CN1094508C - 一种金属加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属加工的方法，其中为所述金属提供一种润滑剂，其改进包括提供一种选自聚天冬氨酸聚合物的酸、盐和酰胺的水溶液。

Description

一种金属加工的方法
本发明涉及可生物降解的和不需回收的新型水溶性金属加工流体。更具体而言，本发明涉及金属切削、抛光、成型和其它需要润滑剂的加工操作过程中非常有用的聚酰胺盐类。这里公开的聚酰胺化合物具有抗腐蚀性，在环境保护方面比目前基于石油的加工流体更受欢迎。
                         发明背景
基于环境因素考虑，已有的含油金属加工流体需要回收或处理，而不能将其排放到普通污水处理系统。在某些情况下，处理费用成为一项主要费用，以致于处理费用赶上了加工流体的生产成本。
金属加工流体在各种各样的金属加工应用中具有许多功能。典型的功能包括从加工的零件和工具带走热量(冷却)，减少碎屑、工具和加工零件间的摩擦(润滑)，转移工作中产生的金属屑片，减轻和阻止腐蚀，以及防止或减少加工过程中刀具卷刃。这些功能通常要求工作液是几种物质的配方或组合，以实现某一特殊金属加工操作要求的最佳属性。
最近有人建议可用伯酰胺、乙烯二胺、四乙酸、脂肪酸酯和链烷醇胺盐等替代含油金属加工流体。在这类液体有效期内，这些化合物可通过溶入含有它们的片剂得到补充。参见颁给Sato的U.S.P.4,144,188。
胺类也被发现可用作切削油中的抗菌剂。这些胺包括苯胺基胺类和芳基烷基胺类如p-benxylaminophenol。参见颁给Noda等人的EPO90-400732。
上面已经指出，工业上遇到的一个问题就是适当地处理金属加工流体。上述胺类如用生物降解除去，就要用到沉降罐、处理罐和残渣处理罐。这样一个系统已在日本专利03181395中报道。其它废物处理方法和油污去除系统应用时都要符合环境标准。
当用目前的含油水溶性金属加工流体时，工人的环境卫生始终是一个问题。这种加工流体不可避免地与使用这类液体进行切削、弯曲、攻丝和其它金属加工的工人接触。这种含油加工流体在所操作的零件处会产生油雾，并通过空气传到机器和操作工人的附近。英国专利2,252,103中就减轻油雾问题给出了尝试。其中应用了一种包括丙烯酰胺、丙烯酸钠和N-正-辛基丙烯酰胺的共聚物的聚合增稠剂。这种共聚物是由水溶性的和非水溶性的单体调配而成的。
由于应用通常的水溶性金属加工流体时会产生油雾并萦绕在工作区内，所以工作区的整个空间里充斥着特殊的气味。通常，这种气味是令人极不愉快的，工人们却又不得不忍受。
这就需要一种可高度生物降解的、无味、不起雾且水溶性的金属加工流体，这在切削操作中尤其有用。这样一种加工流体节省处理费用，并且使工作室空气更加卫生和容易接受。
已经发现了多种能催化干燥的天冬氨酸混合物聚合以形成聚琥珀酰亚胺的方法。优选的用于干燥环境的催化剂是磷酸。尽管磷酸作为天冬氨酸热缩合的一种良好的催化剂已被人们认识多年，但传统上需很大用量以形成液体或粘性混合物。然而使用相对较少的量以保持基本可流动的粉末也是已知的。例如，Knebel等人在U.S.5,142,062中指出，天冬氨酸/催化剂的重量比在1∶0.1到1∶2的范围内都可以应用。Fox和Harada也在一本名为“蛋白质化学的分析方法”的书中发表了α-氨基酸热缩合的流程，其中描述的一步骤是使用天冬氨酸/催化剂的摩尔比为1∶0.07。Fox和Harada还发现多磷酸在氨基酸的缩合反应中是一种非常有效的催化剂，并指出应用邻磷酸时，可在低于原先要求的温度下进行。
                         发明简述
现在发现了一种高度生物降解的、无味且不产生油雾的水溶性金属加工流体，它包括选自聚天冬氨酸聚合物的由天冬氨酸聚合产生的酸、盐和酰胺。这种聚合物一般通过L-天冬氨酸热缩合成琥珀酰亚胺，后者再应用已知方法水解，产生水溶性的、高度生物降解的聚天冬氨酸或其盐。这种聚合物的分子量一般在约1000到约40000范围内。
当溶于水后，这种聚合物产生一种所希望的水基金属加工流体，用于铁类和非铁类金属的切削、攻丝、弯曲、抛光、打眼、车丝、设计、成齿、铰孔、深钻孔/炮钻、钻孔、凿开、滚削、碾磨、旋削、锯切和成型。
                         发明详述
一般地说，本发明的这种金属加工流体包括聚天冬氨酸或其一种盐，它在水中的重量浓度范围为约3％到约50％。本发明优选的组合物包括约3％到约15％的聚天冬氨酸或其在水中的盐。
由于聚天冬氨酸或其盐易溶于水，所以不需要特殊的混合过程。虽然本发明的金属加工流体可能只包括聚天冬氨酸、其一种盐或胺的水溶液，但常常包括其它组分以提高加工流体所需要的性能。
