CN108431191B

CN108431191B - 金属加工液

Info

Publication number: CN108431191B
Application number: CN201680075135.1A
Authority: CN
Inventors: G·J·基尔施
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: EP3394230B1; KR20180096608A; US11186800B2; WO2017112113A1; CN108431191A; EP3394230A1; JP2019509391A; CA3009168A1; JP7030713B2; US20180291301A1; EP3394230A4; JP2022024064A

Abstract

一种金属加工液，其包含pH缓冲体系，所述pH缓冲体系包含一种或多种有机酸和一种或多种有机胺。所述有机酸包括芳族羧酸和C₁₀或更高级的脂族羧酸，所述有机酸可以代替硼酸，使得所述金属加工液可以不含硼酸。所述有机酸可以包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸中的至少一种。所述一种或多种有机胺包括胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。使用所述金属加工液的方法包括：通过使金属表面与工具接触来使所述金属成形，同时采用所述金属加工液冷却和润滑所述金属表面或所述工具中的至少一种。

Description

金属加工液

技术领域

本发明涉及一种用作金属加工冷却剂和润滑剂的流体。具体而言，本发明涉及基本上不含硼酸及其盐的金属加工液(metalworking fluid)。所述流体可用于各种金属(例如铸铁和铝)的金属加工(例如机械加工、铣削、车削、磨削、锻造、拉管和拉丝等)。

背景技术

金属加工过程，例如切削，会由于摩擦而产生热量。例如，在铣削过程中，旋转切削工具用于有条不紊地从金属工件去除材料并将金属工件成形为最终部件。铣削工具与工件之间的接触产生摩擦，从而导致工具/工件接触区域的温度升高。当制造大量部件时，必须控制生产过程中产生的过多热量，以保护工具和工作表面。不受控制的高温可能软化工具或降低工具的完整性，从而导致工具故障，损坏工件，或者由于引起金属的不希望的热膨胀或氧化而损坏成品部件的表面。为了去除在金属加工过程中产生的热量，向工具/工件接触表面施加流体，以有效且快速地冷却工具和工件。金属加工液还起到润滑剂的作用，从而提供减少摩擦和工具磨损的优点。用所述流体冲洗可以将金属碎屑从接触表面去除。这使得能够以更少的废料和再加工来更快和更高质量地生产部件。

许多金属加工液是水和油的混合物，以提供冷却和润滑功能。因为这两种流体是不混溶的，所以通常在金属加工组合物中加入乳化剂以确保流体保持良好混合。金属加工液的酸度/碱度会影响乳化剂的性能。通常，较高的pH对于最佳乳化剂性能是优选的，例如pH为8或更高。pH为9.0或更高的碱性流体还提供防止细菌在水稀释的金属加工液中生长的优点。最后，一些钢合金在pH水平低于8.0时会发生腐蚀，因此，在一些情况下，将pH保持在9.0附近可以减少对钢合金的腐蚀。

相比之下，高碱性流体可能表现出一些缺点。例如，如果pH为9.5或更高，皮肤接触流体可能会引起刺激。金属加工过程的热和机械作用会产生金属加工液的雾，并且如果在pH高于9.5时暴露于雾中，操作者可能会经历皮肤、眼睛、鼻子或喉咙的刺激。此外，某些金属不能耐受高pH，例如一些铝合金和黄色金属(黄铜、铜、青铜)。铝或黄色金属在高碱性pH水平下会沾污，或者甚至溶解。因此，通常在金属加工液中包含添加剂，所述添加剂用作缓冲剂并控制金属加工液的pH，使pH保持高于8，优选在9至9.5的范围内。

硼酸盐和有机胺通常用于帮助将水基金属加工冷却剂缓冲到约9.3的工作pH，以促进抗微生物性能和防腐。然而，硼酸的缺点是硼酸暴露与一些有害的健康影响有关。根据全球化学品统一分类和标签制度(GHS)，含有5.5％或更多游离硼酸的产品需要被归类为“对生殖有毒”。欧盟REACH法规要求在含有多于0.1％的游离硼酸的产品的安全数据表中标明游离硼酸的存在。由于与含有硼酸的产品相关的安全问题，需要一种用于金属加工液的替代pH缓冲剂。

