CN107502437A - 一种用于不锈钢半合成型水溶性切削液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不锈钢半合成型水溶性切削液及其制备方法，该切削液包括5~40wt.%基础油A；3~10wt.%表面活性剂B；2~27wt.%稳定剂C；0.1~3wt.%极压剂D；0.1~5wt.%杀菌剂E；0.5~3wt.%金属抗氧化剂F；1~3wt.%消泡剂H；0.5~2wt.%抗硬水剂G；1~5wt.%沉降剂K；余量为去离子水。该切削液具有润滑性能优越、抗腐蚀性能好、稳定性强、使用周期长等优点。

Description

一种用于不锈钢半合成型水溶性切削液及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属制品加工领域，具体涉及一种不锈钢切削液及其制备方法。

背景技术

切削液，是指用于金属及其合金切削、冲压、轧制和拉拔等各种加工过程中所使用的润滑剂，切削液应当具有防止金属零件锈蚀、带走加工过程中产生的热量、有效清除零件和刀具表面上的切屑和其它粉粒等作用。最早触及的切削液是纯水，然后慢慢发展出水或者油为基础的切削液。

根据切削液的组成和介质的不同，可将切削液分为油基和水基两类：（1）油基切削液是使用油脂类化合物（矿物油、植物油），添加油性防锈剂以及其他油性添加剂包括含氯、磷、硫的极压剂配制而成。其优点为润滑性和防锈性优秀，但是冷却作用极差，容易产生油雾、油烟，甚至引发火灾。（2）水基切削液：水基切削液中的水的比热较大，热导率高，汽化热大，具备优秀的冷却性能，而且成本很低，加工后清洗也比较便捷，水基切削液主要有乳化液、半合成液和合成液三种。乳化液含油量较高(70%~85%)，由不溶于水的矿物油、脂肪油与表面活性剂组成，润滑性和切削性很好；半合成液(含油10%~50%)，由少量矿物油、适量的水和适当的添加剂组成，可应用性很广，它的寿命、防腐性、极压性能均超过乳化液；合成液含大量水和多种水溶性功能添加剂，但不含油，加水稀释后呈透明状态，冷却性很好，润滑性较差，容易造成工件的腐蚀。

虽然半合成液具有乳化液和合成液的优良特性，但依旧存在乳化液和合成液的缺点，如半合成水基切削液由于含有矿物油、脂肪酸皂、胺、磺酸盐和水等成分，因此易遭受微生物的侵袭，导致腐败变质，使用寿命缩短。特别是在南方炎热的夏天使用周期只有一个星期，甚至只有两三天就发臭，给操作工人带来了很多麻烦。这既增加了更换加工液的工时及生产成本，又污染了工作环境，再如半合成水基切削液中含有大量的水，导致切削液的润滑性、切削性、耐腐蚀性均有待提高。

发明内容

为了解决背景技术提到的当前切削液存在的问题，本发明提供了一种不锈钢半合成型水溶性切削液及其制备方法，该切削液具有润滑性能优越、抗腐蚀性能好、稳定性强、使用周期长等优点。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于不锈钢半合成型水溶性切削液，该切削液组成包括：5~40wt.%基础油A；3~10wt.%表面活性剂B；2~27wt.%稳定剂C；0.1~3wt.%极压剂D；0.1~5wt.%杀菌剂E；0.5~3wt.%金属抗氧化剂F；1~3wt.%消泡剂H；0.5~2wt.%抗硬水剂G；1~5wt.%沉降剂K；余量为去离子水，其中稳定剂为一级胺和三级胺的混合物，且稳定剂能与基础油反应生成烷醇胺羧酸盐，基础油与稳定剂的质量比为3:(1~2)。

其中基础油A选自棕榈油、亚麻油酸和硫二乙酸的混合液，其质量比为1:1:(1~1.5)；表面活性剂B选自以乙炔基为基础的乙炔乙二醇类非离子表面活性剂；稳定剂C为一级胺和三级胺的混合物，所述一级胺选自氨基丁醇或氨基丙醇，三级胺选自甲基二乙醇胺或三乙醇胺，一级胺和三级胺的质量比为1：（2~3）；极压剂D为含磷或含硫极压剂，选自油溶性的硫化烯烃磷酸酯或水溶性的硫化油脂；杀菌剂E选自2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物、甲基异噻唑酮、亚甲基双吗啉中的一种；金属抗氧化剂F选自苯丙三氮唑、二叔丁基对甲酚中的一种；消泡剂H选自聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯中的一种；抗硬水剂G选自乙二胺四乙酸；沉降剂K为季铵盐十二烷基三甲基溴化铵。

