CN108774568A - 一种半合成铝合金加工液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半合成铝合金加工液及其制备方法，其中，半合成铝合金加工液，包括以下重量份的各组分：基础油30‑50份，有机合成酯0‑12份，乳化剂7‑25份，腐蚀抑制剂3‑10份，pH稳定剂10‑15份，抗菌剂2‑4份，消泡剂0.1‑0.5份，去离子水10‑30份。本发明所述的半合成铝合金加工液，其乳化剂组成为HLB值在1‑15范围内呈近似等差梯度分布的至少三种复配，通过上述特征的乳化剂复配，可使该半合成铝合金加工液同时具有优异的极压润滑性能、高硬水铝合金缓蚀性能和黑色金属防锈性能。

Description

一种半合成铝合金加工液及其制备方法
技术领域
本发明属于金属加工液领域，尤其是涉及一种兼具高硬水防锈缓蚀性和润滑性，适用于铝合金切削及磨削的半合成加工液。
背景技术
近年来，中国的铝制品产量正在逐年递增，已超过美国成为全球第一铝制品生产大国。
在铝制品机械成型加工过程中，加工润滑液是其必要的配套材料，也是铝合金产品尺寸、外观、表面质量、性能等能否达到要求的重要影响因素，铝合金加工液具有润滑、防锈、清洗、冷却性能，可以有效防止在铝件加工过程中发生粘刀、加工表面粗糙、氧化失光等问题，同时可对加工机床提供防锈保护，防止机床锈蚀。
铝合金加工液按组成不同，可分为油基加工液和水基加工液两大类，其中，水基加工液由于其优异的冷却能力，且节能环保、不易产生刺激烟雾得到越来越广泛的应用。水基加工液又主要分别乳化液和全合成液，其中，乳化型切削液有更好的润滑效果及缓蚀效果，但由于其基础油浓度高，存在废液难处理、清洁性较差，易腐败等问题。而全合成切削液则普遍润滑性能、防锈性能欠佳，极压抗磨性较差。
半合成加工液介于乳化液和全合成液之间，可结合二者的优点，实现性能互补。
润滑性能、铝合金缓蚀以及黑色金属防锈性能是半合成加工液的重要性能需求。然而，加工液的润滑性能与金属防锈缓蚀性能存在一定的性能竞争，难以同时达到优异的综合效果，而在加工液的使用过程中，由于水分蒸发造成Ca2+、Mg2+的富集，导致加工液硬度增大，将进一步加剧铝合金加工液防锈缓蚀性能的衰减。
现有的半合成铝合金加工液大多不能满足高硬水防锈性和润滑性的协同作用，在实际使用中容易出现某方面的性能欠佳，特别是在Mg含量较高的铝合金加工中，Mg2+的累积造成加工液硬度升高易导致缓蚀防锈性能明显衰减。
因此，研发一种综合性能优越，兼具高硬水防锈缓蚀性和润滑性，适用于铝合金切削及磨削的半合成加工液具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种半合成铝合金加工液，以克服现有技术的缺陷，其乳化剂组成为HLB值在1-15范围内呈近似等差梯度分布的至少三种复配，通过上述特征的乳化剂复配，可使该半合成铝合金加工液同时具有优异的极压润滑性能、高硬水铝合金缓蚀性能和黑色金属防锈性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种半合成铝合金加工液，包括以下重量份的各组分：基础油30-50份，有机合成酯0-12份，乳化剂7-25份，腐蚀抑制剂3-10份，pH稳定剂10-15份，抗菌剂2-4份，消泡剂0.1-0.5份，去离子水10-30份。
优选的，所述基础油为40℃时粘度为20-35mm2/s的环烷基矿物油。
优选的，所述有机合成酯为双酯、三羟甲基丙烷酯、聚酯、四聚蓖麻油酸酯中的一种或两种以上。
优选的，半合成金属加工液整个体系的pH值为8.9-9.5。
