CN105612247B - 水溶性切削油剂原液组合物、切削油剂组合物及切削加工方法 - Google Patents

水溶性切削油剂原液组合物、切削油剂组合物及切削加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明的水溶性切削油剂原液组合物以原液组合物总量为基准，含有0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物、0.1质量％以上且5.0质量％以下的水、及70质量％以上且98质量％以下的矿物油。

Description

水溶性切削油剂原液组合物、切削油剂组合物及切削加工 方法
技术领域
本发明涉及一种水溶性切削油剂原液组合物、水溶性切削油剂组合物及切削加工方法，详细而言，涉及一种适于包含铝或其合金、铜或其合金或者钢的被加工材料的切削加工的水溶性切削油剂组合物、可通过利用水进行稀释而获得该水溶性切削油剂组合物的原液组合物、以及使用上述水溶性切削油剂组合物的切削加工方法。
背景技术
当对钢铁或非铁金属材料实施车削、刨削、钻孔、铣削等切削加工时，使用切削油。使用切削油的目的在于减小工具与被加工材料或切屑的摩擦、去除切屑、防止积屑瘤的产生、对发热的抑制以及冷却等，由此谋求提高工具寿命或工作精度。
一般而言，切削油大致区分为以润滑作用为主要目的的非水溶性切削油、以及以冷却作用为主要目的的水溶性切削油。现有的水溶性切削油为在水中调配聚氧乙烯单烷基醚、聚氧乙烯单烷基苯基醚、脂肪酸盐、磺酸盐类等表面活性剂；脂肪酸盐、多元醇的偏酯等油性剂；聚氧乙烯磷酸酯等特压添加剂；胺类、磷酸盐、钼酸盐、钨酸盐、硼酸盐、亚硝酸盐等防锈剂等而制备(例如，参照专利文献1)。
水溶性切削油通常利用水稀释为5倍至50倍左右而使用。
由此可得，对水溶性切削油所要求的性能为冷却性，即对其进行活用的加工性。如果冷却性不充分，则存在加工时未除去热量并且被削材料熔接于工具，从而导致加工不良的情况。此外，为了稳定地使用水溶性切削油，也需重视乳化稳定度和耐腐败性。如果乳化稳定度不充分，则也存在如下情况：不仅油剂分离为水及油分，无法获得如设计般的性能，而且被切削的金属的磨耗粉末凝聚并附着于材料上。这样一来，则必须在后续工序中进行除去，因此生产性将降低。耐腐败性也是重要的性能，含有较多水的水溶性切削油容易繁殖细菌或霉，如果其发生腐败，则性能将下降，或者由于其臭味而使得作业环境大幅降低。
专利文献
专利文献1：日本专利特开平08-239683号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种乳化稳定度、耐腐败性及加工性优异，适于包含铝或其合金、铜或其合金或者钢的被加工材料的切削加工的水溶性切削油剂组合物、可通过利用水进行稀释而获得该水溶性切削油剂组合物的原液组合物、以及使用上述水溶性切削油剂组合物的切削加工方法。
为了解决上述问题，本发明提供下述[1]至[3]记载的水溶性切削油剂原液组合物、下述[4]记载的切削油剂组合物及下述[5]记载的切削加工方法。
[1]一种水溶性切削油剂原液组合物，其以原液组合物总量为基准，含有0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物、0.1质量％以上且5.0质量％以下的水、及70质量％以上且98质量％以下的矿物油。
[2]如[1]所述的水溶性切削油剂原液组合物，其中上述矿物油中的芳香族成分为10质量％以上。
[3]如[1]或[2]所述的水溶性切削油剂原液组合物，其中上述杂环式三级胺类为二吗啉或N-乙基吗啉。
[4]一种水溶性切削油剂组合物，其为将如[1]至[3]中任一项所述的水溶性切削油剂原液组合物通过水稀释为5倍以上且50倍以下而成。
[5]一种切削加工方法，其使用如[4]所述的水溶性切削油剂组合物对被削材料进行切削，上述被削材料包含选自铝及其合金、铜及其合金以及钢的至少1种金属。
根据本发明，提供一种乳化稳定度、耐腐败性及加工性优异，适于包含铝或其合金、铜或其合金或者钢的被加工材料的切削加工的水溶性切削油剂组合物、可通过利用水进行稀释而获得该水溶性切削油剂组合物的原液组合物、以及使用上述水溶性切削油剂组合物的切削加工方法。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
[第1实施方式：水溶性切削油剂原液组合物]