发明内容

在本发明的第一实施方案中，金属加工液包含pH缓冲体系，其中所述pH缓冲体系包含一种或多种有机酸和一种或多种有机胺，其中所述有机酸选自芳族羧酸和C₁₀或更高级的脂族羧酸，并且所述一种或多种有机胺选自胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。

在本发明的一个方面中，所述组合物包含0.2-20重量％的所述一种或多种有机酸。所述一种或多种有机酸可以包括C₁₀-C₁₈脂族酸和C₆-C₃₀芳族二羧酸中的至少一种。在所述一种或多种有机酸中，芳族羧酸可以具有以下结构：HOOCR-(C₆H₄)-R’COOH，R和R’独立地选自(CH₂)_n，其中0≤n≤18。芳族羧酸的例子包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。所述一种或多种有机胺可以选自单乙醇胺、甲基戊二胺及它们的混合物。

在本发明的另一方面中，所述金属加工液组合物的pH可以为8.5-10.0。

在本发明的又一方面中，所述金属加工液组合物可包含约0.1-约25重量％的所述一种或多种有机胺。

在本发明的又一方面中，所述金属加工液组合物可进一步包含至少一种选自以下物质中的至少一种添加剂：流体动力润滑剂(hydrodynamic lubricant)、边界润滑剂(boundary lubricant)、极压润滑剂(extreme pressure lubricant)、铸铁缓蚀剂、黄色金属缓蚀剂、铝缓蚀剂、乳化剂、水溶助剂(hydrotrope)、杀生物剂和消泡剂。

在本发明的第二实施方案中，金属加工液包含pH缓冲剂，所述pH缓冲剂基本上由一种或多种有机酸和一种或多种有机胺组成，或者可由一种或多种有机酸和一种或多种有机胺组成，其中所述有机酸选自芳族羧酸和C₁₀或更高级的脂族羧酸，并且所述一种或多种有机胺选自胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。

在本发明的第三实施方案中，金属加工液组合物包含水、油和pH缓冲体系，所述pH缓冲体系基本上由一种或多种有机酸和包含一种或多种有机胺的碱性试剂(alkalinityagent)组成，或者可由一种或多种有机酸和包含一种或多种有机胺的碱性试剂组成，其中所述有机酸选自芳族羧酸和C₇或更高级的脂族羧酸，并且所述一种或多种有机胺选自胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。

在本发明的一个方面中，碱性试剂选自氨基甲基丙醇(AMP-95)、二甘醇胺(DGA)、单乙醇胺(MEA)、单异丙醇胺(MIPA)、丁基乙醇胺(NBEA)、二环己胺(DCHA)、二乙醇胺(DEA)、丁基二乙醇胺(NBDEA)、三乙醇胺(TEA)、甲基戊二胺及它们的组合，并且任选地进一步包括碱金属氢氧化物(metal alkali hydroxides)以及金属碳酸盐和金属碳酸氢盐中的一种或多种。

在本发明的另一方面中，所述组合物包含0.2-20重量％的所述一种或多种有机酸，所述有机酸可以包括C₇-C₃₀饱和羧酸或不饱和羧酸。

在第三实施方案中，提供金属加工方法，其包括：通过使金属工件表面与工具接触来使所述金属工件成形，同时采用根据本发明的金属加工液冷却和润滑所述金属表面或所述工具中的至少一种。

