作用实现的。在乳化油中 ,表面活性剂的用量为 20 %～25 % ,而在微乳化油中，其用量可高于40 % ,以保证分散相油滴细化 ,使体系保持高度稳定性。表面活性剂是使油和水乳化的关键性物质 ,一般分为3种类型:阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。阳离子型表面活性剂通常使乳液显酸性 ,使乳液容易腐败变质 ,故极少用。阴离子型表面活性剂的特点是乳化性能好，并有一定的清洗和润滑性能 ,但抗硬水能力差 ,并易起泡。常与非离子型表面活性剂配对使用。非离子型表面活性剂在水中不电离 ,其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(一般为醚基和羟基)构成 ,不宜受强电解质无机盐类存在的影响 ,也不易受酸碱的影响 ,与其它类型的表面活性剂相溶性好 ,能很好地混合使用 ,但由于在溶液中不电离 ,故在一般的固体表面上不易发生强烈的吸附 ,另外 ,随温度的升高 ,很多非离子型表面活性剂溶解度降低甚至不溶 ,这样会造成乳液浑浊。所以 ,通常通过调整阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的配比 ,使H LB值与分散相匹配 ,以获取最佳的分散、乳化效果 ,这是能否获得一个均一、稳定的体系的关键。大量表面活性剂的参与使微乳化液的渗透、清洗能力比乳化液大大增强 ,有利于保持刀具刃面和砂轮的锋利以及切削加工面的清净度 ,从而提高了切削效率和加工精度。常用阴离子和非离子表面活性剂复配使用效果较好。常用表面活性剂：脂肪酸皂, 石油磺酸盐脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、吐温、脂肪酸烷基酰胺、山梨糖醇酯, 聚醚等
(3)防锈缓蚀剂: 为了保护机床、刀具及工件不受乳液的侵蚀 ,要在切削液中加入防锈缓蚀剂 ,以期在金属表面形成保护膜 ,或者形成钝化膜。防锈添加剂主要由水溶性防锈剂和油溶性防锈剂两大类。水溶性添加剂有亚硝酸钠、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸盐、铬酸盐、植酸、苯甲酸钠、钼酸钠和无水碳酸钠等。他们与金属发生作用 ,并在金属表面生成不溶性的致密的氧化膜 ,阻止金属的电化学腐蚀。这类防锈剂多是电解质 ,用于乳液时，用量不易过大 ,以免发生电解现象而破坏乳液。油溶性防锈剂主要有磺酸盐、高分子羧酸及其金属皂盐类、酯醇类、胺类、磷酸酯等。他们是极性很强的化合物 ,能优先吸附在金属表面或与表面化学反应生成保护膜 ,抑制氧及水对金属的接触 ,因此 ,它会与极压剂在金属表面的吸附发生竞争 ,使乳液的极压性下降。亚硝酸钠有致癌作用 ,在西方发达国家 ,和一些发展中国家已为禁用产品。二乙醇胺的含量也不应超过1 % ,因其在空气中容易氧化成致癌物质。常用的环境友好缓蚀剂如脂肪酸衍生物、胺类、咪唑啉类及三唑类。
(4)油性剂: 为了保护刀具 ,提高加工质量 ,此类添加剂是微乳化油中不可缺少的组分。这类添加剂主要有动植物油脂 ,聚合脂肪酸及其皂 ,脂肪醇及多元醇 ,硫化油脂 ,酮类 ,胺类等有机物。它们是具有极性基的分子,能在金属表面形成定向吸附膜。在金属加工中 ,此膜能减少工件、切削、刀具之间金属的直接摩擦 ,降低工件表面粗糙度 ,提高工件精度并延长刀具使用寿命。
