CN1031107A - 通用金属切削液的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种通用金属切削液的制造方法，是将基油与各 种添加剂，在一定工艺条件下进行反应而制得可乳化 切削油，再将可乳化切削油根据加工需要与水以不同 比例配合即成为本发明的通用金属切削液。本方法 工艺简单，操作方便，生产中无废渣、废水排放、无异 味、无污染，同时所生产切削液的通用性强，其润滑、 冷却、防锈、清洗以及抗极压性能优良，适于各种切削 机床加工黑色有色金属和合金工件，可取代现有的硫 化切削油、猪油、豆油、轻柴油、煤油、轧钢机用轧制 油。

Description

本发明属于金属工件加工润滑，尤其是指一种通用金属切削液的制备方法。

为了节约能源，目前国内外金属切削油正向着以水代油的趋势发展，世界各国对水基切削液的使用日益重视，我国在这方面虽取得了一定进展，但同国外样品相比还存在较大差异，目前仍主要靠从国外进口，而美国在金属加工中已广泛采用水基切削液、尤其是极压型切削（润滑）液，这方面的典型例子如U.S.4072，618中所述，该专利中报道的切削油是由矿物基油与极压添加剂组成，其中极压添加剂由两部份组成，一部分是硫化油，另一部分为聚烯烃琥珀酐与聚乙烯（或聚丙烯）乙二醇的硫化反应产物，这种添加剂需要在高温（150-300℃）下经过长时间（约10小时左右）的反应而制得，因此，该方法的反应周期长、能耗大，同时硫化物在高温下有异味，另一方面，该方法生产的切削油在抗极压性、通用性、防锈性等方面仍还不够理想，特别是在化工机械行业高难度攻丝以及反标准件行业机加工工序方面迫切需要一种通用性强、抗极压性好的金属切削液。

本发明的目的在于提供一种新型的金属切削液的生产方法，它不仅能解决一般的以水代油问题，而且所生产切削液的通用性、抗极压性、防锈性等性能优良，能适应各种类型金属加工的不同要求。

本发明的要点是：将基油与各种添加剂按一定比例在一定工艺条件下进行合成，然后将反应制得的可乳化切削油根据加工需要与水以不同比例配合，便成为本发明制得的通用金属切削液。本方法中所用基油为一种液体烷烃、环烷烃、少环长侧链的环烷烃和芳香烃的混合物，即精制10号机械油，所加各种添加剂为表面活性剂、乳化剂、防锈剂、防腐剂、极压添加剂、杀菌剂、消泡剂，各种原料配比为（重量百分比，下同）：