具体实施方式

根据本发明的实施方案，芳族羧酸、C₁₀或更高级的脂族羧酸或它们的混合物可用作金属加工液中的硼酸的替代，以提供危险性较小的金属加工液。

由于各种原因，优选的是，根据本发明的金属加工液可以基本上不含现有技术中用于类似目的的组合物中使用的许多成分。具体而言，对于下面列出的每种优选最少化的成分独立地，按照给出的顺序越来越优选的是，当在根据本发明的方法中与金属直接接触时，根据本发明的水性组合物含有不超过1.0％、0.5％、0.35％、0.10％、0.08％、0.04％、0.02％、0.01％、0.001％或0.0002％的以下成分中的每一种(更优选地，所述数值以克/升表示)：硼，包括但不限于硼酸及其盐；镉；镍；钴；无机氟化物、氯化物和溴化物；锡；铜；钡；铅；铬；己二酸及其盐；吗啉；基于氮的酸及其盐，例如硝酸盐和亚硝酸盐；基于硫的酸及其盐，例如硫酸盐和亚硫酸盐。

除了在操作实施例中，或者另外指出，本文所用的所有表达成分数量、反应条件或定义成分参数的数字均应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。在整个说明书中，除非有明确的相反说明，否则即为以下情况：百分比、“份数”和比值是以重量或质量计的；对适合或优选用于与本发明相关的给定目的的一组或一类材料的描述意味着该组或该类材料的任何两种或更多种成员的混合物同样适合或优选；化学术语中的成分的描述是指添加到说明书中指定的任何组合的成分，或者通过一种或多种新添加的成分与当添加其它成分时组合物中已经存在的一种或多种成分之间的化学反应在组合物中原位生成的成分；离子形式的成分的说明还意味着存在足够的抗衡离子，以使整个组合物和添加到组合物中的任何物质呈电中性；因此，隐含指定的任何抗衡离子优选尽可能地尤其选自以离子形式明确指定的成分；否则，除了避免不利于本发明目的的抗衡离子之外，这种抗衡离子可以自由选择；分子量(MW)是重均分子量；“摩尔”一词是指“克摩尔”，并且该词本身及其所有语法变体均可用于由存在于其中的所有类型和数量的原子定义的任何化学物质，而不管该物质是离子的、中性的、不稳定的、假设的还是实际上具有明确定义的分子的稳定中性物质；并且术语“储存稳定的”应理解为包括在至少72、96、120、150、200、250、300、320或优选至少336小时的观察期内没有表现出视觉上可检测到的相分离趋势的分散体，以及表现出钙和镁的硬水沉淀物但没有表现出水油相分离的分散体，在所述观察期期间，材料未受机械干扰并且材料的温度保持在室温(18℃至25℃)。

本文所用的“芳族羧酸”是指每分子含有至少一个芳环(例如，苯环或萘环或杂芳环)并且每分子含有一个或多个羧基(-COOH)的酸及其盐，所述羧基可以直接连接到芳环上，也可以不直接连接到芳环上。所述一个或多个芳环可以任选地被除氢和羧基以外的一个或多个取代基取代，例如烷基、烷氧基和卤素基团等。

本文所用的“C₁₀或更高级的脂族羧酸”是指在不饱和或饱和链中含有至少10个碳并且每分子含有一个或多个羧基(-COOH)的分子的酸及其盐，所述羧基可以直接连接到碳链上，也可以不直接连接到碳链上。碳链可以任选地被除氢和羧基以外的一个或多个取代基取代，例如烷基、烷氧基和卤素基团等。

当与碱性化合物例如有机胺组合时，有机酸可提供与硼酸/有机胺缓冲体系相当的合适pH缓冲剂。根据本发明的金属加工液优选的pH优选为至少8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3或9.4(按照给出的顺序越来越优选)，并且独立地优选不大于10.0、9.9、9.8、9.7、9.6或9.5(按照给出的顺序越来越优选)。例如，在某些实施方案中，金属加工液可以具有约8.5-10.0的pH，或者更理想的是9.0-9.5的pH。添加在根据本发明的组合物中的有机酸在金属加工冷却剂中具有类似的缓冲能力、抗腐蚀行为和稳定性，同时避免了与硼酸及其盐相关的危险。与出于替代金属加工液中的硼酸的目的研究的其它酸不同，所述有机酸可以相对少的量存在于金属加工液中以用作合适的pH缓冲剂，从而提供较廉价的替代物。

