CN103820197A - 一种全合成金属切削液 - Google Patents

Abstract

一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：极压润滑剂：18-20％；其中包括：硼酸：5.1％-5.7％；二乙醇胺：8.6％-9.2％；硫脲：4.3％-5.1％。防锈剂：6-7％；其中包括：三乙醇胺：2.1％-2.3％；四硼酸钠：1.9％-2％；葡萄糖酸钠：1.7％-1.9％。消泡剂：0.1-0.5％；杀菌剂：0.5-1％：剩余含量为去离子水。其配制方法为：1)合成有机硼酸酯；2)合成极压润滑剂；3)配制防锈剂；4)配制全合成金属切削液。结果表明，所制得的切削液透明稳定，具有优良的挤压抗磨性能和防锈性能，能用于加工铝合金、铸铁、碳钢和铜等多种材质，各项性能指标与国外同类高档产品相当，达到了环保、节能、降耗的效果。

Description

一种全合成金属切削液

技术领域

本发明涉及切削液领域，特别涉及一种不含Cl、P等有毒有害元素、容易制备、配方简单的全合成金属切削液。

背景技术

目前，国内学者对全合成切削液的研究取得了一定进展。例如纪红兵，戴恩期，李朝圣.绿色制造用高性能水基全合成切削液[J].润滑与密封.2012,37(3)：107-111.研制出以聚醚类等为润滑添加剂的全合成切削液，该种切削液水溶性好，极压添加剂不含有害物质，但配方相对比较复杂，合成方法比较繁琐，防锈性能也有待于进一步提高；Xia YQ，Liu W M，Xue Q J.Tribological properties of P-andN-containing or ganic compounds as potential extreme-pressure andantiwear additives[J].Lubrication Science,2003，15：173-183.发现磷-氮型极压抗磨添加剂具有承载能力高、复配性好和润滑优良的特性，但该种切削液含有P元素，会使河流、湖泊因富营养化而出现赤湖，还有些学者选择以短链氯化石蜡作为切削液极压润滑剂，虽然提高了切削液的极压润滑性能，但氯化石蜡是海水污染物之一，不符合绿色环保的要求。虽然国内现在的全合成切削液具备了一定的冷却和清洗功能，具有良好的可见性，但是大部分全合成切削液的极压剂含有Cl、P等有毒有害元素，或者有很少一部分全合成切削液中不含有毒有害物质，但其制备过程繁琐，配方复杂，防锈性能也需要做进一步的提高。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明针对国内全合成切削的上述现状，合成了一种不含Cl、P等有毒有害元素、容易制备、配方简单的全合成切削液。该种切削液绿色环保，使用寿命长，配方简单，容易生产，透明稳定，具有优良的挤压抗磨性能和防锈性能，能用于加工铝合金、铸铁、碳钢和铜等多种材质，各项性能指标与国外同类高档产品相当，达到了环保、节能、降耗的效果。满足国内市场的需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：

所述金属切削液的配制方法为：

1、有机硼酸酯的合成

在圆底烧瓶中按比例混合硼酸和二乙醇胺，将其放在磁力搅拌油浴槽内，装上冷凝装置，保证装置的密封性，于140℃下反应，1h后，无水生成，停止反应；

2、极压润滑剂的合成

在上述步骤1合成的硼酸酯中按比例加入硫脲，继续反应1h后，停止反应；冷却后，得到黄绿色黏稠溶液；加入适量热水，溶解产物，并将产物转移。

3、防锈剂的配制：按比例取三乙醇胺、四硼酸钠、葡萄糖酸钠，投装入有适量水的烧杯中，机械搅拌，使其均匀的溶于水中，并将PH值调至8-10。

4、取上述2合成的极压润滑剂18％-20％，取上述3配制的防锈剂6％-7％，取消泡剂0.1％-0.5％，取杀菌剂0.5％-1％，余量为去离子水，配制既得所述的全合成金属切削液。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明金属切削液能满足切削液对润滑、防锈、冷却、清洗四个方面性能的要求，同时产品的制造工艺简单，性能稳定，原材料价廉且来源丰富。