本发明的第1实施方式所涉及的水溶性切削油剂组合物(以下，也简称为“原液组合物”)以原液组合物总量为基准，含有0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物、0.1质量％以上且5.0质量％以下的水、及70质量％以上且98质量％以下的矿物油。
作为芳香族三级胺类，例如可列举：三苯胺、三(甲基苯基)胺、三(乙基苯基)胺、三(丙基苯基)胺、三(丁基苯基)胺、三(苯氧基苯基)胺、三(苄基苯基)胺、二苯甲基胺、二苯乙基胺、二苯丙基胺、二苯丁基胺、二苯己基胺、二苯环己基胺、N,N'-二甲基苯胺、N,N'-二乙基苯胺、N,N'-二丙基苯胺、N,N'-二丁基苯胺、N,N'-二己基苯胺、N,N'-二环己基苯胺、(甲基苯基)二甲基胺、(乙基苯基)二甲基胺、(丙基苯基)二甲基胺、(丁基苯基)二甲基胺、双(甲基苯基)甲基胺、双(乙基苯基)甲基胺、双(丙基苯基)甲基胺、双(丁基苯基)甲基胺、N,N'-二(羟乙基)苯胺、N,N'-二(羟丙基)苯胺、N,N'-二(羟丁基)苯胺、及二异丙醇对甲苯胺等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为三(甲基苯基)胺、三(乙基苯基)胺、三(丙基苯基)胺。
作为杂环式三级胺类的具体例子，例如可列举：甲基吡啶、异喹啉、喹啉等吡啶系化合物、咪唑系化合物、吡唑系化合物、吗啉系化合物、哌嗪系化合物、和哌啶系化合物。
再者，作为吡啶系化合物，可列举：N,N’-二甲基-4-氨基吡啶、联吡啶及2,6-二甲基吡啶等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为N,N’-二甲基-4-氨基吡啶。
此外，作为咪唑系化合物，可列举：1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑偏苯三酸酯、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三酸酯、1-苄基-2-苯基咪唑、1-(2-羟乙基)咪唑、1-苄基-2-甲酰基咪唑、1-苄基-咪唑以及1-烯丙基咪唑等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑。
作为吡唑系化合物，可列举吡唑或1,4-二甲基吡唑等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为吡唑。
作为吗啉系化合物，可列举：吗啉、二吗啉、4-(2-羟乙基)吗啉、N-乙基吗啉、N-甲基吗啉及2,2’-二吗啉基二乙基醚等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为二吗啉、4-(2-羟乙基)吗啉、N-乙基吗啉。
作为哌嗪系化合物，可列举1-(2-羟乙基)哌嗪或N,N'-二甲基哌嗪等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为N,N'-二甲基哌嗪。
作为哌啶系化合物，可列举：N-(2-羟乙基)哌啶、N-乙基哌啶、N-丙基哌啶、N-丁基哌啶、N-己基哌啶、N-环己基哌啶及N-辛基哌啶等。其中，从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，优选为N-(2-羟乙基)哌啶、N-丙基哌啶、N-丁基哌啶。
在本实施方式中，可仅使用芳香族三级胺类或杂环式三级胺类中的任1种，或者也可对芳香族三级胺类中的1种或者2种以上与杂环式三级胺类中的1种或者2种以上进行组合使用。从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，更优选为杂环式三级胺类，而在杂环式三级胺类中，优选为作为吗啉系化合物的二吗啉、4-(2-羟乙基)吗啉、N-乙基吗啉，特别优选为二吗啉、N-乙基吗啉。
芳香族三级胺类及/或杂环式三级胺类的含量以原液组合物总量为基准，为0.3质量％以上，优选为0.5质量％以上，更优选为1.0质量％以上，进一步优选为1.5质量％以上，最优选为2.0质量％以上。如果含量未达到上述下限值，则从乳化稳定度、耐腐败性的观点出发，有可能无法获得充分的效果。此外，该含量以原液组合物总量为基准，为7.0质量％以下，优选为6.5质量％以下，更优选为6.0质量％以下，进一步优选为5.0质量％以下，最优选为4.5质量％以下。如果含量超过上述上限值，则有无法获得与添加量相称的效果的倾向，此外，也有可能会阻碍加工性。
