CN110951533B

CN110951533B - 一种金属加工用长效微乳化切削液及其制备方法

Info

Publication number: CN110951533B
Application number: CN201911230675.4A
Authority: CN
Inventors: 桂先锋
Original assignee: Jinxuechi Technology Maanshan Co ltd
Current assignee: Jinxuechi Technology Maanshan Co ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2039-12-05
Also published as: CN110951533A

Abstract

本发明公开了一种金属加工用长效微乳化切削液及其制备方法，属于金属加工及防护技术领域。其包括如下质量百分数的组分：润滑剂15～20％、非离子表面活性剂5～10％、醇胺7～10％、杀菌剂1～2％、防锈耦合剂2～5％、防锈剂5～10％、阳离子表面活性剂1～3％、炔醇1～2％、去离子水40～60％。其制备方法为：(1)将润滑剂和非离子表面活性剂混为相一，搅拌均匀；(2)将醇胺、防锈耦合剂、防锈剂和去离子水混合均匀，得到相二；(3)向(1)所得相一中依次加入炔醇、杀菌剂和阳离子表面活性剂，再注入(2)中所得相二，搅拌均匀，即可得到切削液。采用本发明的技术方案能够提高切削液的稳定性，且其具有更优异的润滑、防锈、防腐等性能，使用寿命更长。

Description

一种金属加工用长效微乳化切削液及其制备方法

技术领域

本发明属于金属加工及防护技术领域，更具体地说，涉及一种金属加工用长效微乳化切削液及其制备方法。

背景技术

铝合金属于有色轻金属，比重小，硬度小，比强度高，塑性好，易加工成型，在大气环境中有着很好的耐蚀性，有着良好的物理和机械性能。铝合金工件在加工、运输、存放等过程中，表面往往带有腐蚀、制模残留的型砂、尘土以及油和其他污染物，在装配前必须对其表面进行清理。喷砂抛丸属于表面处理中的机械处理工艺，其原理是利用离心力将不同的材质弹丸或砂砾加速，抛射至工件表面进行清理的方法。喷砂抛丸工艺对工件的影响如下：去除工件表面的各类污染物质；去除工件表面的毛刺及方向性痕迹；改善工件表面粗糙度，使工件均一消光，容易进行后续进一步的处理；还可以改善工件的强度和应力状态。

但是，由于受喷砂抛丸介质材料以及工件表面本身残留的少量污染物的影响，常常导致铝合金材质表面的金属组成比例(包括金属结构、晶相等)发生变化，这种变化非常容易在金属的表面产生异常的电化学腐蚀。因此，铝合金工件在经上述机械表面处理之后，一般还需要进行进一步切削加工。但是，采用传统的切削液进行切削加工时，其润滑性能以及在工件表面的分布均匀性相对较差，且其在加工过程中仍会使铝合金工件产生严重腐蚀问题，因此，需要对传统切削液进行改良，从而提高工件切削质量，并减缓铝合金工件在后续各个加工过程中的腐蚀。

目前，现有技术中通常通过在切削液中添加非离子表面活性剂的方式来降低其表面张力，改善切削液体系的润滑性能，使其能够更好地满足生产所需，从而在金属表面加工时起到良好的防护作用，减缓金属工件的表面腐蚀情况。但是，由于非离子表面活性剂随温度变化在各相之间的溶解度变化较大，这就容易导致由非离子表面活性剂组成的分散体系在不同温度条件下的稳定性差异很大，其随温度的变化极易产生体系析出的问题，甚至在不同季节的保存过程中还容易产生油水分离的现象，从而导致切削液的性能失效，无法满足其正常的使用要求。

经检索，中国专利申请号：201711317918.9，申请日：2017年12月12日，发明创造名称为：一种环保机床切削液。该申请案的切削液其由以下按重量份数计算的组分制成：氨基硫脲30-50份，丁酸乙酯3-6份，碳酸钾2-5份，水溶性防锈剂4-6份，聚烷二醇10-15份，水80-150份，非离子表面活性剂5-7份，十二碳二元酸2-4份，十二烷基二甲基苄基溴化铵1-5份。

又如，中国专利申请号：201810484069.4，申请日：2018年05月19日，发明创造名称为：一种铝镁合金切削液。该申请案中的铝镁合切削液以重量份计由下列组分组成：基础油30-40份、非离子表面活性剂15-25、阴离子表面活性剂4-6份、防锈剂5-10份、极压剂1-3份、杀菌剂0.5-2份、消泡剂0.5-2份、铝镁合金缓蚀剂1-2份、余量水。