石油磺酸钠（石油磺酸钡）    9-16%

环烷酸铅    2-8%

氯化石腊    4-16%

油酸    3-6%

三乙醇胺    3-6%

硼酸    0.2-1.0%

钼酸钠    0.1-1.0%

精制10号机械油    49-78%

甲基硅油    2-10PPm

上述各种原料均为工业纯的，若无石油磺酸钠也可用石油磺酸钡。本发明中所用的各种添加剂基本上都有双重作用，对改善切削油的性能起到了很好的作用。石油磺酸钠通式为R-SO₃Na（R为烷基），它是一种乳化添加剂，并具有抗盐水浸渍能力，对黑色金属和黄铜防锈性好，其分子中的极性基团（SO₃）牢固地吸附在金属表面，而非极性基团（R）则溶于油中，这样形成一层致密的定向排列的吸附膜，从而阻止了侵蚀性介质侵入;环烷酸铅属有机金属系抗磨添加剂及极压添加剂;在苛刻的摩擦条件下，切削油依靠极性分子（环烷酸铅的化合物）与金属发生化学反应，生成稳定性高的边界油膜，从而减低摩擦、磨损，防止产生卡住、擦伤、烧结（这种性能称抗极压性，又称抗擦伤性能）;氯化石腊系极压添加剂，此极压剂生成的氯化铁薄膜具有与石墨、二硫化钼相似的层状结构，摩擦系数及剪切强度小，熔点较低，故在高速、重负荷加工时，如拉削、攻丝等切削中对改善工件光洁度、保护刀具是非常有效的，此外氯化石腊还起一定的增稠、抗凝作用;油酸为阴离子表面活性剂，在本发明中起加溶、浮化作用，能阻止界面膜的结晶;三乙醇胺起稳定油相，使之成为不分层、并呈透明均相的作用，同时调节和加宽了乳化范围，提高了乳化效率，此外三乙醇胺还是一种水溶性防锈剂，但不宜过量;硼酸在本发明中起杀菌作用，故本发明生产的切削液经长时间放置也不发臭;钼酸钠在本发明中为水溶性的腐蚀抑制剂取代了传统方法中用的亚硝酸盐，它对铸铁、铜、黄铜、铝都有抑制作用，同时，钼酸根阴离子（MuO^＝ ₄）是阴极钝化剂，可促进金属表面氧化膜的形成;10号精制机械油作为本发明的基油，起润滑作用，同时也是防锈添加剂，表面活性剂、稳定剂的载体，其粘度较低，容易深入到定向吸附性分子中去而形成增水性膜，油膜恢复速度快，且容易精制，其理想成份是：烷烃、环烷烃、少环长侧链的环烷烃和芳香烃;甲基硅油为消泡剂，是无色、无味、无毒、中性、不易挥发的液体，对金属不起腐蚀作用，同时硅油抗切变性强，在高温或低温下均能使用，能有效控制泡沫的形成，提高切削液的润滑、冷却、散热性能。

本方法中所用的某些原料，如精制10号机械油、石油磺酸钠等，由于其产地不同、炼制工艺不同，导致成份有所不同而影响产品的乳化性能，因此在工艺中可以采取控制其HLB值（平衡值）的手段来控制，最好控制各原料的HLB值为：石油磺酸钠、环烷酸铅、氯化石腊、三乙醇胺、精制10号机械油均为10～12，油酸为16-18。

本发明的制备方法，在工艺上重点控制反应时间、反应温度、搅拌、配方等四要素，其合成工艺条件为：

1、按照上述配比，称取精制10号机械油投入反应釜中搅拌升温至100-130℃脱水（精制10号机械油中含水约0.2%）。脱水后降温至90-110℃，在搅拌下加入环烷酸铅，使其全部溶解，混合均匀。搅拌反应时间控制在20-40分钟。

2、在90-100℃时加入油酸及石油磺酸钠（或石油磺酸钡），并继续搅拌20-40分钟，使其全部溶于油中。加料时需待前一种原料完全溶解后才加入后一种原料。

3、在不断搅拌的情况下，使温度降至70-90℃，加入氯化石腊，使其全部溶于油中。搅拌反应时间控制在20-40分钟。

4、在不断搅拌的情况下，使温度降至70-80℃，徐徐加入三乙醇胺，搅拌反应时间在20-30分钟。

5、在不断搅拌的情况下，加入钼酸钠及硼酸，搅拌反应20-30分钟后，加入甲基硅油，搅拌反应10-20分钟，取样进行分析，合格即为成品。

实验中发现：环烷酸铅最好在反应后期加入，故可先用少量精制10号机械油将其溶解后备用，在反应后期温度较低时加入到反应混合物中进行反应。

由上述步骤得到的切削油产品，使用时根据不同的加工需要加水配合，即成为本发明生产的通用金属切削（乳化）液。其具体用法举例见表1。

本发明的主要优点在于：

1、本方法工艺简单，操作方便，生产中不使用亚硝酸盐和硫化物型添加剂，生产过程无毒、无刺激、无异味，生产中无废渣、废水排放，无污染;