本实施方式涉及的水溶性切削油剂原液组合物，以原液组合物总量为基准，含有0.1质量％以上且5.0质量％以下的水。原液组合物在使用时利用水进行稀释，其通过预先在原液中调配适当量的水，能够获得良好的乳化稳定度。
作为水，可使用工业用水、自来水、离子交换水、蒸馏水、经过活性炭或一般家庭用净水器处理的水、以及吸收大气中的水分而得的水等任意的水。
关于水的含量，以原液组合物总量为基准，为0.1质量％以上且5.0质量％以下。水的含量的下限值从乳化稳定度的观点出发，为0.1质量％以上，优选为0.5质量％以上，最优选为1.0质量％以上。此外，含量的上限值也从乳化稳定度的观点出发，为5.0质量％以下，更优选为4.0质量％以下，最优选为3.0质量％以下。
水的调配方法并无特别限定，例如可例示：(1)与通常的添加剂相同地添加于原液中并加以溶解的方法；(2)将表面活性剂与水预先混合，然后将该混合液调配于基础油中的方法；(3)使用均质器等搅拌装置，将水强制地调配、使其分散的方法；(4)将蒸汽吹入基础油中，并将水强制地调配、使其分散的方法；以及(5)自然地吸收大气中的水分的方法等。
本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物，以原液组合物总量为基准，含有70质量％以上且98质量％以下的矿物油。该矿物油被用作基础油。
作为矿物油，例如可列举灯油、轻油、锭子油、机油、涡轮机油、气缸油、液体石蜡油等用作基材的矿物油。更具体而言，可列举石蜡系或环烷系的矿物油，上述石蜡系或环烷系的矿物油通过如下方法获得：对石蜡基系原油、中间基系原油或环烷基系原油进行常压蒸馏及减压蒸馏而得到润滑油馏分，将溶剂脱沥青、溶剂萃取、氢化裂解、溶剂脱蜡、接触脱蜡、氢化精制、硫酸清洗、白土处理中的1种或者2种以上的精制方法适当组合而应用于上述润滑油馏分。
矿物油的含量以原液组合物总量为基准，为70质量％以上，优选为75质量％以上，最优选为80质量％以上。
另一方面，矿物油的含量以水溶性切削油剂原液组合物总量为基准，为98质量％以下，优选为93质量％以下，最优选为90质量％以下。
如果矿物油的含量处于上述范围内，则能够获得优异的乳化稳定度。
矿物油的粘度并无特别限制，其在40℃下的动粘度优选为2mm2/sec以上，更优选为5mm2/sec，最优选为10mm2/sec以上。如果粘度未达到上述下限值，则加工性可能会降低。
另一方面，矿物油的粘度优选为150mm2/sec以下，更优选为100mm2/sec以下，最优选为80mm2/sec以下。如果粘度超过上述上限值，则可能会损害乳化稳定度。
矿物油的组成并无特别限制，占组合物大半的基础油的组成对切削油的加工性、乳化稳定度有较大影响。在这种意义上，用作基础油的矿物油的芳香族成分更优选为10质量％以上，进一步优选为15质量％以上，最优选为20质量％以上。矿物油的芳香族成分通常为40质量％以下。在本发明中，所谓“芳香族成分”是指适用JIS K 2536“石油制品-烃型试验方法”的荧光指示剂吸附法而测定的值。
应予说明，本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物可仅含有矿物油作为基础油，此外，只要矿物油的含量以原液组合物总量为基准为70质量％以上，则也可含有矿物油及合成油的混合基础油。
本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物可由选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物、水、及矿物油组成，也可根据需要添加通常调配于以往的水溶性切削油中的公知的添加剂。
例如，如果本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物含有水溶性金属防蚀剂，则可有效地提高油剂组合物的防蚀作用。作为水溶性金属防蚀剂，可列举：硼酸、钨酸、钼酸、磷酸、碳酸、硫酸、硅酸、硝酸、亚硝酸等无机酸的钠盐、及钾盐；苯并三唑、甲基苯并三唑、甲苯并三唑、烃基三唑等三唑类及其盐；巯基苯并噻唑等噻唑类及其盐；脂肪酸烷醇酰胺类；咪唑啉类；噁唑啉类等。