优选的，一种用于不锈钢半合成型水溶性切削液，该切削液组成包括如下组分：

基础油A：棕榈油:亚麻油酸:硫二乙酸=1:1:1.5，30wt.%；

表面活性剂B：乙炔二醇类表面活性剂，10wt.%；

稳定剂C：氨基丁醇：甲基二乙醇胺=1:2，15wt.%；

极压剂D：硫化油脂，2wt.%；

杀菌剂E：2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物，4wt.%；

金属抗氧化剂F：苯丙三氮唑，1wt.%；

消泡剂H：聚二甲基硅氧烷，1wt.%；

抗硬水剂G：乙二胺四乙酸，1.5wt.%；

季铵盐沉降剂K：十二烷基三甲基溴化铵，1wt.%；

余量为去离子水。

本发明还提供了用于不锈钢半合成型水溶性切削液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）称取去离子水放入搅拌反应釜中，之后向其中加入基础油A，加热至60^oC，加入表面活性剂B，搅拌1~2h至混合均匀形成半透明溶液，停止加热，自然冷却至室温；

（2）向步骤(1)得到的溶液中依次加入稳定剂C、极压剂D、金属抗氧化剂F、消泡剂H，依次分别搅拌5-20min，最后加入抗硬水剂G、季铵盐沉降剂K、杀菌剂E，密封反应釜，80^oC搅拌2~3h至混合均匀，自然冷却，获得半透明微乳半合成型切削液。

使用时，将水溶性切削液用非自来水稀释30~50倍，该切削液可用于铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢中的一种或双相不锈钢。

有益效果

本发明能达到以下有益的技术效果：

（1）该切削液制备工艺简单，使用方便，尤其适用于不锈钢切削制造；

（2）该切削液安全、环保，成本较低；

（3）该半合成型水溶性切削液润滑性能优越、低泡、抗腐蚀性能好、稳定性强、使用周期长。

附图说明

图1为不同实施例总结和评估结果a。

图2为不同实施例总结和评估结果b。

图3为不同实施例总结和评估结果c。

以下仅对实施例1的组成进行说明，其余实施例的配方组成见附图1。

具体实施方式

测试方法

原液稳定性测试：对于没有用水稀释的半合成型水溶性切削液(原液组合物)进行评估，将所有实施例获得的半合成型水溶性切削液在25℃下静置48小时，观察有无分离。

切削力测试：试件材料为奥氏体314不锈钢，采用单齿切削，切削速度50m/min，进给速度3mm/min，轴向切深0.5m，径向切深10m。

抗菌性测试：在烧杯中配制浓度为 10%的切削液，分别加入铸铁屑，玉米粉，菌种，置于 30~38℃环境条件下记录切削液抗菌效果。

实施例1

一种不锈钢半合成型水溶性切削液，该切削液包括（以下用量比均为质量比）：

基础油A：棕榈油:亚麻油酸:硫二乙酸=1:1:1.5，30wt.%；

表面活性剂B：乙炔二醇类表面活性剂，10wt.%；

稳定剂C：氨基丁醇：甲基二乙醇胺=1:2，15wt.%；

极压剂D：硫化油脂：2wt.%；

杀菌剂E：2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物4wt.%；

金属抗氧化剂F：苯丙三氮唑，1wt.%；

消泡剂H：聚二甲基硅氧烷，1wt.%；

抗硬水剂G：乙二胺四乙酸，1.5wt.%；

季铵盐沉降剂K：十二烷基三甲基溴化铵，1wt.%；

余量为去离子水。

用于不锈钢半合成型水溶性切削液的制备方法包括以下步骤：

（1）称取去离子水放入搅拌反应釜中，之后向其中加入基础油A，加热至60^oC，加入表面活性剂，搅拌1~2h至混合均匀形成半透明溶液，停止加热，自然冷却至室温；

（2）向步骤(1)得到的溶液中依次加入稳定剂C、极压剂D、金属抗氧化剂F、消泡剂H，依次分别搅拌5-20min，最后加入抗硬水剂G、季铵盐沉降剂K、杀菌剂E，密封反应釜，80^oC搅拌2~3h至混合均匀，自然冷却，获得半透明微乳半合成型切削液。