2、本方法生产的切削液通用性强，除了具有良好的润滑、冷却、防锈性能外，尤其具有优良的抗极压性能，可适用于车、铣、锯、插、拉、磨等机床上加工铸、锻、钢、不锈钢等工件，能提高加工工件表面光洁度，并可延长刀具使用寿命，能取代目前金属切削机床使用的硫化切削油、猪油、豆油、轻柴油、煤油、轧钢机用轧制油、水压机液压油等，尤其是解决了对高压法兰M80、M64及其它标准件螺纹攻丝、大型滚齿机、深钻孔和进口机床等高难度加工切削的关键用液，从而使过去存在的螺纹表面不光滑、丝锥断裂、塞止规通过等问题得以较好解决;

3、本方法生产的切削液具有防腐性，对工件表面能形成一层防腐膜，在自然条件下，其本身有效防腐期15天以上，可满足上下工序间工件防锈要求，无需另作防锈处理;

4、本方法生产的切削液润滑性好，能代替普通机床上使用的10号、20号机械润滑油;

5、本方法生产的切削油产品乳化性能好，可根据加工需要与自来水以不同比例配合，且不受水质限制，反复使用时间长达半年以上;

6、本方法中所有原料立足国内，既可节约大量外汇，又降低了产品成本。

本发明方法生产的切削液与美国芝加哥斯塔特石油公司生产的COdOL-0748极压切削液主要性能对比见表2（此为机械工业部广州机床研究所的分析测试结果），从表2可知，本发明生产的切削液的抗极压值（PB）为90公斤，而美国产品为65公斤;此外，本方法生产的切削液还具有防锈性能好、通用性强、使用寿命长等优点。从价格来说，本方法生产的切削油产品售价仅为美国产品的二分之一左右。

实施例1：

按照100克原料重量百分比配方。

1、称取5克精制10号机械油（HLB为11.4）加热至100-110℃，加入5.5克环烷酸铅（HLB值为11.5）搅拌，使其全部溶于精制10号机械油中，备用。

2、称取49克精制10号机械油于另一烧杯中，水浴加热，升温至100-120℃进行脱水，然后降温至90-100℃，加入油酸5克（HLB值为16.8），搅拌30分钟，控制温度在90-100℃时加入石油磺酸钠（HLB值为11.4）15克，在加入油酸及石油磺酸钠时要不断搅拌，使其混合反应均匀。

3、在不断搅拌下使温度降至70-80℃，加入第1步备好的油和环烷酸铅的混合物，再加入氯化石腊（HLB值11.0）15克，控制温度在70-80℃反应20-30分钟后徐徐加入三乙醇胺（HLB值11.4）5克使其充分反应，然后加入钼酸钠0.2克及硼酸0.5克、甲基硅油2P.P.M进行充分搅拌，控制温度50-60℃下搅拌反应30分钟，即成为成品，经分析PB值为90公斤。

Claims (6)

1、一种通用金属切削液的制造方法，是将可乳化切削油与水进行乳化而制得，可乳化切削油是向基油中添加极压添加剂而制得，其特征在于在可乳化切削液的制备中除向基油中添加极压添加剂外，还分别添加乳化剂、表面活性剂、防锈剂、防腐剂、杀菌剂、消泡剂，由基油与各种添加剂进行反应而制得可乳化切削油，并控制各种添加剂的加入温度及搅拌反应时间。

2、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于本方法中所用添加剂是石油磺酸钠（或石油磺酸钡）、环烷酸铅、氯化石腊、油酸、三乙醇胺、硼酸、钼酸钠、甲基硅油，所用基油为精制10号机械油。

3、根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于可乳化切削油的原料配比为（重量百分比）：

石油磺酸钠（石油磺酸钡）  9-16%

环烷酸铝  2-8%

氯化石腊  4-10%

油酸  3-6%

三乙醇胺  3-6%

硼酸  0.2-1.0%

钼酸钠  0.1-1.0%

甲基硅油  2-10（PPm）

精制10号机械油  49-78%

4、根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于本方法中所用石油磺酸钠、环烷酸铅、氯化石腊、三乙醇胺、精制10号机械油的HLB值均为10-12，油酸为16-18。

5、根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于本方法中所用原料均为工业纯。

6、根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于可乳化切削油与水可以任意比例配合，且不受水质限制。