有多种添加剂可用于本发明的组合物，以加强或提供其在金属加工应用方面更广泛的功能。这些添加剂包括边界润滑剂、缓蚀剂、抗氧化剂、去污剂和分散剂、粘度系数增强剂、乳化调节剂、抗磨损剂、抗摩擦剂和泡沫抑制剂。
例如，用于增强边界润滑的添加剂如抗磨损剂、润滑剂、超压剂、摩擦改性剂等。这种添加剂的典型例子有金属二烷基二硫代磷酸盐、金属二芳基二硫代磷酸盐、烷基磷酸盐、磷酸三(邻甲苯酯)、2-烷基-4-巯基-1，3，4-噻二唑、金属二烷基二硫代碳酸盐、金属二烷基二硫代磷酸酯，其中典型的金属有锌、钼、钨或其它金属，磷化脂肪和烯烃，硫化脂肪和烯烃和链烷烃，脂肪酸，羧酸及其盐，脂肪酸酯，有机钼化合物，二硫化钼，石墨和硼酸盐分散剂。这种边界润滑剂在本领域已经公知。其它添加剂包括提供清洁功能的去污剂和分散剂。
虽然本发明中的这些聚天冬氨酸化合物在某一pH范围内可作为缓蚀剂，但本发明的加工流体中可加入缓蚀剂，它们在聚天冬氨酸、氨基酸盐不起缓蚀剂作用的pH范围内起作用。本领域典型的缓蚀剂例子有铬酸锌、二硫代磷酸盐如二硫代磷酸锌、金属磺酸盐，其中金属是一种碱金属，链烷醇胺如乙醇胺和取代的链烷醇胺，其中烷基主链被取代以带来多种性能，烷基胺如己胺和三乙醇胺，硼酸盐化合物如硼酸钠和硼酸盐与胺的混合物，羧酸包括高pH值(10和更大)的聚天冬氨酸和在硬水中尤其有用的烷基酰胺基羧酸，钼酸钠，硼酸酯如硼酸单苄酯和硼酸与多种醇胺成的酯(同时作为生物稳定剂)、苯甲酸、苯甲酸的硝基衍生物、苯甲酸铵、羟基苯甲酸、苯甲酸钠、带羧甲硫基的羧酸与三乙醇胺成的盐，如1-1-(羧甲硫基)十一烷酸三乙醇胺盐。Aruna Bahadur在一本名为“冷水体系中用作为缓蚀剂的铬酸盐取代物”的书中给出了关于缓蚀剂的更透彻的评述，发表在Corrosion Reviews，11(1-2)，PP.105-122，1993上。该书在此引入作为参考。
本发明典型的组合物是一种含有约5％到约30％重量的聚天冬氨酸的盐或酰胺和约1％到约10％重量的缓蚀剂的水溶液。本发明组合物中还可以含有少量用于L-天冬氨酸热缩合反应形成聚合物的催化剂。典型的这种催化剂是一种酸如磷酸，它在酰亚胺聚合物的水解过程中转化为相应的盐。
典型的抗氧化剂包括锌和其它金属的二硫代磷酸盐、受阻酚、金属酚硫化物、无金属酚硫化物、芳香胺。
由于在应用本发明组合物的许多操作中会产生颗粒物，必须从金属表面除去，所以本发明的组合物中应用了去污剂和分散剂。典型的分散剂包括聚胺琥珀酰亚胺、烯烃氧化物、羟基苄基聚胺、聚胺琥珀酰胺、多羟基琥珀酸酯和多胺酰胺咪唑啉。典型的去污剂包括金属磺酸盐、强碱性金属磺酸盐、金属硫化苯酚盐、强碱性金属硫化苯酚盐、金属水杨酸盐和金属硫代磷酸盐。
所以，本发明的组合物还可以包括表面活性剂、特压剂、缓冲剂、增稠剂、抗微生物试剂和其它常用于这类组合物的助剂。
本发明中的聚天冬氨酸是由天冬氨酸热缩合提供的。已知有许多流程可以满足这一目的。例如，最近发现了一种应用一套盘式干燥器的连续流程，其中天冬氨酸放入上层盘中，当盘水平绕行时，将反应原料送到下面邻近的一层盘中。在干燥器中的驻留时间受盘级数、加热气体如空气穿过干燥器的循环量和温度控制的。在这样一套装置中，温度通常在约200℃至约350℃之间，驻留时间通常在约1.5到约3小时。一种典型的盘式干燥器可以从New Jersey，Fort lec的Wyssmont股份公司购得。另一种可用于这一流程的盘式干燥器可从Kentucky，Florence的Krauss Maffe公司购得。在Krauss Maffe盘式干燥器中，加热的盘子是固定的，反应物由轴向转动的犁或铲带动，穿过每一块板。反应物交替地从盘子的内或外边沿从一个盘级落入下一个盘级。反应物直接用盘子加热。
虽然天冬氨酸的几种异构体如D-、L-或DL-天冬氨酸都可以用来制备聚天冬氨酸，这里最好用L-天冬氨酸。
如果在反应中使用催化剂，在干燥器中的驻留时间可以缩短为约1到约1.5小时，依上述其它因素而定。最近发现，循环气中不少于5％体积的二氧化碳可催化热缩合。循环气中的二氧化碳量通常占约10％体积。
多种反应器可用于生产本发明的聚天冬氨酸。典型的反应器有可从Switzerland，A.G.Augst，Aerni购得的List反应器，可从KY，Florence的Littleford Bros.公司购得的Littleford反应器，如FM130型实验室混合器和更大产量型号的反应器。
这种Littleford混合器能提供足够的搅动以生成流体床条件，并可以装备上一个切碎器以切碎任何颗粒团或块状物和为流体床提供额外的剪切力。这种混合器提供的搅动足以保持颗粒物在整个反应时间内处于一种高度自由流动状态。一般地，这种Littleford混合器在至少约180℃下操作，能保持加热床在约180℃到约250℃或更高温度下足够长时间以聚合天冬氨酸。这种混合器被称心地装备提供一种通过反应器的清洗气体流。根据本发明，可提供足够量二氧化碳的气流，以催化聚合反应，这样就大大缩短了天冬氨酸完全聚合所用的时间。