因此，本发明的一个方面提供包含pH缓冲体系的金属加工液，其中所述pH缓冲体系包含一种或多种有机酸和一种或多种有机胺。

在本发明的另一实施方案中，金属加工液包含基本上由一种或多种有机酸和一种或多种有机胺组成的pH缓冲剂。根据本发明的金属加工液减少或消除了作为pH缓冲体系的一部分的硼酸，因此含有0.1重量％或更多硼酸的金属加工液组合物将在实质上改变本发明的基本和新颖性质。

虽然不希望受理论的限制，但相信根据本发明的各种实施方案的金属加工液能够通过增加表面的疏水性来防止或抑制金属工件表面的腐蚀。在金属加工期间，由于金属加工工具和金属工件表面之间的摩擦而引起的升高的热量可能导致缓冲体系的碱性部分例如有机胺挥发，从而在金属工件的表面上留下有机酸残留物。根据本发明的金属加工液中使用的有机酸优选为水不溶性的或水溶性低的，使得它们留在金属工件表面上的残留物提供对潮气的疏水性屏障以抑制腐蚀。

有机酸中的一种或多种优选为根据以下结构I的化合物：

其中R和R’独立地选自(CH₂)_n，其中0≤n≤18。更优选地，有机酸中的一种或多种选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸，最优选对苯二甲酸。

在一个实施方案中，一种或多种有机酸可以包括C₇-C₃₀，优选C₇-C₁₈，最优选C₁₀-C₁₈饱和或不饱和芳族羧酸，优选二酸，优选地，条件是所述酸不是己二酸。

基于根据本发明的金属加工液的总重量，金属加工液可以优选包含至少0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％或4.5％的有机酸(按照给出的顺序越来越优选)，并且独立地优选包含不超过20.0％、19.0％、18.0％、17.0％、16.0％、15.0％、14.5％、14.0％、13.5％、13.0％、12.5％、12.0％、11.5％、11.0％、10.5％、10.0％、9.8％、9.6％、9.4％、9.2％、9.0％、8.9％、8.8％、8.7％、8.6％、8.5％、8.4％、8.3％、8.2％、8.1％或8.0％的有机酸(按照给出的顺序越来越优选)。例如，基于金属加工液的总重量，本发明的某些实施方案可包含约0.2％至20％、约1％至15％、或最理想地约2％至8％的有机酸。

本发明的有机酸旨在替代在现有金属加工液的pH缓冲体系中发现的硼酸。因此，有机酸可以与合适的碱性试剂组合，以提供将金属加工液保持在所需pH范围内的缓冲体系。可以单独或组合包含在根据本发明的金属加工液中的碱性试剂的例子包括但不限于烷醇胺；伯胺、仲胺和叔胺，优选伯胺；碱金属氢氧化物，例如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化锂；以及金属碳酸盐和金属碳酸氢盐，例如碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾。

合适的烷醇胺和胺包括但不限于氨基甲基丙醇(AMP-95)、二甘醇胺(DGA)、单乙醇胺(MEA)、单异丙醇胺(MIPA)、丁基乙醇胺(NBEA)、二环己胺(DCHA)、二乙醇胺(DEA)、丁基二乙醇胺(NBDEA)、三乙醇胺(TEA)和甲基戊二胺。

优选的是，碱性试剂包括至少一种有机胺。本文所用的“有机胺”是指包含至少一个胺官能团的化合物。所述化合物包括脂族和芳族化合物的伯胺、仲胺和叔胺。有机胺优选是脂族的，并且具有至少50mg KOH/g的总胺值。胺值根据ASTM 2074-92(1998)计算。优选的有机胺包括单乙醇胺和甲基戊二胺。