使用时，水溶性切削液用非自来水稀释30~50倍，且该切削液可用于铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢中的一种或双相不锈钢。

本发明的实施方式涉及的不锈钢半合成型水溶性切削液，其组成包括基础油A；表面活性剂B，稳定剂C，极压剂D，杀菌剂E，金属抗氧化剂F，消泡剂H，抗硬水剂G，沉降剂K，余量为去离子水。

基础油A是由棕榈油、亚麻油酸和硫二乙酸复配组成的，通常金属削切液中的基础油对于削切液的润滑性其至关重要，主要有石蜡基、环烷基、芳烃基，其中芳烃基油易腐蚀且对皮肤有刺激，一般不使用；环烷基油国内比较稀少，较贵；石蜡基油易乳化，但润滑性相对差，多重衡量之后，棕榈油和亚麻油酸产量大、便宜，但润滑性、粘性有待提高，可以使用硫二乙酸改善其润滑性和粘性，由实施例1，2，5，6可得出基础油在切削液中的地位，以及三种组分对于润滑性的贡献缺一不可、相辅相成。

表面活性剂B用量为2~27wt.%，考量到切削液的起泡性和润湿效果，选用以乙炔基为基础的乙炔乙二醇类非离子表面活性剂，该表面活性剂是不易气泡润湿剂，广泛用于水性材料中，且在水中不电离，不受无机盐及酸碱的影响，效果远高于吐温、司盘或直链烷烃磺酸钠等，此外该乙炔基表面活性剂在油水界面上能够形成性能稳定而致密的凝聚膜，使得基础油和水之间的乳化效果良好。如未添加表面活性剂，如实施例3，其稳定性低于实施例1的切削液，且切削力较大。

稳定剂C为一级胺和三级胺的混合物，通常在工件加工过程中，空气中灰尘、氧气、酸性物质及水分均会对切削液和样品的性能产生明显的影响，本发明使用一级胺和三级胺的混合物与切削液中的羧酸生成烷醇胺羧酸盐，以提高切削液的稳定性，同时能保护待切削钢工件，烷醇胺羧酸盐中的氮原子和氧原子都有孤对电子，可与钢制件中的d空轨道的金属表面作用生成络合物膜，阻止氧、水等分子与金属表面接触，其次，虽然一级胺的效果最好，但其挥发性较强，与三级胺复配，效果更佳，且基础油与稳定剂的使用比例应当在3：(1~2)范围内，防止切削液中酸对工件的腐蚀。

极压剂D为含磷或含硫极压剂，本发明选用油溶性的硫化烯烃磷酸酯或水溶性的硫化油脂，大多数难加工金属材料的加工处于极压润滑状态，此时油性添加剂在摩擦表面形成的润滑膜将被高温高压所破坏，因此必须依靠极压添加剂形成另一种润滑膜，可作为极压剂的有油酸、亚油酸、油酸三乙醇胺、癸酸三乙醇酞胺、硼酸酯等几种物质，本发明优选硫化油脂，主要是由于硫化油脂的油膜强度高，摩擦系数低，具有优良的减摩抗磨性能，硫化油脂能够在高温下与金属表面发生化学反应，形成较为牢固的化学吸附，该化学吸附膜与物理吸附相比，在更高的加工温度下和低速高扭矩切削条件下依然能够表现出优良润滑性能，如实施例5所示。

杀菌剂E为2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物、甲基异噻唑酮、亚甲基双吗啉中的一种，半合成金属切削液容易腐败变质，从而减短了半合成金属切削液的使用寿命，这是由于半合成切削液中含有矿物油、脂肪酸皂、胺、磺酸盐和水等成分，易受到微生物的侵袭。而且细菌、真菌等微生物在水中大量繁殖会导致乳化切削液腐败变质。其中厌氧菌能还原硫酸盐，放出硫化氢气体，产生恶臭；好氧菌能产生有机酸等腐蚀金属，而真菌的大量繁殖将导致块状物产生，易堵塞机床的冷却液循环管线和滤网。常用的杀菌剂例如有甲醛释放剂、酚类化合物、水杨酸类、杂环化合物、噻唑、吗啉等，其中酚类化合物对人体危害大；噻唑不释放甲醛，不含卤素，不挥发，热稳定性、酸碱稳定性和化学稳定性好，与胺类相容，对金属无腐蚀作用；吗啉属于低毒广谱性杀菌剂，具有配方兼容性强、气味小、对操作工人皮肤刺激小等优点，对细菌和真菌均有效；2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物的杀菌效果最好，且对金属无腐蚀、细菌真菌去除效果好，对切削液的稳定性效果良好，如实施例5-8所示。