通常的热缩合反应使天冬氨酸生成琥珀酰亚胺中间产物。这种中间产物可容易地被碱性溶液水解成聚天冬氨酸或其盐。已经发现，碱金属碱溶液，如氢氧化钠的12％重量的溶液，可最佳地将中间产物转化为所要的聚天冬氨酸或其盐。
由L-天冬氨酸热缩合产生的任何一种聚天冬氨酸的水溶性盐，可用于本发明的金属加工组合物。典型的盐包括碱金属盐、铵、有机铵和其混合物。术语“碱金属”包括锂、钠、钾、铯和铷。有机铵盐包括那些由低分子量有机胺，即分子量低于约270者制备的铵盐。有机胺包括烷基胺、烯烃基胺和烷醇胺。典型的有机胺包括丙胺、异丙胺、乙胺、异丁胺、正-戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一烷胺、十二烷胺、十六烷胺、十七烷胺和十八烷胺。
不论用什么样的反应器，由通过L-天冬氨酸热缩合生产的聚天冬氨酸或其盐都可用于本发明。已经发现，这种聚合物对铁类和非铁类金属加工都可以提供足够好的润滑。其它来源的聚天冬氨酸也可用于本发明的这种组合物方法。例如，聚天冬氨酸可由马来酸或其衍生物的多缩合方法产生，如参见颁给Fujimoto等的U.S.P.3,846,380，Boehmke的U.S.P.4,839,461和Harada等的U.S.P.4,696,981等。此处列出它们，以供参考。虽然氨基酸的共聚物不是优选的，但也可用于本发明的流程，如根据Harada的U.S.P.4,590,260制备的共聚物。
本发明的水基金属加工流体因聚天冬氨酸或其盐的水溶液没有气味而尤其有利。而且，已经发现这种加工流体不象通常的水基含油加工流体在工具周围会产生油雾。由于没有油雾形成，工作区内实际上没有从机器上反射下的工作液，工人也大大避免了金属加工流体的污染。已经发现，本发明的这种水基金属加工流体最有利的是，其活性成分，聚天冬氨酸或其盐具有很高的生物降解速率。本发明的金属加工流体的生物降解能力允许通过弃入污水处理系统以通常方式对其进行处理。鉴于环境上的考虑，可用另外的方式处理，这种加工流体的成本优势是显而易见的。
用非铁类金属如黄铜和紫铜所做试验表明，不仅工作场所相对来说免于污染，而且零件保持相对没有脱色沉积。事实上，正如Kalota等在U.S.P.4,971,724中指出的，已经发现聚天冬氨酸盐的水溶液是缓蚀剂。所以，金属，尤其是铁类金属，应用本发明的金属加工流体时，不产生有害的沉积，而且事实上被保护而不受腐蚀。然而，聚天冬氨酸水溶液的这种缓冲效能延伸到这些pH值≥9的加工流体中。如果应用本发明的聚天冬氨酸或其衍生物的配方所得水溶液具有约≤10的pH值，建议在本发明的金属加工流体配方中加入抗腐蚀的缓蚀剂。然而，在这种加工流体持续的实际应用中，本发明的聚天冬氨酸混合物的pH值会因与酸性试剂如空气中的二氧化碳接触而降低。所以，本发明的所有混合物中一般都包含缓蚀剂。缓蚀剂的用量根据具体的缓蚀剂和加工流体的应用环境而变化很大。例如，用铬酸锌作缓蚀剂时，其用量从只有50ppm开始就有了缓蚀效能。
本发明的这种金属加工流体可用于如上面所指出的多种金属的各种加工过程。特别是用于铁类金属如铁、钢(碳钢、低合金碳钢)和不锈钢。可用本发明的加工流体加工的非铁类金属有紫铜、黄铜和铝。这些金属可用本发明的水基加工流体提供的润滑安全地加工。
本发明的金属加工流体在切削操作中一个尤其重要的功能是冷却，以保持较低的工具温度和加工温度。这种控制旨在将工具磨损和零件变形降至最小。本发明的金属加工流体的另一个功能是润滑，以减少切削操作过程中工具和切下的碎屑之间产生的摩擦以及工具和零件之间的摩擦。在各种切削操作过程中，一般都要产生金属碎屑，尽快地除去它们以免卡住切削工具是非常有利的。
                 优选实施方案的描述
                       实例1
在下面的实例中，应用了一个有两个盘的盘式干燥器的实验室模型，反应物原料从一个盘传递到另一个盘中，由此模拟上述市售盘式干燥器的情况。反应物原料从一个盘子传到另一个盘子，以等同于所需要的市售模型的盘级数。模拟Wyssmont Turbo干燥器的盘式干燥器，可从NJ.Fort Lee的Wyssmont公司购得，在操作中它的每个盘级中加入1kg L-天冬氨酸，其在盘中的深度为2.5厘米。总共用了28个盘级。贯穿305℃干燥器的循环空气的温度在整个实验中保持不变。空气流速保持在每分钟114.3米，盘的转速设定为每3分钟一转。一定量的二氧化碳加入到空气中，占体积总量的10％，空气中的二氧化碳与盘中的原料接触。在不同的反应时间后，从盘中取出样品，分析其转化为聚合物的量、pH值、颜色(APHA)和分子量。所得数据列于下面表I中。
