CN110387285A - 一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，包括以下重量份数的原料组分：复合防锈剂23‑30份、复合含磷缓蚀剂5‑8份、苯并三氮唑0.6‑1.5份、矿物油20‑40份、植物油改性润滑酯5‑12份、石油磺酸钠3‑5份、脂肪醇聚氧乙烯醚4‑7份、耦合增溶剂0.6‑1.2份、水20‑35份、微生物抑制剂2‑4份以及硅氧烷类消泡剂0.05‑0.2份。本发明还公开了一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液的制备方法。本发明的切削液不仅能够满足镁合金的防腐蚀性能要求，还能解决金属加工企业在镁合金加工过程中出现的双金属接触腐蚀的问题，从而提高镁合金加工的生产合格率和生产加工效率。

Description

一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液及其制备方法
技术领域
本发明属于金属加工液领域，更具体地说是一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液及其制备方法。
背景技术
镁的化学性质活泼，耐蚀性差，镁合金在加工过程中容易出现燃烧、加工机床或加工零件被腐蚀等问题。并且各种研究表明，镁合金极其容易与外部与之接触的其他金属发生电偶腐蚀现象，这种锈蚀也称为“双金属接触腐蚀”。然而，在镁合金加工过程中，某些工艺中往往会使用不锈钢夹具夹持镁合金工件进行后续工艺操作，更有在间歇式加工工艺中，不锈钢夹具可能会夹持镁合金工件在16小时到24小时左右，这样的工艺条件下，镁合金工件很容易与不锈钢夹具发生双金属接触腐蚀。
然而，目前国内外的切削液厂家普遍都是关注镁合金加工切削液对镁合金本身的缓蚀性能，在对双金属接触腐蚀方面的性能的研究都还比较欠缺。市面上适用于镁合金加工的切削液普遍都只能满足镁合金的防腐蚀性能要求，能够耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液极为罕见。
发明内容
本发明的目的是研究开发出一款高性能的镁合金切削液，该切削液不仅能够满足镁合金的防腐蚀性能要求，还能解决金属加工企业在镁合金加工过程中出现的双金属接触腐蚀的问题，从而提高镁合金加工的生产合格率和生产加工效率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，包括以下重量份数的原料组分：
复合防锈剂23-30份、复合含磷缓蚀剂5-8份、苯并三氮唑0.6-1.5份、矿物油20-40份、植物油改性润滑酯5-12份、石油磺酸钠3-5份、脂肪醇聚氧乙烯醚4-7份、耦合增溶剂0.6-1.2份、水20-35份、微生物抑制剂2-4份以及硅氧烷类消泡剂0.05-0.2份。
所述复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的反应产物，各组分的重量份数为：
组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的混合物 20-40份
组分B：十二碳二元酸 8-12份
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的混合物 50-70份；
复合防锈剂的制备过程为：将上述重量份数的组分A和组分B依次投入反应釜中，加热至55-65℃并搅拌，固体物料完全反应至澄清透明状态后加入上述重量份数组分C，持续搅拌30分钟至反应完全。
组分A中甲基二乙醇胺与三乙醇胺的重量比为(6～4):1，组分C中妥尔油酸、醇醚羧酸的重量比为1:(1～1.5)。
所述复合含磷缓蚀剂为组分D和组分E的反应产物，各组分的重量份数为：
组分D：二甘醇胺与三乙醇胺的混合物 60-80份
组分E：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的混合物 20-40份；
复合含磷缓蚀剂的制备过程为：将上述重量份数的组分D和组分E依次投入反应釜中，加热至35-45℃并持续搅拌30分钟至反应完全。
组分D中二甘醇胺与三乙醇胺的重量比为(1.5～1):1，组分E中辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的重量比为1:(1.5～2.5)。
一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备上述重量份数的各原料组分；
S2、将反应釜温度设定在45-55℃，向反应釜中依次加入上述重量份数的的复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂，再加入上述重量份数的的苯并三氮唑和10重量份数的水，恒温搅拌1小时；
S3、将反应釜温度设定在35-45℃，再按上述重量份数依次加入矿物油、植物油改性润滑酯，恒温搅拌30-60分钟；