2、有机硼酸酯是具有多种功能的切削液添加剂，研究表明，该类添加剂具有一定的润滑性能，同时具有良好的减摩抗磨性、抗氧化安定性，而且不像传统的氯、磷型极压剂，含有P、Cl等对对环境有害的元素，也不会对材料有腐蚀性和选择性。由于有机硼酸酯与硫脲复配，会改善切削液的润滑极压性能本发明选用了二乙醇胺硼酸酯与硫脲复配作为润滑、极压剂，得到了具有优良的润滑、极压性能的全合成切削液。

3、防锈剂的防锈原理是在金属表面形成一层或多层保护层，阻止腐蚀介质与金属表面的接触。因此防锈剂大多采用一些极性物质，其分子结构特点是：一端是极性很强的基团，具有亲水性；另一端是非极性的烷基，具有疏水性。当含有防锈剂的溶液与金属接触时，防锈剂分子中的极性基团能吸附于金属表面，而疏水性的烃基在金属表面形成保护膜，防止水分侵蚀金属表面，起到防锈作用。常用的水溶性防锈剂有无机盐和有机物两类。无机盐主要为亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐等，其中亚硝酸盐、磷酸盐因其毒性而受到限制使用，硅酸盐易于凝胶，钼酸盐价格昂贵；硼酸盐单独使用，防锈性能不理想。因此，本发明中通过硼酸盐与葡萄糖酸钠、四硼酸钠等复配，得到了具有一定防锈性能的防锈剂。此外，碱性防锈剂对酸性物质具有中和作用，可使金属免受酸的侵蚀所以，作者又将硼酸盐、葡萄糖酸钠、四硼酸钠与三乙醇胺复配，得到了防锈性能极其优良的防锈添加剂。

4、本发明通过正交实验，确定了防锈剂和润滑、极压添加的最佳配方，研制了一种具有优良的润滑、防锈、清洗及冷却性能的全合成切削液。该切削液不含亚硝酸钠、氯、酚类、对叔基苯甲盐等对人体和环境有毒有害的物质，以水为主要成分，加入一些无害、高效的添加剂；高效、绿色环保，配方简单、容易制备；抗微生物能力强，不易变质；为澄清透明状态，便于加工工件，保持加工环境的清洁。该切削液综合性能指标同于或优于国外同类先进产品，但价格比国外同类产品低；与国内同类产品比较，该产品环保、高效，原料价廉易得，配方简单，产品容易合成和配制，可极大的减少生成成本，满足国内市场需求，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明内容做进一步详细描述，若无特殊描述，所使用试剂及设备均为市售常用试剂及设备。

实验器材及试剂

试剂及材料：硼酸；二乙醇胺；硫脲；三乙醇胺；四硼酸钠；葡萄糖酸钠；一级灰口铸铁片、紫铜片、铝合金片、45^#钢片、镁试片(执行HG／T3523-2008标准试片要求)。

仪器：四球极压摩擦实验机(MQ-800，济南实验机厂生)，转速(1440+60)r／min，执行标准GB／3142；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司)；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)；电子天平。

为说明本发明方案所达到的效能，特配制对比例，改变组组分中硫脲的含量，实现最佳配比。

实施例1

一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：

所述全合成金属切削液的配制方法包括如下步骤：

(1)极压润滑剂的合成方法

在250ml圆底烧瓶中18g硼酸和30g二乙醇胺，将其放在磁力搅拌油浴槽内，装上冷凝装置，保证装置的密封性，于140℃下反应，1h后，待无水生成，加入11g硫脲，继续反应1h后，停止反应；冷却后，得到黄绿色黏稠溶液；加入适量热水，溶解产物，并将产物转移。

(2)防锈剂的配制：取三乙醇胺7.5g、四硼酸钠6.5g、葡萄糖酸钠6.0g，投装入有适量水的烧杯中，机械搅拌，使其均匀的溶于水中，并将PH值调至8-10。

(3)全合成浓缩液的配制：取上述(1)合成的极压润滑剂18％，取上述(2)配制的防锈剂6％，取消泡剂0.1％，取杀菌剂0.5％，余量为去离子水，配制成所述的全合成浓缩液

实施例2

一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：

所述全合成金属切削液的配制方法包括如下步骤：

(1)极压润滑剂的合成方法

在250ml圆底烧瓶中19g硼酸和31g二乙醇胺，将其放在磁力搅拌油浴槽内，装上冷凝装置，保证装置的密封性，于140℃下反应，1h后，待无水生成，加入17g硫脲，继续反应1h后，停止反应；冷却后，得到黄绿色黏稠溶液；加入适量热水，溶解产物，并将产物转移。