                        表I
样品号    时间(分钟)   分子量.wt.   颜色    pH   聚合物转化率％
1     30   9402   112    9.17   53.66
2     64   9333   471    9.82   99.00
3     70   9263   565    9.26   99.06
4     90   8792   1069    10.01   99.16
                       实例2
在应用金属加工流体时，一个重要的因素是这种加工流体在喷射、抽吸和流动过程中产生的泡沫量。为证明本发明工作流体的起泡性质，应用了一种标准的实验起泡性质(D 892)的ASTM方法。实验用5％和28％的聚天冬氨酸钠盐水溶液进行。实验持续5分钟，下面表II中列出了不同温度、不同聚天冬氨酸浓度时所得到的数据。
                         表II
 5％浓度
温度℃     循环     起泡倾向     泡沫稳定性
24 1 无泡沫 --
93 2 无泡沫 --
  24     3     无泡沫       --
28％浓度
温度℃     循环     起泡倾向     泡沫稳定性
24     1     无泡沫      --
93     2     无泡沫      --
24     3     无泡沫      --
本实验的结果表明，本发明的金属加工流体事实上没有起泡的倾向。
                         实例3
在加工流体温度为49℃，转速为290RPM和加工流体中聚天冬氨酸钠盐重量浓度为5％时，做了一个Falex试验(ASTM D3233B)。所得数据列于下面表III中。
                   表IIIA
 5％浓度
负载Kgf 时间(分钟)     扭转力-Kgf
136.8  5   13.68  13.2
228  1   20  20.9
342  1   23.2  21.8
456  1   24.1  23.2
570  1   24.1  24.2
684  1   24.1  23.7
775.2  1   24.1  22.8
912  ---   24.6  ---
实验探测到在300到750kgf间发出鸣叫，750kgf时出现冒烟并持续到实验结束。实验在负载达到2000lbf时由于负载摇摆和噪音而结束。样品有50％重量蒸发掉，可见到几块黑色粘性堆积物，结束时液体温度约54℃。
第二个Falex试验中，加工流体的聚天冬氨酸钠盐重量浓度为28％。所得数据列于下面表IIIB。
                表IIIB
 28％浓度
负载Kgf 时间(分钟)    扭转力-Kgf
136.8  5  24  22
228  1  30  30
342  1  38  38
456  1  42  40
570  1  49  46
684  1  51  50
775.2  1  55  53
912  1  55  55
1026  ---  60  ---
实验探测到在300到1250kgf间发出鸣叫，1500kgf时出现冒烟并持续到实验结束。实验在负载达到1026lbf时由于负载摇摆和噪音而结束。没有发现蒸发或粘性堆积物，结束时液体温度是70℃。
                         实例4
用一个低碳钢水平盘试样件做了一个生锈实验(ASTM D3603)。在聚天冬氨酸钠盐水溶液重量浓度为5％或28％，pH为10.2时，都没发现生锈。
                         实例5
用40千克力，在1200 RPM下对5％和28％重量浓度的聚天冬氨酸钠盐溶液进行了四球磨损试验。试验在室温下进行1小时。收集的数据列于下面表IV中。
                         表IV浓度                   5％                 28％起始温度℃             29                  28终止温度℃             84                  57平均磨损裂痕直径mm     1.51                1.27
                         实例6
用5％和28％重量浓度的聚天冬氨酸钠盐做了一个四球摩擦系数试验(Falex6)。试验以1200RPM，起始温度为室温进行。试验所得数据列于下面表V。试验结果表明对切削加工流体来说，摩擦系数是理想的。
