CN105176656A

CN105176656A - 一种环境友好钛合金半合成切削液及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105176656A
Application number: CN201510641355.3A
Authority: CN
Inventors: 熊红旗; 向晖
Original assignee: GUANGZHOU ZHONGJI INDUSTRIAL CO LTD; Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU ZHONGJI INDUSTRIAL CO LTD; Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明属于金属加工液领域，公开了一种环境友好钛合金半合成切削液及其制备方法与应用。该切削液由以下质量百分比的组份组成：20～30％基础油、4～6％润滑剂、6～10％极压剂、10～15％混合醇胺、4～8％防锈剂、2～4％pH值稳定剂、15～25％表面活性剂、1～2％硬水稳定剂、1～3％偶合剂、2～4％杀菌防霉剂和余量水。本发明切削液不含矿物油、硫、磷、氯、硼、苯酚、甲醛、仲胺、重金属、亚硝酸钠等有毒有害物质，环境友好。本发明具有优异的润滑极压性、防锈防腐蚀性、硬水稳定性和使用寿命，能够满足各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工，可提高钛合金加工效率40％，延长刀具寿命30％。

Description

一种环境友好钛合金半合成切削液及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于金属加工液领域，具体涉及一种环境友好钛合金半合成切削液及其制备方法与应用。

背景技术

钛合金材料由于具有比重小、强度高，特别是在300～400℃高温下仍具有极高强度和抗蚀性等特点，已经成为航空航天工业中最重要的工程材料之一，也越来越多地被应用于船舶、汽车、医疗、化工和能源等领域。但是，钛合金又是一种典型的难加工材料，切削性能很差，与其它金属材料相比，钛合金具有变形系数小、切削温度高、单位面积上的切削力大、冷硬现象严重等切削特点。因此，钛合金的切削加工时除了采用合理的刀具材料，刀具参数、切削参数，同时还应选择具有优异润滑和冷却性能的切削液。

切削液是金属切削加工的重要配套材料，在金属切削加工中选用合适的切削液可以起到良好的润滑、冷却、清洗和防锈作用，从而延长刀具寿命，提高加工效率，降低生产成本。随着科技的发展和环保意识的增强，切削液的负面影响也日益引起关注。矿物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能长期滞留在水和土壤中，破坏正常的生态。此外，切削液中的添加剂对环境的污染也是多方面的，如含有短链氯化石蜡极压剂的切削液在焚烧处理时可能会产生强致癌的二噁英；磷酸钠的累积会导致水质富营养化进而引发赤潮；苯酚的生物降解性差，对水生物具有很大的危害；亚硝酸钠和仲胺反应生成有致癌危险的亚硝胺；硼酸对雄性动物的繁殖力有影响，并且硼酸一旦溶在水里，在废水处理中很难去除从而影响环境，对人类造成危害。欧盟环保法规已对这些有毒有害物质进行了限制或标签。

目前市售的可用于钛合金加工的切削液的性能还存在一些问题，主要缺点有：一是润滑性能较差，导致加工时粘刀现象严重，刀具使用寿命短，加工后的钛合金工件表面质量难于达到工艺要求，影响生产成本；二是国内钛合金切削液普遍还在使用矿物油、硫、磷、氯、硼、苯酚、甲醛、仲胺、重金属、亚硝酸钠等有毒有害物质，危及环境安全和人体健康。因此，在满足钛合金切削加工性能的条件下，研究开发性能优越、对人体无毒无害并且生物降解性好的环境友好钛合金切削液具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种可用于各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工的环境友好钛合金半合成切削液。

本发明的另一目的在于提供一种上述环境友好钛合金半合成切削液的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述环境友好钛合金半合成切削液的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种环境友好钛合金半合成切削液，该钛合金半合成切削液由以下按质量百分比计的组分组成：20～30％基础油、4～6％润滑剂、6～10％极压剂、10～15％混合醇胺、4～8％防锈剂、2～4％pH值稳定剂、15～25％表面活性剂、1～2％硬水稳定剂、1～3％偶合剂、2～4％杀菌防霉剂和余量水。