优选的，所述乳化剂为石油磺酸钠、聚氧乙烯烷基芳基醚、二乙二醇单月桂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、环氧基醇醚、妥尔油、油酸、二乙二醇单丁醚、烷基芳基磺酸盐、单硬脂酸甘油酯中的三种或三种以上，且所选择的各组分的HLB值在1-15范围内呈等差梯度分布。
优选的，所述腐蚀抑制剂为有机三元羧酸、二元羧酸、三嗪衍生物、烷基磷酸酯、膦酸酯、硫代磷酸酯、季戊四醇酯、脂肪酸酰胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、甲基咪唑啉、甲基硅酸钠、硼酸酯、N-酰基氨基酸衍生物、醇醚磷酸酯中的一种或两种以上。
优选的，所述pH稳定剂为三乙醇胺，二甘醇胺、吗啉、乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、异丁醇胺、乙二胺、正丁胺中的一种或两种以上。
优选的，所述抗菌剂为羟乙基六氢均三嗪、A,A',A”-三甲基-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三乙醇、苯并异噻唑啉酮、月桂胺二亚丙基二胺、吡硫鎓钠、3,3’亚甲基(5-甲基恶唑烷)、四羟甲基甘脲中的一种或两种以上。
优选的，所述消泡剂为聚醚-硅氧烷共聚物或聚硅氧烷。
本发明的另一目的在于提出一种半合成铝合金加工液的制备方法，以制备上述半合成铝合金加工液。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种半合成铝合金加工液的制备方法，包括以下步骤：
S1：在装有回流冷凝管、搅拌器和温度计的反应釜中加入配方量的去离子水、pH值稳定剂和腐蚀抑制剂，搅拌升温至70℃，继续搅拌至完全溶解；
S2：停止加热，在步骤S1的溶液体系中加入配方量的基础油、有机合成酯、乳化剂，继续搅拌至均匀；
S3：持续搅拌至体系冷却至室温，加入配方量的抗菌剂和消泡剂搅拌均匀，即得到半合成铝合金加工液原液。
相对于现有技术，本发明所述的一种半合成铝合金加工液具有以下优势：
(1)本发明的半合成铝合金加工液采用HLB值在1-15范围内呈近似等差梯度分布的至少三种乳化剂组成乳化剂复合包，能在较高的硬度下为铝合金、铜、黑色金属提供良好的缓蚀防锈保护，防止加工液的缓蚀防锈性随着硬度的积累发生衰减，并避免加工工件及机床在硬度叠加的加工过程中氧化失光甚至产生腐蚀。
(2)本发明的半合成铝合金加工液具备优异的润滑极压性能，不含氯化石蜡，不含亚硝酸钠、酚类，无毒无害、无污染，环境友好。同时碱储备较高，具有优异的抗菌抑菌性能，生物稳定性好，循环寿命长。
所述一种半合成铝合金加工液的制备方法与上述一种半合成铝合金加工液相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
一种半合成铝合金加工液，包括以下重量份的各组分：基础油30-50份，有机合成酯0-12份，乳化剂7-25份，腐蚀抑制剂3-10份，pH稳定剂10-15份，抗菌剂2-4份，消泡剂0.1-0.5份，去离子水10-30份。
其中，水的加入量以使所述半合成铝合金加工液能够维持稳定状态、并达到具有良好的流动性能为准，本领域技术人员可根据需要进行调整和添加，本发明中水的重量份优选为10-30份。
其中，基础油为环烷基矿物油，发明人发现，环烷基油易乳化，冷却性能好，是加工液基础油的理想选择。
其中，有机合成酯为双酯、三羟甲基丙烷酯、聚酯、四聚蓖麻油酸酯中的至少一种。
其中，乳化剂为HLB值在1-15范围内呈近似等差梯度分布的至少三种常规乳化剂的混合物，这些常规乳化剂可以为石油磺酸钠、聚氧乙烯烷基芳基醚、二乙二醇单月桂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、环氧基醇醚、妥尔油、油酸、二乙二醇单丁醚、烷基芳基磺酸盐、单硬脂酸甘油酯等。