                         表V
  时间 温度℃            摩擦系数
 (分钟)   5％   28％   5％   28％
  0   29   28   0.077   0.072
  10   0.280   0.121
  20   0.213   0.133
  30   0.17 5   0.087
  40   0.160   0.104
  50   0.155   0.084
  60   84   57   0.170   0.100
  平均0.176   平均0.1
                         实例7
用12％的氢氧化钠溶液水解实例1中的产物。制备了一系列不同浓度的钠盐水溶液，用于热水解稳定性试验。试验在玻璃容器内78℃下持续了11天。稳定性通过pH值测定。试验结果列于下面表VI中。
                     表VI
  浓度           pH   密度-g/ml
  ％，重量   起始   终止   起始   终止
  28   10.24   8.94   1.1651
  20   10.22   8.93   1.1197
  10   10.20   8.93   1.0560
  5   10.24   9.06   1.0261
                         实例8
在玻璃容器中用实例8中钠盐在78℃下做了一个七天稳定性试验。稳定性根据整个过程中分子量减小的变化确定。虽然从数据看分子量有一些减小，但老化样品的色谱分析表明，试验样品中没有出现天冬氨酸。试验结果报道于下面的表VII中。
                                                             表VII
浓度           27％          20％           10％           5％          对照
天 分子量  聚合物％ 分子量  聚合物％  分子量 聚合物％ 分子量 聚合物％ 分子量 聚合物％
0  9510  27.25  9510  19.69  9660  9.38  8960  4.77  5360  28.5
1  9250  26.53  9250  18.52  9110  10.02  8715  5.29  5520  28.1
2  8936  27.4  8807  20.5  8679  10.4  8250  5.3  5410  28.1
4  8580  27.5  8460  19.4  7930  9.8  7755  4.67  5320  28
7  8410  27.99  8410  20.86  7930  10.53  6640  5.25  5470  28.1
                         实例9
用28％的聚天冬氨酸钠盐水溶液进行了四球磨损试验(ASTMD 2266)。用市售的Rohm & Haas公司的商品名为Acusol的水基金属加工流体添加剂，在水中稀释到28％重量后，在相同条件下进行了试验。也单独用水做了试验用于比较。负载40kg，转速为625rpm。试验在49℃下进行了1小时。三次读数的平均值报告于下面的表VIII中。
                         表VIII
润滑剂                  聚天冬氨酸           Acusol          水
裂痕直径(mm)               0.54               0.50           0.70
                         实例10
用本发明的金属加工流体和其它四种加工流体进行了四球磨损试验以进行比较，试验在40kg负载，1200rpm转速和起始温度为48.9℃下进行了1小时。用四种浓度的聚天冬氨酸钠盐和聚天冬氨酸的烷基胺盐与其它氨基酸、市售水基加工流体、润滑油和水乳浊液进行了比较。试验结果报告于下面的表IX中。
                         表IX
润滑剂           浓度  (wt．％)  裂痕直径(mm)  终止
温度℃
聚天冬氨酸
                 28                  1.39
53.3
                 20                  1.38
73.9
                 10                  1.92
87.8
                 5                   1.78
87.8