在本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物含有上述添加剂的情况下，该含量(在含有2种以上添加剂的情况下为它们的合计含量)以原液组合物总量为基准，通常在20质量％以下的范围内进行选择。
[第2实施方式：水溶性切削油剂组合物]
本发明的第2实施方式所涉及的水溶性切削油剂组合物是将水溶性切削油剂原液组合物通过水稀释为5倍以上且50倍以下而成，上述水溶性切削油剂原液组合物以原液组合物总量为基准，含有0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物、0.1质量％以上且5.0质量％以下的水、及70质量％以上且98质量％以下的矿物油。应予说明，本实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物与上述第1实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物相同，在此省略重复说明。
作为用于稀释水溶性切削油剂原液组合物的水，可使用工业用水、自来水、离子交换水、蒸馏水、经过活性炭或一般家庭用净水器处理的水、及吸收大气中的水分而得的水等任意的水。用于稀释水溶性切削油剂原液组合物的水的种类可与水溶性切削油剂原液组合物所含的水的种类相同，也可不同。
从冷却性的观点出发，稀释倍率以相对于水溶性切削油剂原液组合物的体积比计为5倍以上，优选为7倍以上，更优选为10倍以上。此外，从加工性的观点出发，稀释倍率以相对于水溶性切削油剂原液组合物的体积比计为50倍以下，优选为40倍以下，更优选为30倍以下。如果稀释倍率未达到5倍，则存在由于油剂粘度显著增加、乳液的反相等而导致加工性、乳液的稳定性产生异常的情况。此外，如果超过50倍，则存在各种有效成分的浓度变得不充分，无法获得充分的加工性能的情况。
[第3实施方式：切削加工方法]
本发明的第3实施方式所涉及的切削加工方法具有如下工序：使用水溶性切削油剂组合物对包含选自铝及其合金、铜及其合金以及钢的至少1种的金属的被削材料进行切削，上述水溶性切削油剂组合物是将水溶性切削油剂原液组合物通过水稀释为5倍以上且50倍以下而成，上述水溶性切削油剂原液组合物以原液组合物总量为基准，含有0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种的胺化合物、0.1质量％以上且5.0质量％以下的水、及70质量％以上且98质量％以下的矿物油。应予说明，本实施方式中的水溶性切削油剂原液组合物及水溶性切削油剂组合物分别与上述第1实施方式所涉及的水溶性切削油剂原液组合物以及上述第2实施方式所涉及的水溶性切削油剂组合物相同，在此省略重复说明。
在本实施方式所涉及的切削加工方法中，由于使用乳化稳定度、耐腐败性及加工性优异的上述水溶性切削油剂组合物，因此其作为包含选自铝及其合金、铜及其合金以及钢的至少1种金属的被削材料的切削加工方法较为有用。
实施例
下面，基于实施例及比较例，进一步对本发明进行具体说明，但本发明并不受以下实施例的任何限定。
[实施例1～27、比较例1～10]
在实施例1～27及比较例1～10中，分别使用以下所示的胺化合物A1～A10、矿物油B1～B8、其他添加剂C1～C5、以及水(美国硬度64)，来制备具有表1～4所示的组成的水溶性切削油剂原液组合物。
<胺化合物>
A1：三(甲基苯基)胺
A2：N,N’-二甲基-4-氨基吡啶
A3：1-苄基-2-苯基咪唑
A4：吡唑
A5：二吗啉
A6：4-(2-羟乙基)吗啉
A7：N-乙基吗啉
A8：N,N'-二甲基哌嗪
A9：N-(2-羟乙基)哌啶
A10：三乙醇胺
<矿物油>
B1：矿物油(40℃下的动粘度24mm2/sec，芳香族成分12质量％)
B2：矿物油(40℃下的动粘度22mm2/sec，芳香族成分22质量％)
B3：矿物油(40℃下的动粘度93mm2/sec，芳香族成分14质量％)
B4：矿物油(40℃下的动粘度3.4mm2/sec，芳香族成分12质量％)
B5：矿物油(40℃下的动粘度144mm2/sec，芳香族成分14质量％)
B6：矿物油(40℃下的动粘度27mm2/sec，芳香族成分6.7质量％)
B7：矿物油(40℃下的动粘度1.2mm2/sec，芳香族成分13质量％)
B8：矿物油(40℃下的动粘度162mm2/sec，芳香族成分14质量％)
<其他添加剂>
C1：磺酸钠
C2：油酸钾
C3：聚乙二醇(平均聚合度12)
C4：聚乙二醇(平均聚合度4.5)的油酸单酯
