CN103421592B - 一种切削液和切削浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切削液和切削浆，其中，所述切削液包括68～98.98wt%的亲水性多元醇和/或其衍生物，0.01～10wt%的有机硼酸酯，所述有机硼酸酯含有元素S和元素P，0.1～3wt%的铜合金缓蚀剂，0.1～3wt%的铝合金缓蚀剂，1～20wt%的水。所述切削浆按重量份数包括100份上述切削液和50～200份磨料。本发明中，所述切削液和切削浆在高负荷条件下具有良好的抗磨、耐磨性能，并且分散稳定、粘度稳定。

Description

一种切削液和切削浆
技术领域
本发明涉及切削液技术领域，尤其涉及一种切削液和切削浆。
背景技术
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。
切削液包括含有矿物油和添加剂的油基切削液，含有聚乙二醇或聚丙二醇作为主要组分的二醇基切削液，以及表面活性剂水溶液形式的水性切削液。然而，油基切削液在切削点的冷却效果差，油基切削液会污染加工件或工具，需要用有机溶剂进一步进行清洗，对环境不友好，二醇基切削液和水性切削液在切削操作中的粘度稳定性以及磨料的分散稳定性方面表现较差。
CN101921648公开了一种水性切削液和浆，含有0.01～20wt％改性有机硅的水性切削液，其具有磨料的分散稳定性、粘度稳定性、以及较高的加工精度的优点。但是，金属表面在高负荷条件下非常容易发生烧结、卡咬、刮伤等磨损，造成工件的损伤。
发明内容
本发明提供了一种切削液和切削浆，其在高负荷条件下具有良好的抗磨、耐磨性能，并且分散稳定、粘度稳定。
一种切削液，包括：
68～98.98wt%的亲水性多元醇和/或其衍生物；
0.01～10wt%的有机硼酸酯，其中，所述有机硼酸酯含有元素S和元素P，所述有机硼酸酯具有如下结构：
其中，R1、R2、R3独立地选自H、C1-C10的饱和烃基、C1-C10的不饱和烃基、C1-C10的环烷烃基或C1-C20的芳香烃基中的任意一种；
0.1～3wt%的铜合金缓蚀剂；
0.1～3wt%的铝合金缓蚀剂；
1～20wt%的水。
其中，所述有机硼酸酯的含量包括0.05wt%、0.9wt%、2.3wt%、3.2wt%、4.6wt%、5.5wt%、6.5wt%、7.9wt%、8.2wt%、9.6wt%等；优选0.1～6wt%，且更优选0.1～4wt%。低于0.01wt％导致抗挤压耐磨性降低，而高于10wt％导致切削液不稳定，易分层。
有机硼酸酯是正硼酸中的氢被有机基团取代后的衍生物和偏硼酸酯。在有机硼酸酯中，碳元素与硼元素的原子个数之比越大，抗磨损效果越好。在有机硼酸酯中，元素S和元素P为润滑的活性元素，S和P可以与金属表面发生反应，生成金属硫化物、磷化物，从而起到抗磨和抗极压的作用。
所述R1、R2、R3包括饱和烃基例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、异丙基、新戊基或癸基等，环烷烃基例如环戊基或环己基等，不饱和烃基包括癸烯、壬烯、辛二烯或己烯等，芳香基例如苯乙基、苯丙基或二苯丁基等。
其中，亲水性多元醇及其衍生物的例子包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、三丙二醇，和聚乙二醇中的任意一种或至少二种的组合。在聚乙二醇中，优选为具有平均分子量为200～1000的聚乙二醇。例如，使用聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇500、聚乙二醇700、聚乙二醇800等。所述亲水性多元醇或其衍生物选自平均分子量为200～1000的聚乙二醇，优选聚乙二醇300和聚乙二醇500。所述亲水性多元醇或其衍生物在20℃具有至少为5wt%的水中溶解度和具有达到0.01mmHg的蒸汽压。
低于68wt％的亲水性多元醇和/或其衍生物会导致磨料分散性降低，而多于98.99wt％会导致粘度过大、加工精度降低。
其中，该切削液包括0.1～3wt%的铜合金缓蚀剂，0.1～3wt%的铝合金缓蚀剂；所述铜合金缓蚀剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、巯基苯并噻唑中任意一种，所述铝合金缓蚀剂为偏硅酸钠、原硅酸钠、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
所述水的含量为1.3wt%、2.0wt%、4.5wt%、9.2wt%、11.3wt%、13.5wt%、15.6wt%、18.2wt%、19.3wt%、19.8wt%等。低于1wt％的水会导致诸如流动性差、加工精度降低这样的问题，而加入多于20wt％的水会导致切削液具有诸如低的粘度稳定性这样的问题。
在优选技术方案中，本发明所述切削液按重量百分比包括如下组分：
72～90wt%亲水性多元醇和/或其衍生物；
0.1-6wt%有机硼酸酯；
0.5～2wt%的铜合金缓蚀剂；
0.5～2wt%的铝合金缓蚀剂；
2-16wt%的水。