其中，腐蚀抑制剂为有机三元羧酸、二元羧酸、三嗪衍生物、烷基磷酸酯、膦酸酯、硫代磷酸酯、季戊四醇酯、脂肪酸酰胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、甲基咪唑啉、甲基硅酸钠、硼酸酯、N-酰基氨基酸衍生物、醇醚磷酸酯中的至少一种。发明人发现，使用该腐蚀抑制剂及其组合可在较大硬度范围内为铝合金、铜、黑色金属提供优异的缓蚀保护。
其中，pH稳定剂为三乙醇胺，二甘醇胺、吗啉、乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、异丁醇胺、乙二胺、正丁胺中的至少一种。发明人发现，该类碱值储备剂可有效调节加工液的pH值和总碱度，并保证本半合成铝合金加工液的润滑性。
其中，可利用碱值储备剂将本发明所述半合成铝合金加工液的pH值调整至8.9-9.5，此时所述碱值储备剂优选的重量份数为10-15份。发明人发现，切削液pH在此范围内做操作者皮肤不易造成刺激，且可保证足够的加工液碱值，使加工液不易发生腐败变质。
其中，抗菌剂为羟乙基六氢均三嗪、A,A',A”-三甲基-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三乙醇、苯并异噻唑啉酮、月桂胺二亚丙基二胺、吡硫鎓钠、3,3’亚甲基(5-甲基恶唑烷)、四羟甲基甘脲中的至少一种。发明人发现，该类抗菌剂对细菌、真菌的生长有良好的抑制作用，在较长的使用周期以及较苛刻的微生物污染条件下有效控制微生物数量，延缓加工液腐败速度，并对人体和环境未发现明显危害。
其中，消泡剂可以为金属加工液中常用的消泡剂，优选为聚醚-硅氧烷共聚物或聚硅氧烷。
上述半合成铝合金加工液的制备方法，包括以下步骤：
S1：在装有回流冷凝管、搅拌器和温度计的反应釜中加入配方量的去离子水、pH值稳定剂和腐蚀抑制剂，搅拌升温至70℃，继续搅拌至完全溶解；
S2：停止加热，在步骤S1的溶液体系中加入配方量的基础油、有机合成酯、乳化剂，继续搅拌至均匀；
S3：持续搅拌至体系冷却至室温，加入配方量的抗菌剂和消泡剂搅拌均匀，即得到半合成铝合金加工液原液。
下面通过实施例1-5来进一步说明本发明的技术方案。
一、实施例1-5与对比例1-5
1、实施例1-5的加工液各组分及含量见表1。
表1实施例1-5加工液组成
实施例1-5的半合成铝合金加工液的制备方法，均包括以下步骤：
S1：在装有回流冷凝管、搅拌器和温度计的反应釜中加入配方量的去离子水、pH值稳定剂和腐蚀抑制剂，搅拌升温至70℃，继续搅拌至完全溶解；
S2：停止加热，在步骤S1的溶液体系中加入配方量的基础油、有机合成酯、乳化剂，继续搅拌至均匀；
S3：持续搅拌至体系冷却至室温，加入配方量的抗菌剂和消泡剂搅拌均匀，即得到半合成铝合金加工液原液。
其中，实施例1-5的乳化剂组成及其HLB值分布见表2，表1和表2中环氧基醇醚1#为南京尚勤新材料科技有限公司生产的SA 5052乳化剂；环氧基醇醚2#为南京尚勤新材料科技有限公司生产的SA 6062乳化剂。
表2实施例1-5加工液乳化剂组成及其HLB值分布
由表2可以看到，实施例1～5的共同特征是其中的各乳化剂成分HLB值在1～15范围内基本呈等差阶梯分布。
2、对比例1～5的组分见表3.
表3对比例1-5加工液组成
可以看到，对比例1～3与实施例1～5的加工液配方组成基本一致，不同之处为其乳化剂为传统的乳化对组成，HLB值不呈等差阶梯分布。
对比例1～3的加工液制备方法与实施例1-5中的加工液的制备方法类似，在此不再赘述。
二、对实施例1～5和对比例1～5的润滑及硬水防锈缓蚀性能进行评价
1、评价方法和指标.