C18胺           钾盐
                5摩尔％              1.30
57.2
C12胺           10摩尔％             0.84
48.9
C3胺溶液        10摩尔％             1.06
48.9
PVA2           14                   1.25
1.1
Acusol 445N3    28                   0.98
48.9
水4                               1.47
98.9
Hocut4284b                         1.07
61.1
Eng.Lub                            1.00
48.9
聚天冬氨酸磷酸
                                   1.17
48.9
三乙胺          100％              1.06
48.91探测到胺气味2聚乙烯醇3聚丙烯酸酯4实验进行20分钟后结束
                         实例11
在一个LeBlond Makino 15-544型车床上，用一个涂碳化物膜的切削刀，以256rpm转速，将一系列金属棒(黑铁、低碳钢、不锈钢和铝)切至0.3125cm深度。所用润滑剂是14％的聚天冬氨酸(钠盐)水溶液，以9.5升/分钟的流速注入到切削刀上。没有发现金属上有裂痕，得到了一个光滑的切口。
                         实例12
用一系列不同配方的聚天冬氨酸(PAA)水溶液进行了四球试验。下面表X中显示了试验所得数据，其中TSPP指焦磷酸四钠盐，CMC指羧甲基纤维素，所用表面活性剂是市售的商标名为Poly-Tergent，SLE-18的非离子表面活性剂。试验结果显示在下面表X中。表X中各组分的量以重量百分数表示。粘度以37.7℃下的厘沲值报告，裂痕直径以毫米报告。下面表X中LB400是一种市售的Rhone PoulencCo.，Inc.的水基添加剂，含有聚氧乙烯十八碳烯醚磷酸酯。
                                                         表X
试验  1   2   3   4   5   6   7   8
形式   PAA  5％   5％   5％   5％   5％   5％   5％   5％
  TSPP   0.2   0.2   0.2
  吗啉   0.2   0.2   0.2   0.2
  CMC   6   6.0   6.0   6.0
  LB-400   0.2   0.2   0.2   0.2
  表面活性剂   0.2   0.2   0.2   0.2
试验结果   粘度(37.8℃)  1.09   1737   1.13   1828   1.13   1804   1.12   2078
  四球试验(mm)  1.72   1.51   1.23   1.23   1.34   0.91   1.31   1.14
  Δ温度℃  蒸发   53   27.7   22.2   25   27.7   沸腾   44.4
  金属环   金属环   金属环   金属环
  Phoenix data
  四球试验(mm)   1.51
  Δ温度℃   55
                                                            表X续
试验  9   10  11   12   13   14   14   16   17
形成   PAA  20％   20％  20％   20％   20％   20％   20％   20％   20％
  TSPP   0.2   0.2   0.2   0.2
  吗啉   0.2   0.2   0.2   0.2
  CMC   6.0   6.0   6.0   6.0
  LB-400   0.2   0.2   0.2   0.2
  表面活性剂   0.2   0.2   0.2   0.2
  试验结果   粘度(37.8℃)   3.48   75.02   3.4   95.12   3.35   89.17   3.39   73.49   3.33
  四球试验(mm)   1.45   1.05   1.56   1.42   1.39   1.18   1.24   1.1   1.53
  Δ温度℃   27.7   27.7   33.3   22.2   50   44.4   16.6   16.6   27.7