S4、停止加热，按上述重量份数依次加入石油磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、耦合增溶剂，搅拌50-60分钟；
S5、待温度降低到35℃以下后，按上述重量份数加入微生物抑制剂和硅氧烷类消泡剂，并补充剩余重量份数的水，搅拌1.5-2.5小时，待反应釜中混合物变为深琥珀色澄清液体，即制得所述镁合金切削液。
镁合金中的镁元素属于活泼金属元素，当其他金属材质与镁合金紧密接触时，两者与切削液作为的电解质形成了原电池回路，较为活泼的镁作为阳极容易失去电子发生氧化反应，因此产生腐蚀。本发明通过合成特种双金属防锈缓蚀剂，在镁合金材质表面迅速形成防锈保护膜，阻隔了与其他金属的电偶腐蚀反应，并且含有该缓蚀剂的切削液在镁离子含量高达8000ppm的条件下仍然具有稳定状态，不会有破乳析油等现象发生。
本发明的最终成品与现有其他技术产品相比，具有优势如下：
(1)优秀的镁合金缓蚀性能：
用德标10dH硬水对AZ91D、AM50A、AM60B等压铸镁合金材质进行半浸泡实验，在40℃高温下放置24小时，镁合金浸泡部分光亮如初；
(2)优异的耐双金属接触腐蚀性能：
通过“双金属接触腐蚀实验”，将不锈钢片与镁合金试片分别叠放在一起做半浸泡实验，在常温3天和40℃高温下4小时，叠面和非叠面均无锈蚀；
(3)硬水稳定性好：用8000ppm镁离子含量的硬水进行配液，仍然能够保证1周不出现破乳现象。
(4)优异的抗盐负荷能力：用1200ppm氯离子含量，600ppm钙镁离子含量的含盐硬水进行配液，仍然能够保证2周内不出现破乳现象。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过上面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
<实施案例一>
主要原料按重量份数表示为：
其中，复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的反应产物。
组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的混合物 36.7份
组分B：十二碳二元酸 8.0份
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的混合物 55.3份
制备过程为：将组分A和组分B按照上述比例依次投入反应釜中，加热至60±5℃并搅拌，固体物料完全反应至澄清透明状态后加入组分C，持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的重量比为6:1
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的重量比为1:1.5
复合含磷缓蚀剂为组分D和组分E的反应产物。
组分D：二甘醇胺与三乙醇胺的混合物 75份
组分E：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的混合物 25份
制备过程为：将组分D和组分E依次投入反应釜中，加热至40±5℃并持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分C：二甘醇胺与三乙醇胺的重量比为1:1
组分D：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的重量比为1:2.5
本实施案例的制备过程为：
(1)按上述操作制备复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂；
(2)将反应釜温度设定在50±5℃，向反应釜中依次加入上述重量份数的复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂，再加入上述比例的苯并三氮唑和10份的水，恒温搅拌1小时；
(3)将反应釜温度设定在40±5℃，再按上述比例要求依次加入矿物油、植物油改性润滑酯，恒温搅拌30分钟至1个小时；
(4)停止加热，按上述比例要求依次加入石油磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、耦合增溶剂，搅拌1个小时；
(5)温度降低到35度以下后，按上述比例要求加入微生物抑制剂和硅氧烷类消泡剂，并补充剩余重量份数的水，搅拌2个小时。
<实施案例二>
主要原料按重量份数表示为：
其中，复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的反应产物。
组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的混合物 38份
组分B：十二碳二元酸 10份
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的混合物 52份