基于根据本发明的金属加工液的总重量，金属加工液可以优选包含至少0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2.0％的一种或多种碱性试剂(按照给出的顺序越来越优选)，并且独立地优选包含不超过25.0％、24.0％、23.0％、22.0％、21.0％、20.0％、19.0％、18.0％、17.0％、16.0％、15.9％、15.8％、15.7％、15.6％、15.5％、15.4％、15.3％、15.2％、15.1％或15.0％的一种或多种碱性试剂(按照给出的顺序越来越优选)。例如，基于金属加工液的总重量，金属加工液的某些实施方案可包含约25％或更少、约20％或更少、或者最理想地约2％-15％的一种或多种碱性试剂。

如前所述，添加到根据本发明的金属加工液中的pH缓冲体系有助于改善金属加工液中乳化剂的性能并防止某些金属的腐蚀。pH缓冲体系在金属加工液组合物中特别有用，所述组合物包含水性流体和油的混合物，以及任选存在的添加剂，所述添加剂通常添加到本领域技术人员已知的金属加工液中。理想的是，选择乳化剂，使得组合物如本文所定义的那样在至少三天或更长时间内储存稳定。

根据本发明的组合物的油用作流体动力润滑剂。流体动力润滑涉及用流体润滑剂薄膜隔开移动的表面。含油金属加工液，例如本发明的那些含油金属加工液，通常包含一种或多种可溶性油和半合成油，以及矿物油作为主要润滑成分，这也提供了一定耐腐蚀性的优点。优选地，根据本发明的金属加工液包含适用于宽范围操作条件(例如温度和压力)的矿物油。合适的油的例子包括但不限于基于烃的油，例如具有低倾点、良好溶解能力、低气味水平、高闪点和颜色稳定性特征的环烷油和石蜡油。

基于根据本发明的金属加工液的总重量，金属加工液可以优选包含至少0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％和5.0％的一种或多种流体动力润滑剂(按照给出的顺序越来越优选)，并且独立地优选包含不超过50.0％、48.0％、46.0％、44.0％、42.0％、40.0％、39.0％、38.0％、37.0％、36.0％、35.0％、34.0％、33.0％、32.0％、31.0％、30.9％、30.8％、30.7％、30.6％、30.5％、30.4％、30.3％、30.2％、30.1％或30.0％的一种或多种流体动力润滑剂(按照给出的顺序越来越优选)。例如，基于金属加工液的总重量，金属加工液的某些实施方案可包含约50％或更少、约40％或更少、或者最理想地约5％-30％的一种或多种流体动力润滑剂。

如本领域技术人员所知，含油金属加工液可能具有一些缺点，例如经常影响流体稳定性的水硬度，由于包含乳化剂而导致的使用期间过度发泡，以及微生物生长。因此，通常添加额外的添加剂来克服这些缺点中的一些。因此，根据本发明的金属加工组合物可任选地包含一种或多种常用添加剂，例如边界润滑剂添加剂、极压润滑剂添加剂、缓蚀剂(例如铸铁缓蚀剂、黄色金属缓蚀剂和铝缓蚀剂)、乳化剂/水溶助剂、杀生物剂和消泡剂。

边界润滑剂和极压润滑剂将表面相互摩擦时观察到的摩擦磨损降至最低。根据本发明的金属加工液可包含一种或多种边界润滑剂和/或极压润滑剂添加剂。边界润滑剂可包括但不限于肥皂、酰胺、酯、二醇和硫酸化植物油。极压润滑剂包括但不限于氯化和硫化脂肪酸和酯、多硫化物、有机磷酸酯和中和的磷酸酯。

可用于根据本发明的组合物中的某些聚合物材料也可用作边界润滑剂和极压润滑剂，所述聚合物材料包括但不限于由任一端具有聚氧乙烯链的中心聚氧丙烯嵌段组成的嵌段共聚物、由任一端具有聚氧丙烯链的中心聚氧乙烯嵌段组成的嵌段共聚物、由环氧乙烷和环氧丙烷顺序加入乙二胺得到的四嵌段共聚物、具有至少一个末端羟基的环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物的水溶性润滑剂基础原料、水溶性聚氧乙烯醇或聚氧丙烯醇或这种醇的水溶性羧酸酯、所有聚氧丙烯基团具有一个末端羟基的醇起始的基础原料、一元和二元酸酯、多元醇酯、聚亚烷基二醇酯、接枝有机酸的聚亚烷基二醇、磷酸酯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇以及丙烯酸或甲基丙烯酸和丙烯酸酯的共聚物。

