CN109370719A - 镁合金切削液组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镁合金切削液组合物，其包括按重量百分数计的如下组分：基础油：30～60％；油性剂：10～20％；有机胺：5～15％；有机酸：5～15％；表面活性剂：10～25％；缓蚀剂：0.5～3％；杀菌剂：2～4％；水：0～10％。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、由于复配的表面活性剂的使用，使本发明的切削液具有优异的耐硬水性能和防析氢性能，尤其是可在镁离子含量为15000ppm以上的硬水中不破乳；2、由于缓释剂的使用，使本发明的切削液对镁合金具有优异的防腐蚀性能；3、切削液的使用寿命可达6个月以上。

Description

镁合金切削液组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金切削液组合物及其制备方法，属于工业切削液技术领域。

背景技术

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小约1.8g/cm³，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的耐腐蚀性能好。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌合金。主要用于航空，航天，运输，化工，火箭等工业部门。它是实用金属中最轻的金属，高强度，高刚性。随着汽车工业和3C行业的发展，镁合金行业令市场看好。汽车行业的轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展以及3C产品中笔记本电脑，数码视听设备和手机等产品中，镁合金都有广泛的应用。

目前镁合金的切削加工，多使用水溶性切削液。水性切削液加工镁合金时，会出现水硬度升高和镁合金容易腐蚀变色的问题，通常会在普通水性切削液中添加抗硬水剂和铝缓蚀剂。

普通的水性切削液，不耐硬水，加工镁合金容易析氢，材料容易腐蚀变色，切削液的使用寿命短。通过添加抗硬水剂和铝缓蚀剂，可以稍微提高切削液的使用寿命，如使用不当会出现其他副作用，如泡沫多、稳定性变差、加速腐败、发臭。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镁合金切削液组合物及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种镁合金切削液组合物，其包括按重量百分数计的如下组分：

上述配方中，基础油含量较高，润滑性好；油性剂起到物理润滑的作用；缓蚀剂可保证工件具有较高的精度和较好的外观光洁度；表面活性剂可以保持乳液稳定，不破乳。

作为优选方案，所述基础油包括矿物油和/或改性植物油。

作为优选方案，所述油性剂选自植物油、不饱和脂肪酸酯、饱和脂肪酸酯和复合酯中的至少一种。

作为优选方案，所述有机胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和聚醚胺中的一种或几种。

作为优选方案，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、醚羧酸和醚羧酸季胺盐中的至少两种，优选脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸和醚羧酸季胺盐的混合物。

作为优选方案，所述缓蚀剂选自磷酸酯、改性磷酸酯、膦酸酯、苯并三氮唑、十二烷基苯磺酸钠、高锰酸钾、磷酸钠和多元醇酰胺的至少一种，优选磷酸酯、磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠的复合缓蚀剂。

作为优选方案，所述复合缓蚀剂的制备方法为：

将五氧化二磷溶于溶剂中后，加入植物油，在70～80℃下进行反应后，水解，降温至50℃以下，加入磷酸钠，中和pH值至2～3，加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后，得到所述复合缓蚀剂。

利用本方法制备的复合缓蚀剂，润滑性能和挤压性能均良好，对镁合金还具有良好的保护效果。

作为优选方案，所述杀菌剂选自吗啉类、苯并异噻唑啉酮和苯并异噻唑啉酮衍生物中的至少一种。

一种如前述的镁合金切削液组合物的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将有机酸、有机胺和部分缓蚀剂混匀后，在70～80℃下进行反应，得到预混液；

S2、在所述预混液中加入表面活性剂、杀菌剂和剩余缓蚀剂，混匀后，加入基础油，搅拌至透明，得到所述镁合金切削液组合物。

所述部分缓释剂的量为缓释剂总重量的10％。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、由于复配的表面活性剂的使用，使本发明的切削液具有优异的耐硬水性能和防析氢性能，尤其是可在镁离子含量为15000ppm以上的硬水中不破乳；

2、由于缓释剂的使用，使本发明的切削液对镁合金具有优异的防腐蚀性能；

3、切削液的使用寿命可达6个月以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中所用的复合缓蚀剂的制备方法为：

先将植物油升温到45℃，然后将P₂O₅加入乙醇中，搅拌均匀后加入植物油中，控制P₂O₅和植物油的重量比为1∶4，升温到70～80℃，保温反应3h后，加入少量水水解2h，待降温到50℃以下，加入磷酸钠，中和至pH值为2～3，加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后，得到所述复合缓蚀剂。

实施例1

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

一、按表1进行配料后，将癸二酸、对叔丁基苯甲酸、二甘醇胺、一乙醇胺和0.3kg膦酸酯混合均匀，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应60至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

二、将三羟甲基丙烷油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、苯并异噻唑啉酮、步骤一中制备的预混液和2.7kg膦酸酯加入5#白油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表1

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡56h，镁合金轻微变色。

实施例2

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

一、按表2进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、聚醚胺、二乙醇胺和0.2kg苯并三氮唑混合均匀，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

二、将三羟甲基丙烷油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、吗啉、步骤一中制备的预混液、0.3kg苯丙三氮唑和1.5kg膦酸酯加入10#白油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表2

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡60h，镁合金轻微变色。

实施例3

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

一、按表3进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、聚醚胺、二乙醇胺和0.3kg苯并三氮唑混合均匀，加水，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

二、将棕榈油、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、苯并异噻唑啉酮衍生物、步骤一中制备的预混液、0.2kg苯丙三氮唑和2.5kg膦酸酯加入氢化植物油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表3