所述基础油为合成酯；所述合成酯优选为脂肪酸异丙酯、脂肪酸异丁酯、脂肪酸异辛酯、新戊二醇脂肪酸酯、三羟甲基丙烷脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯中的一种以上；

所述润滑剂为异构硬脂酸、二聚酸和三聚酸中的一种以上；所述极压剂为高分子量聚酯，所述高分子量聚酯为平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿的聚酯；

所述防锈剂为单羧酸、二元羧酸、三元羧酸和烷基琥珀酸酐；所述单羧酸为异辛酸、异壬酸、新癸酸、异构十一酸和异构十二酸中的一种以上；所述二元羧酸为癸二酸、十一碳二元酸和月桂二酸中的一种以上；所述三元羧酸为三嗪三氨基己酸(即2，4，6-三(氨基己酸基)-1，3，5-三嗪)。

所述混合醇胺为单乙醇胺、一异丙醇胺、三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的两种以上。

所述表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯、油醇聚氧乙烯醚、脂肪醇烷氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、格尔伯特醇乙氧基化物、聚异丁烯琥珀酸酐衍生物、高分子表面活性剂中的三种以上。

所述pH值稳定剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1-丁醇、二甘醇胺、环氧乙烷环己胺和聚醚胺中的一种以上；所述杀菌防霉剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)、正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)和吡啶硫酮钠(SPT)中的两种以上。

所述硬水稳定剂为脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸；所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸优选为直连烷基醚羧酸、支链烷基醚羧酸和芳烷基醚羧酸中的一种以上。

所述偶合剂为具有特定支链结构的饱和伯醇(格尔伯特醇)；所述格尔伯特醇优选为2-丁基辛醇、2-丁基癸醇、2-己基辛醇、2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二醇、2-辛基十二醇中的一种以上。

上述的环境友好钛合金半合成切削液的制备方法，包括以下操作步骤：

将水、混合醇胺、pH值稳定剂和防锈剂加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入基础油、润滑剂、极压剂、表面活性剂、硬水稳定剂、偶合剂、杀菌防霉剂，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

所述搅拌的速度为80～120rpm。

所述环境友好钛合金半合成切削液应用于各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的钛合金半合成切削液不含矿物油、硫、磷、氯、硼、苯酚、甲醛、仲胺、重金属、亚硝酸钠等有毒有害物质，环境友好。

(2)本发明的钛合金半合成切削液采用新型润滑剂和极压剂复配技术，采用异构硬脂酸、二聚酸、三聚酸作为润滑剂，高分子量聚酯作为极压剂，产品具有优异的润滑性极压性，可满足各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工，可提高钛合金加工效率40％，延长刀具寿命30％。

(3)本发明的钛合金半合成切削液采用合成酯代替矿物油作为基础油，具有更优异的润滑性、氧化稳定性、粘温性能和生物降解性能；采用高分子量聚酯代替氯化石蜡作为极压剂，避免了切削液因氯化石蜡而造成的钛合金工件应力腐蚀问题，降低了对环境和人体的危害。

(4)本发明的钛合金半合成切削液采用新型单羧酸、二元羧酸、三元羧酸和烷基琥珀酸酐与混合醇胺的反应物作为防锈防腐蚀剂，产品具有优异的防锈防腐蚀性，可满足加工件和机床防锈保护以及加工件工序间防锈的要求。不含硼酸、仲胺、亚硝酸钠等防锈防腐蚀剂，安全环保。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：脂肪酸异丙酯20％，异构硬脂酸6％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)10％，单乙醇胺5％，三乙醇胺5％，异辛酸1％，癸二酸1％，三嗪三氨基己酸1％，烷基琥珀酸酐1％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇2％，蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯6％，油醇聚氧乙烯醚5％，聚异丁烯琥珀酸酐衍生物4％，直连烷基醚羧酸1％，2-丁基辛醇1％，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)1.5％，正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)0.5％，水余量。

制备方法：先将水、单乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、异辛酸、癸二酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入脂肪酸异丙酯、异构硬脂酸、高分子量聚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯、油醇聚氧乙烯醚、聚异丁烯琥珀酸酐衍生物、直连烷基醚羧酸、2-丁基辛醇、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