优选的边界润滑剂包括烷醇酰胺和油醇。优选的极压润滑剂包括油酸及其衍生物、聚乙二醇单油烯基醚磷酸酯和磷酸酯。

基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含0-约40％，更优选约1％-25％，最优选约2％-15％的一种或多种边界润滑剂。理想地，根据本发明的金属加工液可包含一种或多种边界润滑剂，其量为基于金属加工液的总重量至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％或14％，以及基于金属加工液的总重量至多约15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含0-约40％，更优选约5％-约25％或更少，最优选约1％-约5％的一种或多种极压润滑剂。理想地，根据本发明的金属加工液可包含一种或多种极压润滑剂，其量为基于金属加工液的总重量至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及基于金属加工液的总重量至多约11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。

缓蚀剂是当以低浓度加入时可阻止或减缓金属和合金的腐蚀的化学化合物。含油产品严重依赖油本身来形成防腐蚀屏障涂层；然而，取决于被机械加工的金属，可能需要额外的添加剂来进一步防止腐蚀的可能性。缓蚀剂通常通过例如以下方式来起作用：形成钝化层(材料表面上阻止腐蚀性物质接触金属的薄膜)，抑制氧化还原腐蚀系统的氧化或还原部分(阳极和阴极抑制剂)，或者清除溶解氧。缓蚀剂的例子包括但不限于烷基膦酸、羧酸的碱金属盐和烷醇胺盐、十一碳二酸/十二碳二酸及其盐、C₄-C₂₂羧酸及其盐、甲基苯并三唑(tolytriazole)及其盐、苯并三唑及其盐、咪唑啉及其盐、烷醇胺和酰胺、磺酸盐、环烷酸的碱金属盐和烷醇胺盐、磷酸酯胺盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、羧酸衍生物、烷基磺酰胺羧酸、芳基磺酰胺羧酸、脂肪肌氨酸金属盐(fatty sarkosides)、苯氧基衍生物和钼酸钠。

优选的铸铁缓蚀剂包括十一碳二酸/十二碳二酸及其盐。优选的黄色金属缓蚀剂包括甲基苯并三唑钠盐。优选的铝缓蚀剂包括辛基膦酸。

基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含约15％或更少，更优选约1％-10％的一种或多种铸铁缓蚀剂。理想地，根据本发明的金属加工液可包含一种或多种铸铁缓蚀剂，其量为基于金属加工液的总重量约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，并且不超过约11％、12％、13％、14％或15％。根据本发明的金属加工液可包含一种或多种黄色金属缓蚀剂和/或铝缓蚀剂，基于金属加工液的总重量，每种缓蚀剂的量为约5％或更少，更优选约3％或更少，最优选约0.1％至0.5％。根据本发明的金属加工液可包含一种或多种黄色金属缓蚀剂和/或铝缓蚀剂，基于金属加工液的总重量，每种缓蚀剂的量为约0.1％、0.2％、0.3％或0.4％，并且不超过约0.5％、1％、2％、3％、4％或5％。