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡62h，镁合金轻微变色。

实施例4

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

一、按表4进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、聚醚胺、二乙醇胺和0.3kg膦酸酯混合均匀，加水，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

二、将蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、苯并异噻唑啉酮、步骤一中制备的预混液、1.5kg苯丙三氮唑和1.2kg膦酸酯加入环氧大豆油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表4

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡60h，镁合金轻微变色。

实施例5

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

1、按表5进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和膦酸酯混合均匀，加水，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

2、将棕榈油、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、吗啉、步骤一中制备的预混液和苯丙三氮唑加入氢化植物油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表5

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡60h，镁合金轻微变色。

实施例6

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

1、按表6进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和膦酸酯混合均匀，加水，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

2、将棕榈油、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、吗啉、步骤一中制备的预混液和苯丙三氮唑加入氢化植物油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表6

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中48h，镁合金不变色，浸泡64h，镁合金轻微变色。

实施例7

本实施例提供了一种切削液组合物的制备方法，包括如下步骤：

1、按表7进行配料后，将对叔丁基苯甲酸、十二碳二元酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和0.25kg复合缓蚀剂混合均匀，加水，在100～300rpm的转速下搅拌并加热至70～80℃，反应至物料均匀透明，无固体颗粒物，冷却至40℃，得到预混液，备用；

2、将棕榈油、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸、醚羧酸季胺盐、吗啉、步骤一中制备的预混液和剩余复合缓蚀剂加入氢化植物油中，常温下以300rpm的转速搅拌至物料透明，得到镁合金切削液。

表7

测试本实施例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中72h，镁合金不变色。

实施例8

本实施例与实施例5的区别仅在于，利用磷酸酯代替了膦酸酯。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于，表面活性剂仅使用了脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚。

测试本对比例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中，4h后镁合金变色发黑。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于，表面活性剂仅使用了石油磺酸钠。

测试本对比例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中，8h后镁合金变色发黑。

对比例3

本对比例与实施例1的区别仅在于，表面活性剂仅使用了醚羧酸。

测试本对比例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中，6h后镁合金出现轻微变色，12h后，变色发黑。

对比例4

本对比例与实施例1的区别仅在于，缓蚀剂使用无机磷酸盐替代。

测试本对比例得到的切削液对镁合金的腐蚀性，将切削液稀释成4wt％的水溶液，将镁合金浸泡于其中，10h后镁合金出现轻微变色，16h后，变色发黑。

由实施例1和对比例1的对比可知，表面活性剂仅仅使用脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，对镁合金的防腐蚀性能不够理想；由实施例1和对比例2的对比可知，表面活性剂仅仅使用石油磺酸钠，对镁合金的防腐蚀性能不够理想；由实施例1和对比例3的对比可知，表面活性剂仅仅使用醚羧酸，对镁合金的防腐蚀性能不够理想，由实施例1和对比例4的对比可知，缓蚀剂使用无机磷酸盐，对镁合金的防腐蚀性能不够理想，这是因为，镁合金性质活泼，与水发生电化学反应产生全面腐蚀、电偶腐蚀、局部缝隙腐蚀和点蚀，切削液一般是自来水稀释，自来水中的氯离子会破坏镁合金表面膜，加速镁合金腐蚀。缓蚀剂(聚合物类、有机类和无机类)可以在镁合金表面形成保护膜(吸附膜、沉积膜和氧化膜)可以抑制腐蚀，单一种类缓蚀剂形成的保护膜不够致密，保护效果单一，在复杂环境(金属切削加工过程)下的防腐蚀性能不够理想。本发明针对金属切削加工和含氯水质，选择多种缓蚀剂，合理配比，尤其是复合缓释剂的使用，可以在镁合金表面形成钝化-吸附膜，该保护膜形态致密，吸附性强，抑制析氢和电子转移的效果更为明显，起到优异的镁合金防腐蚀效果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种镁合金切削液组合物，其特征在于，包括按重量百分数计的如下组分：

2.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述基础油包括矿物油和/或改性植物油。

3.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述油性剂选自植物油、不饱和脂肪酸酯、饱和脂肪酸酯和复合酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述有机胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和聚醚胺中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、醚羧酸和醚羧酸季胺盐中的至少两种，优选脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、石油磺酸钠、醚羧酸和醚羧酸季胺盐的混合物。

6.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述缓蚀剂选自磷酸酯、改性磷酸酯、膦酸酯、苯并三氮唑、十二烷基苯磺酸钠、高锰酸钾、磷酸钠和多元醇酰胺的至少一种，优选磷酸酯、磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠的复合缓蚀剂。

7.如权利要求6所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述复合缓蚀剂的制备方法为：

将五氧化二磷溶于溶剂中后，加入植物油，在70～80℃下进行反应后，水解，降温至50℃以下，加入磷酸钠，中和pH值至2～3，加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后，得到所述复合缓蚀剂。

8.如权利要求1所述的镁合金切削液组合物，其特征在于，所述杀菌剂选自吗啉类、苯并异噻唑啉酮和苯并异噻唑啉酮衍生物中的至少一种。

9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的镁合金切削液组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将有机酸、有机胺和部分缓蚀剂混匀后，在70～80℃下进行反应，得到预混液；

S2、在所述预混液中加入表面活性剂、杀菌剂和剩余缓蚀剂，混匀后，加入基础油，搅拌至透明，得到所述镁合金切削液组合物。

10.如权利要求9所述的镁合金切削液组合物的制备方法，其特征在于，所述部分缓释剂的量为缓释剂总重量的10％。