C5：硅氧烷油
接着，使用实施例1～27及比较例1～10的水溶性切削油剂原液组合物，利用水对其进行稀释，并实施以下评价试验。应予说明，稀释倍率在实施例1～26及比较例1～10中设为5倍(20％)，在实施例27中设为50倍(2％)(均为体积比，括号内的数值指以切削油剂组合物总量为基准的原液组合物的含量)。
<乳化稳定度的评价>
依据JIS K2241乳化稳定度试验进行评价。其中，稀释水使用自来水(美国硬度64)。并且，稀释倍率设为10倍(原液浓度10％)，以乳化后24小时的油层与乳油层的合计进行评价。应予说明，在实施例27中将稀释倍率设为50倍(2％)(体积比，括号内的数值指以切削油剂组合物总量为基准的原液组合物的含量)，并同样进行评价。本试验的评价基准如下所述。将所得到的结果表示于表1～4。
A：油层与乳油层的合计不足1mL
B：油层与乳油层的合计为1mL以上且不足2mL
C：油层与乳油层的合计为2mL以上且不足3mL
D：油层与乳油层的合计为3mL以上且不足4mL
E：油层与乳油层的合计为4mL以上且不足5mL
F：油层与乳油层的合计为5mL以上
<耐腐败性的评价>
使用自来水(美国硬度64)将原液组合物稀释为20倍并制备油剂组合物。接着，在300mL油剂组合物中添加15g菌种(经需求者使用而腐败的油剂，总菌数为107个/mL以上)，在30℃下以60转/分钟的转速进行搅拌。7天后，利用三爱石油株式会社的三爱BIO CHECKERTTC测定油剂的总菌数。作为基准油对JX日矿日石能源株式会社的UNISOLUBLE EM-L(20倍稀释)也进行相同的试验，并比较总菌数。应予说明，在实施例27中，将原液组合物稀释50倍(2％)(体积比，括号内的数值指以切削油剂组合物总量为基准的原液组合物的含量)而得到油剂组合物，对其同样进行评价。本试验中的评价基准如下所述。将所得到的结果表示于表1～4。
A：总菌数少于基准油
B：总菌数与基准油相同
C：总菌数多于基准油
<加工性的评价>
通过利用滚压丝锥(rolled thread tap)的攻丝评价试验求出攻丝能量效率(TEE)，从而进行评价。
利用铝(AC8A)作为材料来进行。
使用OSG公司制造的B-NRT B M8(间距1.25)作为工具，对7.4mm的底孔以转速为360转/分钟、进给速度为9m/min来实施加工评价。
应予说明，基准油设为JX日矿日石能源株式会社的UNISOLUBLE EM-L，基准油、评价油均使用以自来水稀释20倍后的产物。
攻丝能量效率是指基准油的攻丝能量(加工时的扭矩积分值)除以评价油的攻丝能量而得的值，并通过下述式进行定义：
(攻丝能量效率，％)＝(基准油的攻丝能量/试验油的攻丝能量)×100
攻丝能量效率超过100的油剂组合物与基准油相比，加工性更佳。本试验中的评价基准如下所述。将所得到的结果表示于表1～4。
A：攻丝能量效率为110以上
B：攻丝能量效率不足110且为105以上
C：攻丝能量效率不足105且为95以上
D：攻丝能量效率不足95
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[产业上的可利用性]
水溶性切削油剂原液组合物、切削油剂组合物及切削加工方法在包含选自铝及其合金、铜及其合金以及钢的至少1种金属的被削材料的切削加工中，在乳化稳定度、耐腐败性及加工性方面发挥优异的效果，非常有用。

Claims (4)

1.一种水溶性切削油剂原液组合物，其以原液组合物总量为基准，含有：
0.3质量％以上且7.0质量％以下的选自芳香族三级胺类及杂环式三级胺类的至少1种胺化合物，
0.1质量％以上且5.0质量％以下的水，以及
80质量％以上且98质量％以下的矿物油，
所述矿物油中的芳香族成分为10质量％以上，
所述矿物油在40℃下的动粘度为5mm2/sec以上、150mm2/sec以下。
2.如权利要求1所述的水溶性切削油剂原液组合物，其中，所述杂环式三级胺类为二吗啉或N-乙基吗啉。
3.一种水溶性切削油剂组合物，其为将如权利要求1或2所述的水溶性切削油剂原液组合物通过水稀释为5倍以上且50倍以下(体积比)而成。
4.一种切削加工方法，其使用如权利要求3所述的水溶性切削油剂组合物来对被削材料进行切削，所述被削材料包含选自铝及其合金、铜及其合金以及钢的至少1种金属。
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