  Phoenix data   28％
  四球试验(mm)   1.27
  Δ温度℃   28.8
                         实例13
根据ASTM D2783，“润滑液超压性质的标准测量方法(四球法)”的程序，做了一个超压四球试验。这个试验用于评定在一套恒定条件下润滑液的相对承载性能。本试验中，一个钢球在负载下转动，与另三个固定的钢球接触。试验润滑剂覆盖着较低的三个球。随着试验进行，增大转动球上的负载，并测量接合点以下10次增大负载后球上的裂痕直径。下面表XIII中报告了负载磨损系数(kgf)和接合点(kgf)负载磨损系数是根据裂痕直径与所加负载的关系表计算出来的。对紧靠接合点的10次最大负载的校正值(补偿Hertzian直径)加以平均。由于裂痕直径总是在应用同一负载下测量的，磨损系数就成了加工流体和金属的函数。由于所有试验是应用同一型号的金属进行的，所以用负载磨损系数去评定一系列润滑剂使磨损降至最小的能力。表XIII中的数据是三个不同实验室在相同条件下给出的，只是3号实验室所用转速为1800rpm，而1号和2号实验室所用转速为1760rpm。表中高分子量聚天冬氨酸指分子量约38.750的聚合物。其它情况下聚天冬氨酸的分子量在9,200左右。所有条件下，用的都是由酰亚胺聚合物水解产生的钠盐。
                     表XIII
                     实验室1
加工流体类型  试验次数    负载磨损系数(kgf) 接合点(kgf)
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     4     46.3 315
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2，高分子量     5     37.4 250
 10wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2，高分子量     6     33.2 250
 10wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     7     34.4 250
 10wt％聚天冬氨酸盐pH＝8.5     8     34.4 250
 10wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2，0.2％LB400     9     32.5 200
 10wt％聚天冬氨酸盐pH＝8.5，0.2％LB400     10     33.5 200
 5wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     11     39.0 315
 28w％聚天冬氨酸盐SaltpH＝10.2(重复)     12     47.7 315
                     实验室2
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     13     68.7     500
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     14     69.0     500
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     15     71.0     500
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     16     70.4     500
 28wt％聚天冬氨酸盐pH＝10.2     17     68.6     500
                     实验室3
 5wt％聚天冬氨酸盐     22     30.1     250
 28wt％聚天冬氨酸盐     23     41.5     250
 5wt％聚天冬氨酸盐     24     56.9     400
 28wt％聚天冬氨酸盐     25     108.6     620
 Houghton(5wt％HOCUT4284B)     26     46.0     126
 Houghton-HOCUT 4284B浓缩     27     48.4     126
1合有少量作为催化剂的磷酸钠
                         实例14