将制备得到的半合成切削液用去离子水稀释至质量份数为5％的溶液，用于各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工，能满足加工材质及工艺的要求，加工件表面光洁度高，在提高钛合金表面质量、延长刀具使用寿命及降低废品率方面效果明显。实际应用表明，可提高钛合金加工效率40％，延长刀具寿命30％。

实施例2

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：脂肪酸异丁酯22％，二聚酸6％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)9％，单乙醇胺5％，二乙醇单异丙醇胺6％，异壬酸1％，十一碳二元酸1％，三嗪三氨基己酸1％，烷基琥珀酸酐2％，3-氨基-4-辛醇2.5％，蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯10％，脂肪醇烷氧基化物4％，高分子表面活性剂2％，支链烷基醚羧酸1.5％，2-丁基癸醇1.5％，N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)2％，3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)0.5％，水余量。

制备方法：先将水、单乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、3-氨基-4-辛醇、异壬酸、十一碳二元酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入脂肪酸异丁酯、二聚酸、高分子量聚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯、脂肪醇烷氧基化物、高分子表面活性剂、支链烷基醚羧酸、2-丁基癸醇、N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

实施例3

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：脂肪酸异辛酯24％，三聚酸4％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)8％，一异丙醇胺6％，三乙醇胺6％，新癸酸1％，月桂二酸1％，三嗪三氨基己酸2％，烷基琥珀酸酐2％，2-氨基-1-丁醇3％，油醇聚氧乙烯醚6％，蓖麻油乙氧基化物8％，聚异丁烯琥珀酸酐衍生物4％，芳烷基醚羧酸2％，2-己基辛醇2％，正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)2.5％，吡啶硫酮钠(SPT)0.5％，水余量。

制备方法：先将水、一异丙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-1-丁醇、新癸酸、月桂二酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入脂肪酸异辛酯、三聚酸、高分子量聚酯、油醇聚氧乙烯醚、蓖麻油乙氧基化物、聚异丁烯琥珀酸酐衍生物、芳烷基醚羧酸、2-己基辛醇、正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)、吡啶硫酮钠(SPT)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

实施例4

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：新戊二醇脂肪酸酯26％，异构硬脂酸6％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)7％，一异丙醇胺5％，二乙醇单异丙醇胺8％，异构十一酸1％，癸二酸2％，三嗪三氨基己酸2％，烷基琥珀酸酐2％，二甘醇胺3.5％，脂肪醇烷氧基化物8％，蓖麻油乙氧基化物6％，高分子表面活性剂6％，直连烷基醚羧酸1％，2-己基癸醇2.5％，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)3％，3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)0.5％，水余量。

制备方法：先将水、一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、二甘醇胺、异构十一酸、癸二酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入新戊二醇脂肪酸酯、异构硬脂酸、高分子量聚酯、脂肪醇烷氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、高分子表面活性剂、直连烷基醚羧酸、2-己基癸醇、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

实施例5

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：三羟甲基丙烷脂肪酸酯28％，二聚酸5％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)6％，单乙醇胺5％，三乙醇胺9％，异构十二酸2％，十一碳二元酸2％，三嗪三氨基己酸2％，烷基琥珀酸酐1％，环氧乙烷环己胺4％，蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯6％，脂肪醇烷氧基化物8％，格尔伯特醇乙氧基化物8％，支链烷基醚羧酸1.5％，2-辛基癸醇3％，N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)3％，吡啶硫酮钠(SPT)1％，水余量。

制备方法：先将水、单乙醇胺、三乙醇胺、环氧乙烷环己胺、异构十二酸、十一碳二元酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入三羟甲基丙烷脂肪酸酯、二聚酸、高分子量聚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯、脂肪醇烷氧基化物、格尔伯特醇乙氧基化物、支链烷基醚羧酸、2-辛基癸醇、N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)、吡啶硫酮钠(SPT)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