本领域技术人员已知的用于稳定金属加工液乳液的任何乳化剂或水溶助剂均可用于根据本发明的各种金属加工液组合物中。合适的乳化剂/水溶助剂包括但不限于烷醇酰胺、烷芳基磺酸盐、烷芳基磺酸、胺氧化物、酰胺和胺皂、嵌段共聚物、羧化醇、羧酸/脂肪酸、乙氧基化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺/酰胺、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酯和油、乙氧基化酚、脂肪胺和酯、甘油酯、乙二醇酯、咪唑啉和咪唑啉衍生物、木质素和木质素衍生物、马来酸酐或琥珀酸酐、甲酯、单酸甘油酯及衍生物、环烷酸、烯烃磺酸酯、磷酸酯、聚亚烷基二醇、聚乙二醇、多元醇、聚合物(多糖、丙烯酸、丙烯酰胺)、丙氧基化和乙氧基化脂肪酸、醇或烷基酚、季铵表面活性剂、肌氨酸衍生物、肥皂、脱水山梨糖醇衍生物、蔗糖和葡萄糖酯及衍生物、油和脂肪酸的硫酸盐和磺酸盐、乙氧基化烷基酚的硫酸盐和磺酸盐、醇的硫酸盐、乙氧基化醇的硫酸盐、脂肪酯的硫酸盐、十二烷基苯和十三烷基苯的磺酸盐、萘和烷基萘的磺酸盐、石油磺酸盐、磺基琥珀酰胺酸酯、磺基琥珀酸酯及衍生物、十三烷基苯磺酸和十二烷基苯磺酸。

优选的乳化剂/水溶助剂包括C₁₆-C₁₈乙氧基化醇；烷基醚羧酸；妥尔油蒸馏馏分；聚乙二醇醚；和异壬酸。

基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含约25％或更少，更优选约0.1％-约20％，最优选约1％-15％的一种或多种乳化剂/水溶助剂。基于金属加工液的总重量，乳化剂/水溶助剂的存在量可为约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，并且不超过约16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％。

如前所述，基于水的流体和基于植物油的流体可能被细菌和真菌污染。有时向金属加工液中添加杀细菌剂或杀真菌剂以控制金属加工液的微生物生长和变质。这是保持流体质量和保护工作人员免受暴露于生物制剂和内毒素影响所必需的，生物制剂和内毒素会导致机械操作员肺(machine operator’s lung)、过敏性肺炎或军团菌病。基于纯矿物油的金属加工液或基于溶剂的流体通常不含杀生物剂，并且添加到金属加工液中的杀生物剂的量根据类型和用途而变化。然而，为了进一步防止金属加工液中的微生物生长，根据本发明的金属加工液组合物可任选地包含一种或多种杀生物剂。适合用于本发明的组合物中的杀生物剂是2-吡啶硫醇1-氧化物钠盐。

基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含约0.05％-2％，更优选约0.1％-0.5％的一种或多种杀生物剂。理想地，根据本发明的金属加工液可包含一种或多种杀生物剂，其量为基于金属加工液的总重量约0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％或0.4％，以及至多约0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％。

在本发明的各种实施方案中，可以使用与切削液的其它组分相容并且最小化或消除储存或使用流体时金属加工液的起泡的任何化合物。合适的消泡剂包括但不限于聚亚烷基亚胺、有机改性聚硅氧烷和聚醚。示例性消泡剂包括聚乙烯亚胺；烷基聚硅氧烷，例如二甲基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、二丙基聚硅氧烷、甲基乙基聚硅氧烷、二辛基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基丙基聚硅氧烷、二丁基聚硅氧烷和二(十二烷基)聚硅氧烷；有机磷化合物，例如磷酸三正丁酯、磷酸三(正丁氧基乙基)酯、亚磷酸三苯酯或它们的混合物；以及聚环氧烷烃(环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷)的共聚物。优选的消泡剂包括聚乙烯亚胺溶液和聚合物分散体。

基于金属加工液的总重量，根据本发明的金属加工液可包含约0.05％-2％，更优选约0.1％-0.5％的一种或多种消泡剂。理想地，根据本发明的金属加工液可包含一种或多种消泡剂，其量为基于金属加工液的总重量约0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％或0.4％，以及至多约0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％。

可以任何顺序组合或添加根据本发明的组合物的组分。此外，本领域技术人员已知的通常用于组合或混合金属加工液的各种组分的任何方法都可以用于生产根据本发明的流体。

根据本发明的金属加工液可用于各种金属加工工艺，包括但不限于切削、铣削、车削、磨削、钻孔(drilling)和镗孔(boring)。可以在金属加工过程中将金属加工液施加到金属表面，包括待机械加工的金属和/或用于使原材料成形的工具。本领域技术人员已知的用于在制造过程中提供金属加工液以控制发热和润滑接触表面的任何方法都可以用于施加根据本发明的金属加工液。