本发明还提供了一种切削浆，按重量份数包括如下组分：切削液100份和磨料50～200份，其中，磨料包括碳化硅、氧化铝和金刚石，优选磨料为碳化硅和/或金刚石。含有小于50重量份磨料的切削浆可能效果较差从而切削硅锭花费较长的时间，大于200重量份的磨料的切削浆可能会影响分散。
本发明中，切削浆在高负荷条件下具有良好的抗磨、耐磨性能，并且分散稳定、粘度稳定。
具体实施方式
实施例
本实施例中，一种切削液，包括：
68～98.98wt%的亲水性多元醇和/或其衍生物；
0.01～10wt%的有机硼酸酯，其中，所述有机硼酸酯含有元素S和元素P，所述有机硼酸酯具有如下结构：
其中，R1、R2、R3独立地选自H、C1-C10的饱和烃基、C1-C10的不饱和烃基、C1-C10的环烷烃基或C1-C20的芳香烃基中的任意一种；
0.1～3wt%的铜合金缓蚀剂；
0.1～3wt%的铝合金缓蚀剂；
1～20wt%的水。
实施例1
通过混合15wt％的去离子水，18wt％的聚乙二醇PEG700，58wt％的二甘醇，0.5wt%的铜合金缓蚀剂，0.5wt%的铝合金缓蚀剂，并向其中加入8wt％的有机硼酸酯，其中，R1为异丙基、R2为甲基，R3为癸基，制备得到上述切削液。然后，将上述切削液和碳化硅磨料混合并搅拌获得切削浆。
实施例2
通过混合5wt％的去离子水，23wt％的PEG200，60wt％的二甘醇，1wt%的铜合金缓蚀剂，2wt%的铝合金缓蚀剂，并向其中加入9wt％有机硼酸酯，其中R1为异丙基、R2为甲基，R3为癸基，制备得到上述切削液。然后，将上述切削液和碳化硅磨料混合并搅拌获得切削浆。
实施例3
通过混合10wt％的去离子水，8wt％的PEG1000，78wt％的二甘醇，1wt%的铜合金缓蚀剂，1wt%的铝合金缓蚀剂，并向其中加入2wt％有机硼酸酯，其中R1为异丙基、R2为甲基，R3为癸基，制备得到上述切削液。然后，将上述切削液和碳化硅磨料混合并搅拌获得切削浆。
对比例
以CN101921648公开的实施例2为对比例，具体操作如下：
通过混合13％的去离子水，18％的PEG200，和68％的二甘醇制备，并向其中加入1％的用分子式R2 2.21R3 0.27SiO0.76表示的聚醚改性的有机硅，其中R2为甲基且R3为-C3H6O(C2H4O)7.6H。该切削液和碳化硅磨料混合并搅拌直到获得用于切削硅锭的切削浆。
对比试验
将实施例1-3和对比例静置24h，测量其平均粒径来测量该切削浆的动态接触角并评价磨料的分散稳定性；，通过梯姆肯试验（抗极压性能）来测量抗挤压性能；通过四球机试验（最大无卡咬负荷）来测量耐磨性。
动态接触角 抗极压性能（N） 耐磨性（N）
实施例1 11 300 1000
实施例2 11 302 1020
实施例3 12 303 1050
对比例 12 265 905
可以看出，本发明提供的切削液在抗挤压性能和耐磨性方面，比对比例表现优异，具有显著性的进步。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种切削液，其特征在于，由如下组分组成：
68～98.98wt％的亲水性多元醇和/或其衍生物；
0.01～10wt％的有机硼酸酯，其中，所述有机硼酸酯含有元素S和元素P，所述有机硼酸酯具有如下结构：
其中，R1、R2、R3独立地选自H、C1-C10的饱和烃基、C1-C10的不饱和烃基、C1-C10的环烷烃基或C1-C20的芳香烃基中的任意一种；
0.1～3wt％的铜合金缓蚀剂；
0.1～3wt％的铝合金缓蚀剂；
1～20wt％的水；各组分的重量百分比之和为100％；
所述亲水性多元醇和/或其衍生物选自乙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、三丙二醇或聚乙二醇中的任意一种或至少二种的组合；
所述铜合金缓蚀剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、巯基苯并噻唑中任意一种；
所述铝合金缓蚀剂为偏硅酸钠、原硅酸钠、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的切削液，其特征在于，所述亲水性多元醇和/或其衍生物选自平均分子量为200～1000的聚乙二醇。
3.如权利要求2所述的切削液，其特征在于，所述亲水性多元醇和/或其衍生物选自平均分子量为300的聚乙二醇或平均分子量为500的聚乙二醇。
4.如权利要求1-3中任一项所述的切削液，其特征在于，由如下组分组成：
72～90wt％亲水性多元醇和/或其衍生物；
0.1-6wt％有机硼酸酯；
0.5～2wt％的铜合金缓蚀剂；
0.5～2wt％的铝合金缓蚀剂；
2-16wt％的水；各组分的重量百分比之和为100％。
5.一种切削浆，其特征在于，所述切削浆按重量份数包括如下组分：权利要求1-4中任一项所述的切削液100份和磨料50～200份，其中，所述磨料为碳化硅、氧化铝、金刚石中一种或多种组合。
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