实施例6

一种环境友好钛合金半合成切削液，由以下按质量百分比计的组分组成：季戊四醇脂肪酸酯30％，三聚酸4％，高分子量聚酯(平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿)6％，一异丙醇胺5％，三乙醇胺10％，异辛酸2％，月桂二酸2％，三嗪三氨基己酸2％，烷基琥珀酸酐2％，聚醚胺2％，脂肪醇烷氧基化物10％，蓖麻油乙氧基化物8％，聚异丁烯琥珀酸酐衍生物7％，芳烷基醚羧酸2％，2-己基十二醇1％，N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)1.5％，正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)0.5％，水余量。

制备方法：先将水、一异丙醇胺、三乙醇胺、聚醚胺、异辛酸、月桂二酸、三嗪三氨基己酸、烷基琥珀酸酐加入到反应釜中，常温搅拌60～90分钟至均匀透明，然后依次加入季戊四醇脂肪酸酯、三聚酸、高分子量聚酯、脂肪醇烷氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、聚异丁烯琥珀酸酐衍生物、芳烷基醚羧酸、2-己基十二醇、N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(MBIT)、正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)，常温搅拌90～120分钟至均匀透明，得到环境友好钛合金半合成切削液。

按照国家标准GB/T6144-2010、机械行业标准JB/T7453-2013以及MicroTabG8试验方法，对实施例1～6制备得到的环境友好钛合金半合成切削液进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1实施例1～6制备得到的环境友好钛合金半合成切削液的性能检测

从表1中的数据中可以看出，本发明实施例1～6制备的环境友好钛合金半合成切削液具有优异的润滑极压性、防锈防腐蚀性和硬水稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：该钛合金半合成切削液由以下按质量百分比计的组分组成：20～30％基础油、4～6％润滑剂、6～10％极压剂、10～15％混合醇胺、4～8％防锈剂、2～4％pH值稳定剂、15～25％表面活性剂、1～2％硬水稳定剂、1～3％偶合剂、2～4％杀菌防霉剂和余量水；

所述基础油为合成酯；所述润滑剂为异构硬脂酸、二聚酸和三聚酸中的一种以上；所述极压剂为高分子量聚酯，所述高分子量聚酯为平均相对分子质量M_a为700～7000道尔顿的聚酯；

所述防锈剂为单羧酸、二元羧酸、三元羧酸和烷基琥珀酸酐；所述单羧酸为异辛酸、异壬酸、新癸酸、异构十一酸和异构十二酸中的一种以上；所述二元羧酸为癸二酸、十一碳二元酸和月桂二酸中的一种以上；所述三元羧酸为三嗪三氨基己酸。

2.根据权利要求1所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述合成酯为脂肪酸异丙酯、脂肪酸异丁酯、脂肪酸异辛酯、新戊二醇脂肪酸酯、三羟甲基丙烷脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述混合醇胺为单乙醇胺、一异丙醇胺、三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的两种以上。

4.根据权利要求1所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚二油酸酯、油醇聚氧乙烯醚、脂肪醇烷氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、格尔伯特醇乙氧基化物、聚异丁烯琥珀酸酐衍生物、高分子表面活性剂中的三种以上。

5.根据权利要求1所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述pH值稳定剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1-丁醇、二甘醇胺、环氧乙烷环己胺和聚醚胺中的一种以上；所述杀菌防霉剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、N-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、正-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯和吡啶硫酮钠中的两种以上。

6.根据权利要求1所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述硬水稳定剂为脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸；所述偶合剂为格尔伯特醇。

7.根据权利要求6所述的环境友好钛合金半合成切削液，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸为直连烷基醚羧酸、支链烷基醚羧酸和芳烷基醚羧酸中的一种以上；所述格尔伯特醇为2-丁基辛醇、2-丁基癸醇、2-己基辛醇、2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二醇、2-辛基十二醇中的一种以上。

8.根据权利要求1～7任一项所述的环境友好钛合金半合成切削液的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述搅拌的速度为80～120rpm。

10.根据权利要求1～7任一项所述的环境友好钛合金半合成切削液在各种钛合金的车削、铣削、镗孔、钻孔、攻丝等切削加工中的应用。