制备过程为：将组分A和组分B按照上述比例依次投入反应釜中，加热至60±5℃并搅拌，固体物料完全反应至澄清透明状态后加入组分C，持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的重量比为6:1
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的重量比为1:1.5
复合含磷缓蚀剂为组分D和组分E的反应产物。
组分D：二甘醇胺与三乙醇胺的混合物 75份
组分E：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的混合物 25份
制备过程为：将组分D和组分E依次投入反应釜中，加热至40±5℃并持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分C：二甘醇胺与三乙醇胺的重量比为1:1
组分D：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的重量比为1:2.5
本实施案例的制备过程为：
(1)按上述操作制备复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂；
(2)将反应釜温度设定在50±5℃，向反应釜中依次加入上述重量份数的复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂，再加入上述比例的苯并三氮唑和10份的水，恒温搅拌1小时；
(3)将反应釜温度设定在40±5℃，再按上述比例要求依次加入矿物油、植物油改性润滑酯，恒温搅拌30分钟至1个小时；
(4)停止加热，按上述比例要求依次加入石油磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、耦合增溶剂，搅拌1个小时；
(5)温度降低到35度以下后，按上述比例要求加入微生物抑制剂和硅氧烷类消泡剂，并补充剩余重量份数的水，搅拌2个小时。
<实施案例三>
主要原料按重量份数表示为：
其中，复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的反应产物。
组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的混合物 23份
组分B：十二碳二元酸 12份
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的混合物 65份；
制备过程为：将组分A和组分B按照上述比例依次投入反应釜中，加热至60±5℃并搅拌，固体物料完全反应至澄清透明状态后加入组分C，持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的重量比为4:1
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的重量比为1:1.5
复合含磷缓蚀剂为组分D和组分E的反应产物。
组分D：二甘醇胺与三乙醇胺的混合物 80份
组分E：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的混合物 20份
制备过程为：将组分D和组分E依次投入反应釜中，加热至40±5℃并持续搅拌30分钟至反应完全。
其中，组分C：二甘醇胺与三乙醇胺的重量比为1.5:1
组分D：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的重量比为1:1.5
本实施案例的制备过程为：
(1)按上述操作制备复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂；
(2)将反应釜温度设定在50±5℃，向反应釜中依次加入上述重量份数的复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂，再加入上述比例的苯并三氮唑和10份的水，恒温搅拌1小时；
(3)将反应釜温度设定在40±5℃，再按上述比例要求依次加入矿物油、植物油改性润滑酯，恒温搅拌30分钟至1个小时；
(4)停止加热，按上述比例要求依次加入石油磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、耦合增溶剂，搅拌1个小时；
(5)温度降低到35度以下后，按上述比例要求加入微生物抑制剂和硅氧烷类消泡剂，并补充剩余重量份数的水，搅拌2个小时。
为了证明本发明的切削液的优越性能，下面进行以下试验说明：
样品信息：
样品A：某美国品牌的镁合金加工切削液
样品B：国产镁合金加工切削液
样品C：本发明实施案例二
(1)镁合金缓蚀性能：
实验条件1：10dH-5％,常温半浸泡24小时，观察工件锈蚀情况
镁合金材质 AZ91D AM50A AM60B
样品A S1(光亮如初) S1(光亮如初) S2(轻微条状锈痕)
样品B S2(轻微条状锈痕) S1(光亮如初) S2(轻微条状锈痕)