金属抗氧化剂F选自苯丙三氮唑、二叔丁基对甲酚中的一种，主要是为了提高金属抗氧化性，其作用相当于防锈剂，在金属表面形成一层不溶性的氧化膜，这层膜非常致密，从而减缓甚至阻止电化学腐蚀，但在微乳切削液中的使用量不应太大，以免微乳液出现电解现象而使微乳液失衡破乳，优选苯丙三氮唑，如实施例9。

消泡剂H选自聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯中的一种，金属加工过程中产生的泡沫有很大的破坏性，不仅妨碍液面观察，使切削液流动复杂化，还降低润滑冷却效果，产生泡沫的主要原因在于存在表面活性剂，因此，配方中应选择低泡沫或能抑制泡沫的组分. 优选聚二甲基硅氧烷，但使用量应当适宜，防止金属切削液变得浑浊，如实施例10。

抗硬水剂G选自乙二胺四乙酸，由于在使用切削液原液的过程中，需要对切削液进行稀释，虽然非自来水中钙镁离子较少，但因此引起的水硬问题不可忽视；沉降剂K为季铵盐十二烷基三甲基溴化铵，能加快杂质的沉降速度，提高切削液的稳定性，如实施例11。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于不锈钢半合成型水溶性切削液，其特征在于该切削液组成包括：5~40wt.%基础油A；3~10wt.%表面活性剂B；2~27wt.%稳定剂C；0.1~3wt.%极压剂D；0.1~5wt.%杀菌剂E；0.5~3wt.%金属抗氧化剂F；1~3wt.%消泡剂H；0.5~2wt.%抗硬水剂G；1~5wt.%沉降剂K；余量为去离子水，其中稳定剂为一级胺和三级胺的混合物，且稳定剂能与基础油反应生成烷醇胺羧酸盐，基础油与稳定剂的质量比为3:(1~2)。

2.如权利要求1所述的不锈钢半合成型水溶性切削液，其特征在于基础油A选自棕榈油、亚麻油酸和硫二乙酸的混合液，其质量比为1:1:(1~1.5)；表面活性剂B选自以乙炔基为基础的乙炔乙二醇类非离子表面活性剂；稳定剂C为一级胺和三级胺的混合物，所述一级胺选自氨基丁醇或氨基丙醇，所述三级胺选自甲基二乙醇胺或三乙醇胺，一级胺和三级胺的质量比为1：（2~3）；极压剂D为含磷或含硫极压剂，选自油溶性的硫化烯烃磷酸酯或水溶性的硫化油脂；杀菌剂E选自2-巯基吡啶N-氧化钠盐水合物、甲基异噻唑酮、亚甲基双吗啉中的一种；金属抗氧化剂F选自苯丙三氮唑、二叔丁基对甲酚中的一种；消泡剂H选自聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯中的一种；抗硬水剂G选自乙二胺四乙酸；沉降剂K为季铵盐十二烷基三甲基溴化铵。

3.如权利要求1或2所述的用于不锈钢半合成型水溶性切削液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）称取去离子水放入搅拌反应釜中，之后向其中加入基础油A，加热至60^oC，加入表面活性剂B，搅拌1~2h至混合均匀形成半透明溶液，停止加热，自然冷却至室温；

（2）向步骤（1）得到的溶液中依次加入稳定剂C、极压剂D、金属抗氧化剂F、消泡剂H，依次分别搅拌5-20min，最后加入抗硬水剂G、沉降剂K、杀菌剂E，密封反应釜，80^oC搅拌2~3h至混合均匀，自然冷却，获得半透明微乳半合成型切削液。

4.如权利要求1或2所述用于不锈钢半合成型水溶性切削液的应用，其特征在于将所述水溶性切削液用非自来水稀释30~50倍即可施工使用。

5.如权利要求1或2所述的不锈钢半合成型水溶性切削液，其特征在于所述不锈钢为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢中的一种或双相不锈钢。