(5)极压剂: 极压剂是含硫、磷、氯等元素的化合物 ,这些化合物在高温下与金属表面发生化学反应 ,生成化学吸附膜。化学吸附膜与物理吸附膜相比,耐较高的温度,故可用于极压润滑摩擦状态。国内广泛采用氯化石蜡、硫化脂肪油、硫氯化棉子油、亚磷酸二丁酯、磷酸三乙酯、ZDDP 等作为极压剂。在磷类极压剂中引入 N、S、B 等元素形成的极压剂效果不错。P - N 具有较高的承载能力S - P - N型磷元素在低速高扭矩条件下效果最好 ,在高速冲击负荷下效果很差 ,但硫元素在高冲击下对提高极压性能却最为有效 ,此外 ,由于胺的存在抑制了酸性磷酸酯的化学腐蚀磨损 ,所以该类极压抗磨添加剂具有较好的极压性、防锈性和抗氧化性，B - P - N 型则具有良好的抗铜腐蚀性和优良的极压抗磨性能。
有机硼酸酯分子中引入活性元素硫和磷则具有多种性能 ,除了增强抗氧化和减摩作用外 ,其抗磨性和摩擦改性均变好;若引入氮元素 ,可明显提高承载能力和抗磨性能。
有机钼化合物作为极压抗磨添加剂,不仅具有优良的抗磨、减摩、抗极压性能 ,而且还有防腐蚀性能。
二聚酸及其衍生物是水基金属加工液良好的添加剂,与水相溶而生成透明的水溶性润滑液。其油性基团具备良好的减摩抗磨作用 ,在极压条件下 ,二聚酸与摩擦表面反应生成二聚酸金属盐皂膜起极压抗磨作用 ,此外 ,还能提供防锈性。其可用于多种金属材料加工 , 包括含铁和非铁金属 ,如钛、镁、黄铜、铜、青铜或其它相类似的易于被污染的金属的加工。由于油基产品向水基产品发展 ,水溶性极压剂的研究也越来越受到人们的重视。这类产品有脂肪酸的有机硫磷酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯 ,烷基氧乙烯醚有机磷酸胺盐等。最近发现 ,高碱值磺酸盐在重金属加工中用作惰性极压剂(PEP) ,能在金属表面形成物理覆盖的碳酸盐保护膜 ,具有低剪切强度 ,在金属加工中具有优异的极压润滑性能 ,与含硫极压剂复合使用有显著的协同效应 ,对多数金属没有腐蚀 ,且具有防锈作用 ,对人和环境基本无害 ,符合工业卫生和环保要求。还能改善表面光洁度 ,有极好的防锈能力 ,对大多数金属不腐蚀 ,安全并无环境污染。
(6)防霉杀菌剂：微乳液容易滋长微生物 ,使加工液变质 ,使用寿命变短。常用的杀菌剂有甲醛释放剂、酚类化合物、水杨酸类、杂环化合物等。目前 ,我国常用的为三丹油。邻苯基苯酚, 四氯代酚。对氯间二甲基酚, 六氢化三吖嗪, 三溴水杨酰胺和二溴水杨酰胺的混合物等
(7)其他助剂; 微乳化液中使用的辅助添加剂还有消泡剂(硅油乳剂, 高级醇)、稳定剂（十二醇）偶和剂、 pH调整剂、金属离子掩蔽剂等。消泡剂常用的为硅油类 ,其不溶于水 ,分散于水中 ,不能加多 ,否则 ,体系易浑浊。偶和剂用来增加体系的稳定性 ,其性能取决于自身的亲水 - 亲油之间的平衡。体系pH值应保持在8～10之间 ,pH值过低 ,易滋生细菌霉变;pH值过高 ,铝腐蚀严重。金属离子掩蔽剂能络合水中的钙镁离子。这些添加剂如何使用 ,应根据具体情况而定。
2.2常见微乳切削液的配方表

组分	投料量（g/L）
15号基础油	200~220
蓖麻油三乙醇胺	200~220
妥尔油	30~80
硼酸	150~200
杀菌剂	10~30
消泡剂	10~30
表面活性剂（tx-10）	25~50
聚乙二醇	25~50
石油磺酸钠	100~130
磷酸钠	100~130
水	余量

三.市面常见切削液
油基切削液、水基切削液、环保长效切削液、加工中心专用切削液、微乳化切削液、极压切削油、拉丝油、金属磨削液、玻璃磨削液、油基磨削液、水基磨削液、切削油、线切割液、切割冷却液、线切割工作液、单硅片切割液、多晶硅切割液、蓝宝石切割液
乳化液、冲压油、淬火剂、高温油、极压切削液、、防锈油、发黑剂、拉深油

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