对实施例1～5的半合成铝合金加工液和对比例1～5的5wt％去离子水或人造硬水稀释液进行性能测试，使用攻丝扭矩仪进行7075铝合金挤压钻孔实验，测试其去离子水稀释液极压润滑性能，参照国标GB/T 6144-2010浸泡防锈及铝缓蚀测试对其硬水防锈及缓蚀性能进行测试，使用浸泡测试件分别为铸铁及LY12铝合金标准浸泡件。
2、实验结果：
实施例1～5和对比例1～5的润滑及硬水防锈缓蚀评价结果见表4。
表4实施例1-5和对比例1-5的润滑及硬水防锈缓蚀评价结果
对比例1～5与实施例1～5均为半合成金属加工液，且具有较相近的pH值，由表4可以看出，国产加工液对比例5攻丝扭矩较大，表明其攻丝润滑性能欠佳，另外，其硬水稀释液的黑色金属防锈性和铝合金缓蚀性的失效点均较低，表明该加工液的硬水稀释液较易对铝合金及黑色金属造成腐蚀。而对比例4的相对攻丝扭矩值较小，表明其具备较理想的攻丝润滑效果，另外，对比例4在100°DH以下的硬水中均可对铝合金提供良好的缓蚀保护，但其硬水黑色金属防锈性不够理想。
与对比例4～5相比，对比例1～3的硬水黑色金属防锈性能得到了显著提升，但其攻丝润滑性能及硬水铝合金缓蚀性能不够理想，介于对比例4～5之间。
综上所述，对比例1～5不具备优异的润滑及硬水防锈缓蚀综合性能。
实施例1～5在7075铝合金工件上的攻丝润滑效果与对比例中攻丝润滑性能最佳的对比例4相当甚至更为优越，同时，实施例1～5对铸铁及铝合金的硬水防锈缓蚀性能显著优于对比例1～5，在高硬水稀释液中可以为铸铁及铝合金提供有效的表面防腐蚀保护。
由此可以看出，本发明研发出了一种综合性能优越，具有优异的极压润滑性能及高硬水铝合金缓蚀性能和黑色金属防锈性能的半合成铝合金加工液。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半合成铝合金加工液，其特征在于：包括以下重量份的各组分：基础油30-50份，有机合成酯0-12份，乳化剂7-25份，腐蚀抑制剂3-10份，pH稳定剂10-15份，抗菌剂2-4份，消泡剂0.1-0.5份，去离子水10-30份。
2.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述基础油为40℃时粘度为20-35mm2/s的环烷基矿物油。
3.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述有机合成酯为双酯、三羟甲基丙烷酯、聚酯、四聚蓖麻油酸酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：半合成金属加工液整个体系的pH值为8.9-9.5。
5.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述乳化剂为石油磺酸钠、聚氧乙烯烷基芳基醚、二乙二醇单月桂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、环氧基醇醚、妥尔油、油酸、二乙二醇单丁醚、烷基芳基磺酸盐、单硬脂酸甘油酯中的三种或三种以上，且所选择的各组分的HLB值在1-15范围内呈等差梯度分布。
6.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述腐蚀抑制剂为有机三元羧酸、二元羧酸、三嗪衍生物、烷基磷酸酯、膦酸酯、硫代磷酸酯、季戊四醇酯、脂肪酸酰胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、甲基咪唑啉、甲基硅酸钠、硼酸酯、N-酰基氨基酸衍生物、醇醚磷酸酯中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述pH稳定剂为三乙醇胺，二甘醇胺、吗啉、乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、2-氨基-2- 甲基-1-丙醇、异丁醇胺、乙二胺、正丁胺中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述抗菌剂为羟乙基六氢均三嗪、A,A',A”-三甲基-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三乙醇、苯并异噻唑啉酮、月桂胺二亚丙基二胺、吡硫鎓钠、3,3’亚甲基(5-甲基恶唑烷)、四羟甲基甘脲中的一种或两种以上。
9.根据权利要求1所述的半合成铝合金加工液，其特征在于：所述消泡剂为聚醚-硅氧烷共聚物或聚硅氧烷。
10.一种制备如权利要求1至9任意一项所述的半合成铝合金加工液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在装有回流冷凝管、搅拌器和温度计的反应釜中加入配方量的去离子水、pH值稳定剂和腐蚀抑制剂，搅拌升温至70℃，继续搅拌至完全溶解；
S2：停止加热，在步骤S1的溶液体系中加入配方量的基础油、有机合成酯、乳化剂，继续搅拌至均匀；
S3：持续搅拌至体系冷却至室温，加入配方量的抗菌剂和消泡剂搅拌均匀，即得到半合成铝合金加工液原液。
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