本实例中应用“Taping Torque Test(攻丝转距试验)”，用于比较清除金属的流体，这种试验中应用一种特别适于获取不同加工流体对比试验数据的设备。这种用于攻丝操作过程中测量转距的方法和设备，已由T.H.Webb和E.Holodnik在美国润滑工程学会杂志1980年9月的36卷第9期513-529页上给出了描述。这种测量转距的方法要求在用清除金属加工流体润滑的情况下，在一个未攻丝的螺帽样上攻出一个螺纹。这种转距的测量是在用一种参考加工流体润滑情况下，与在空白试件上攻出螺纹所要求的转距相比进行的。试验加工流体和参考流体的平均转距值的比值定义为效率。当参考流体对不同丝锥的平均转距值被认为统计上相等时，可比较两种或多种加工流体的效率。本试验中用的金属是1018号钢。用一种商品名为“Sulkleer”的市售清除金属加工流体作参考加工流体，将用市售加工流体时测得的转距除以用本试验加工流体时所需的转距再乘以100，就测得了效率。用本试验加工流体测得较高转距时显示较低的效率。本试验所得数据列于下面的表XIV中。每种加工流体的百分效率是以三次结果的平均值报告的。试验了水溶液形式的聚天冬氨酸钠盐，表中用pH值显示了中和量。每种情况下所用的聚天冬氨酸聚合物都是由L-天冬氨酸热缩合产生的酰亚胺聚合物水解后的钠盐。
                     表XIV
试验加工流体     百分效率
10wt.％聚天冬氨酸盐；0.2wt.％LB400；pH-8.5     74.9
10wt.％聚天冬氨酸盐；pH-8.5     76.1
10wt.％聚天冬氨酸盐；pH-10.5     70.1
28wt.％聚天冬氨酸盐；pH-10.2     68.7
10wt.％聚天冬氨酸盐；pH-10.2；0.2wt.％LB 400     74.8
5wt.％聚天冬氨酸盐；pH10.2     68.5
10wt.％聚天冬氨酸盐；pH10.2     72.6
28wt.％聚天冬氨酸盐(高分子量)；pH-10.2     76.1
10wt.％聚天冬氨酸盐；(低分子量)pH-10.2     73.4
市售切削油1     95.5
市售切削油2     80.5
参考油     100
1.由美国Sahara石油公司以商品名“Tool Saver M.S.”出售；CAS No.64742-54-7；一种石油烃。2.由Engineered Products Co.，Maryland Ht.，MO以商品名Ensol E.M-1-P-1出售，一种石油烃和水以重量比1∶20的混合物。
所有聚天冬氨酸溶液的试验结果落在市售切削油2的结果范围之内，表明这些聚天冬氨酸加工流体在操作中是可以和市售加工油相比的。而且，一些诸如分子量、浓度(5％vs.28％)和润滑添加剂LB-400的变量事实上对本试验测得的攻丝能力没有影响。
表XIII中3号实验室的数据表明，本发明的聚天冬氨酸溶液与市售切削加工流体相比给出非常高的接合点。这些数据表明，本发明的混合物在金属成型操作中非常有用。
虽然以相当详细的具体实施方案对本发明进行了描述，但是应当理解，这种描述仅仅是作为举例方式，本发明不必限制于此，因为替换的实施方案和操作技术对于那些本领域的技术人员而言将变得十分明显(鉴于已公开的内容)。因此，在不离开所描述发明的精神的情况下，可以做出各种设想的改进。

Claims (16)

1.一种金属加工的方法，其中为所述金属提供一种润滑剂，其特征在于提供一种选自聚天冬氨酸聚合物的酸、盐和酰胺的水溶液。
2.权利要求1的方法，其中，所述溶液中含有约0.5％到约70％重量的所述聚合物。
3.权利要求1的方法，其中，所述溶液中含有约3％到约50％重量的所述聚合物。
4.权利要求3的方法，其中所述溶液中含有约5％到约30％重量的所述聚合物。
5.权利要求1的方法，其中所述溶液中含有一种表面活性剂、特压剂、缓冲剂、增稠剂、抗微生物剂或/和其它常用于这类组合物的助剂。
6.权利要求1的方法，其中所述金属加工是一种选自攻丝、抛光和成型的切削。
7.权利要求1的方法，其中所述金属加工为弯曲。
8.权利要求7的方法，其中所述金属为铁类金属。
9.权利要求6的方法，其中所述金属为非铁类金属。
10.权利要求6的方法，其中所述金属为黄铜。
11.权利要求6的方法，其中所述金属加工为攻丝。
12.权利要求11的方法，其中所述金属为非铁类金属。
13.权利要求12的方法，其中所述溶液中含有约5％到约50％的聚天冬氨酸。
14.权利要求11的方法，其中所述金属为铁类金属。
15.权利要求9的方法，其中所述金属是铝。
16.权利要求14的方法，其中所述溶液含有约5％到约50％的聚天冬氨酸。
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