实施例

参考以下非限制性实施例特别地描述本发明，这些实施例给出了组合物中使用的不同化学组分的名称、它们的不同比例以及对根据本发明的金属加工液的不同实施方案的性能的评估。

实施例1

第一组合物，即实施例1，通过以表1中所示的量组合以下化学组分来制备。

表1-实施例1的组合物

对实施例1进行流体的物理特性测定和一系列试验。将分析结果与含有包含硼酸的pH缓冲体系的基准市售金属加工液进行比较。观察和试验结果见表2。

表2-实施例1的分析结果

另外两种组合物，即实施例2和3通过以表3和表4中所示的量组合以下化学组分来制备。所得流体与实施例1的组合物表现类似。

表3-实施例2的组合物

表4-实施例3的组合物

组分	用途	量(g)
			水	溶剂	40.9
矿物油	流体动力润滑剂	20
			单乙醇胺	有机胺pH缓冲剂	6
甲基戊二胺	有机胺pH缓冲剂	0.5
			45％KOH(苛性钾)	无机碱性试剂	0.25
对苯二甲酸	有机酸pH缓冲剂	5
			硫化油酸	极压润滑剂	5
乙氧基化脂肪醇	乳化剂	3
			烷基醚羧酸	乳化剂	2.5
牛油烷基聚乙二醇醚	乳化剂	2.2
			异壬酸	水溶助剂	1.5
聚合物分散体	消泡剂	2
			聚乙烯亚胺溶液	消泡剂	3.0
二环己胺	铸铁缓蚀剂	5.9
			十一碳二酸/十二碳二酸	铸铁缓蚀剂	2
2-吡啶硫醇1-氧化物钠盐溶液	杀生物剂	0.25

虽然这里已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但是应当理解，这些实施方案仅作为例子提供。本领域技术人员可在不偏离本发明的精神的情况下进行多种变化、改变和替换。因此，随附权利要求意欲涵盖在本发明的精神和范围内的所有这些变化。

Claims

1.水基金属加工液组合物，其包含：

水；

5％-30％的选自矿物油的流体动力润滑剂；

pH缓冲体系，所述pH缓冲体系包含一种或多种芳族有机酸和一种或多种有机胺；其中，所述芳族有机酸选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸；所述一种或多种有机胺选自单乙醇胺、甲基戊二胺及它们的混合物；所述一种或多种芳族有机酸的含量为2％-8％；所述一种或多种有机胺的含量为2％-15％；

5％-10％的乳化剂和水助溶剂，其中所述乳化剂选自：C₁₆-C₁₈乙氧基化醇、烷基醚羧酸、妥尔油蒸馏馏分和聚乙二醇醚；所述水助溶剂是异壬酸；

5％-10％的铸铁缓蚀剂，所述铸铁缓蚀剂为二环己胺和十一碳二酸/十二碳二酸；

0-10％的边界润滑剂，所述边界润滑剂选自烷醇酰胺和油醇；

0-10％的极压润滑剂，所述极压润滑剂选自油酸及其衍生物、聚乙二醇单油烯基醚磷酸酯和磷酸酯；

任选存在的，5％或更少的黄色金属缓蚀剂；

任选存在的，5％或更少的铝缓蚀剂；

任选存在的消泡剂；

任选存在的杀生物剂；

所述金属加工液组合物的pH在9.0-10.0的范围内；

其中，上述所有百分比基于所述金属加工液组合物的总重量。

2.根据权利要求1所述的金属加工液组合物，其中所述有机酸是对苯二甲酸。

3.根据权利要求1所述的金属加工液组合物，其中所述组合物不含硼酸及其盐。

4.金属加工方法，其包括：通过使金属工件的表面与工具接触来使所述金属工件成形，同时采用根据权利要求1-3中任一项所述的金属加工液冷却和润滑所述金属表面或所述工具中的至少一种。