样品C S1(光亮如初) S1(光亮如初) S1(光亮如初)
实验条件2：10dH-5％,40℃半浸泡24小时，观察工件锈蚀情况
镁合金材质 AZ91D AM50A AM60B
样品A S2(轻微条状锈痕) S1(光亮如初) S3(明显条状锈痕)
样品B S3(明显条状锈痕) S2(轻微条状锈痕) S3(明显条状锈痕)
样品C S1(光亮如初) S1(光亮如初) S1(光亮如初)
实验结果表明，本发明产品具有优异的镁合金缓蚀能力。
(2)耐双金属接触腐蚀性能
实验条件：10dH-5％，将AZ91D镁合金工件与45#不锈钢测试片用橡皮筋绑在一起，分别在常温半浸泡3天和40℃半浸泡4小时，观察工件锈蚀情况。
实验结果表明，本发明产品具有优异的耐双金属接触腐蚀能力。
(3)硬水稳定性
分别用600ppm、2000ppm和8000ppm的硫酸镁溶液进行配液，浓度8％，观察乳化液的外观变化。
实验结果表明，本发明产品具有较强的硬水稳定性。
镁合金中的镁元素属于活泼金属元素，当其他金属材质与镁合金紧密接触时，两者与切削液作为的电解质形成了原电池回路，较为活泼的镁作为阳极容易失去电子发生氧化反应，因此产生腐蚀。本发明通过合成特种双金属防锈缓蚀剂，在镁合金材质表面迅速形成防锈保护膜，阻隔了与其他金属的电偶腐蚀反应，并且含有该缓蚀剂的切削液在镁离子含量高达8000ppm的条件下仍然具有稳定状态，不会有破乳析油等现象发生。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：复合防锈剂23-30份、复合含磷缓蚀剂5-8份、苯并三氮唑0.6-1.5份、矿物油20-40份、植物油改性润滑酯5-12份、石油磺酸钠3-5份、脂肪醇聚氧乙烯醚4-7份、耦合增溶剂0.6-1.2份、水20-35份、微生物抑制剂2-4份以及硅氧烷类消泡剂0.05-0.2份。
2.如权利要求1所述的一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，其特征在于，所述复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的反应产物，各组分的重量份数为：
组分A：甲基二乙醇胺与三乙醇胺的混合物 20-40份
组分B：十二碳二元酸 8-12份
组分C：妥尔油酸、醇醚羧酸的混合物 50-70份；
复合防锈剂的制备过程为：将上述重量份数的组分A和组分B依次投入反应釜中，加热至55-65℃并搅拌，固体物料完全反应至澄清透明状态后加入上述重量份数组分C，持续搅拌30分钟至反应完全。
3.如权利要求2所述的一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，其特征在于，组分A中甲基二乙醇胺与三乙醇胺的重量比为(6～4):1，组分C中妥尔油酸、醇醚羧酸的重量比为1:(1～1.5)。
4.如权利要求2所述的一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，其特征在于，所述复合含磷缓蚀剂为组分D和组分E的反应产物，各组分的重量份数为：
组分D：二甘醇胺与三乙醇胺的混合物 60-80份
组分E：辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的混合物 20-40份；
复合含磷缓蚀剂的制备过程为：将上述重量份数的组分D和组分E依次投入反应釜中，加热至35-45℃并持续搅拌30分钟至反应完全。
5.如权利要求4所述的一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液，其特征在于，组分D中二甘醇胺与三乙醇胺的重量比为(1.5～1):1，组分E中辛基膦酸与异构十三醇醚磷酸酯的重量比为1:(1.5～2.5)。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种耐双金属接触腐蚀的镁合金切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备上述重量份数的各原料组分；
S2、将反应釜温度设定在45-55℃，向反应釜中依次加入上述重量份数的的复合防锈剂和复合含磷缓蚀剂，再加入上述重量份数的的苯并三氮唑和10重量份数的水，恒温搅拌1小时；
S3、将反应釜温度设定在35-45℃，再按上述重量份数依次加入矿物油、植物油改性润滑酯，恒温搅拌30-60分钟；
S4、停止加热，按上述重量份数依次加入石油磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、耦合增溶剂，搅拌50-60分钟；
S5、待温度降低到35℃以下后，按上述重量份数加入微生物抑制剂和硅氧烷类消泡剂，并补充剩余重量份数的水，搅拌1.5-2.5小时，待反应釜中混合物变为深琥珀色澄清液体，即制得所述镁合金切削液。
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