(2)防锈剂的配制：取三乙醇胺8g、四硼酸钠7g、葡萄糖酸钠6.5g，投装入有适量水的烧杯中，机械搅拌，使其均匀的溶于水中，并将PH值调至8-10。

(3)全合成浓缩液的配制：取上述(1)合成的极压润滑剂19％，取上述(2)配制的防锈剂7％，取消泡剂0.4％，取杀菌剂0.75％，余量为去离子水，配制成所述的全合成浓缩液。

实施例3

一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：

所述全合成金属切削液的配制方法包括如下步骤：

(1)极压润滑剂的合成方法

在250ml圆底烧瓶中20g硼酸和32g二乙醇胺，将其放在磁力搅拌油浴槽内，装上冷凝装置，保证装置的密封性，于140℃下反应，1h后，待无水生成，加入30g硫脲，继续反应1h后，停止反应；冷却后，得到黄绿色黏稠溶液；加入适量热水，溶解产物，并将产物转移。

(2)防锈剂的配制：取三乙醇胺8g、四硼酸钠7g、葡萄糖酸钠6.5g，投装入有适量水的烧杯中，机械搅拌，使其均匀的溶于水中，并将PH值调至8-10。

(3)全合成浓缩液的配制：取上述(1)合成的极压润滑剂20％，取上述(2)配制的防锈剂7％，取消泡剂0.5％，取杀菌剂1％，余量为去离子水，配制成所述的全合成浓缩液。

测试结果：

表1     不同实施例的测试结果

注：按照各实施例所得浓缩液测试(按GB／T3142测试)

由测试结果，确定实施例2为最佳方案。

表2

产品性能比较

注：上表产品按照实施例2合成全合成金属切削液5％加95％(质量分数)去离于水得到。

由表2可知，本发明产品的综合性能性能指标能与同类外国产品相当，而且对于紫铜的防锈性能、LY12铝的防腐蚀性稍优于同类外国产品；本发明产品的PB值测试结果同样占优；同时，本发明产品的的消泡性较好，表面张力较小，说明该切削液有良好的清洗能力和渗透能力，可以比较容易的进入切削区，起到抗黏附和冷却的作用。

本发明通过正交实验，确定了防锈剂和润滑、极压添加的最佳配方，研制了一种具有优良的润滑、防锈、清洗及冷却性能的全合成切削液。该切削液不含亚硝酸钠、氯、酚类、对叔基苯甲盐等对人体和环境有毒有害的物质，以水为主要成分，加入一些无害、高效的添加剂；高效、绿色环保，配方简单、容易制备；抗微生物能力强，不易变质；为澄清透明状态，便于加工工件，保持加工环境的清洁。该切削液综合性能指标同于或优于国外同类先进产品，但价格比国外同类产品低；与国内同类产品比较，该产品环保、高效，原料价廉易得，配方简单，产品容易合成和配制，可极大的减少生成成本，满足国内市场需求，具有广阔的应用前景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种全合成金属切削液，其各组分按质量百分比为：

2.如权利要求1所述的金属切削液，其特征在于，所述金属切削液的配制方法为：

1)、有机硼酸酯的合成

在圆底烧瓶中按比例混合硼酸和二乙醇胺，将其放在磁力搅拌油浴槽内，装上冷凝装置，保证装置的密封性，于140℃下反应，1h后，无水生成，停止反应；

2)、极压润滑剂的合成

在上述步骤1合成的硼酸酯中按比例加入硫脲，继续反应1h后，停止反应；冷却后，得到黄绿色黏稠溶液；加入适量热水，溶解产物，并将产物转移；

3)、防锈剂的配制：按比例取三乙醇胺、四硼酸钠、葡萄糖酸钠，投装入有适量水的烧杯中，机械搅拌，使其均匀的溶于水中，并将PH值调至8-10；

4)、取上述2合成的极压润滑剂18％-20％，取上述3配制的防锈剂6％-7％，取消泡剂0.1％-0.5％，取杀菌剂0.5％-1％，余量为去离子水，配制既得所述的全合成金属切削液。