再如，中国专利申请号：201611124218.3，申请日：2016年12月08日，发明创造名称为：低泡抗硬水微乳型切削液。该申请案的切削液由以下组分及重量百分比：基础油20-35％、阴离子表面活性剂7-15％、非离子表面活性剂5-10％、抗硬水剂2-5％、极压剂3-6％、防锈剂5-12％、铜铝防腐剂3-8％、杀菌剂2-3％、抗切削杂油沉降剂0.2-1％、消泡剂0.1-0.2％和水20-35％。

上述三个申请案中的切削液均通过添加非离子表面活性剂的方式来改善切削液的润滑性能，同时辅以防锈剂、杀菌剂、消泡剂等添加剂的添加，在一定程度上能够提高其防锈、耐腐蚀性能。但是，上述三个申请案中所得切削液在长期使用过程中，因由非离子表面活性剂复配而成的分散体系易受使用环境的温度影响，导致所得切削液的稳定性仍相对较差，还需进一步改善和提高。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有切削液的体系稳定性相对较差，受温度影响波动较大，不同温度下使用时油品易析出，从而难以有效保证其使用效果的不足，提供了一种金属加工用长效微乳化切削液及其制备方法。采用本发明的技术方案能够有效提高切削液的稳定性，从而能够有效确保其在不同温度下的使用效果，且其使用寿命较长。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，包括如下质量百分比的组分：

更进一步的，所述润滑剂为自乳化酯润滑剂；所述非离子表面活性剂选用烷氧基化支链及不饱和脂肪醇。

更进一步的，所述非离子表面活性剂优选为RT45LT、RT64LT和EL20的组合，其占切削液的质量百分比分别为2～3％、2～5％、1～2％。

更进一步的，所述炔醇优选为FS-640。

更进一步的，所述醇胺优选为DGA和AMP-95的组合。

更进一步的，所述杀菌剂优选为BIT 20和ROCIMA 342的组合。

更进一步的，所述防锈耦合剂为一元羧酸；所述防锈剂为二元羧酸或三元羧酸；所述阳离子表面活性剂优选为BUSAN77。

上述切削液的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将润滑剂和非离子表面活性剂混为相一，搅拌均匀；

步骤二：将醇胺、防锈耦合剂、防锈剂和去离子水混合均匀，得到相二；

步骤三：向步骤一中所得相一中依次加入炔醇、杀菌剂和阳离子表面活性剂，再注入步骤二中所得相二，搅拌均匀，即可得到切削液。

更进一步的，步骤二中进行混合时，温度为40～60℃；步骤三中对步骤一中所得相一进行保温处理，温度保持在30～40℃，加入炔醇、杀菌剂和阳离子表面活性剂后搅拌50～70min；注入相二后，继续搅拌3～5h。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，包括润滑剂、非离子表面活性剂、炔醇、醇胺及其他助剂，通过对切削液的组分及配比进行优化设计，利用各组份之间的协同作用，从而一方面能够有效提高所得切削液的稳定性，使其在不同温度变化下不会出现分散体系析出的现象，进而延长切削液在不同季节的存放和使用寿命，防止因发生油水分离而导致切削液性能失效，同时，另一方面还能够进一步改善现有切削液的各项性能(润滑性、防腐防锈、环保、消泡性、水质适应性)。

(2)本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，具体的，通过非离子表面活性剂和炔醇的复配，即通过炔醇的添加可以有效改善非离子表面活性剂在两相之间的分配系数，从而解决现有非离子表面活性剂分散体系易发生析出，导致切削液稳定性较差的问题，因而能够得到体系稳定的切削液产品，该切削液产品长期使用过程中性能稳定，使用寿命长且能够长期保存。同时，本申请在添加非离子表面活性剂和炔醇的基础上，再辅以自乳化酯润滑剂的选择，能够对油相的HLB值进行有效改善，进一步保证体系在不同温度条件下均能保持状态的稳定。

(3)本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，所述的非离子表面活性剂优选为RT45LT、RT64LT和EL20的组合，炔醇优选为FS-640，自乳化酯润滑剂优选为Priolube3955。通过特定种类非离子表面活性剂、炔醇及自乳化酯润滑剂的选择，从而可以进一步保证所得切削液的稳定性，提高其使用寿命、延长其在不同温度下的存放时间。同时，所得切削液中无需再添加高pH值调和剂、消泡剂及其他助剂，就能使所得切削液具有稳定的pH值、较长的使用寿命、合理的消泡性能及广泛的水质适应性。

(4)本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，通过醇胺和防锈剂的添加，能够使所得切削液具有更加优异的防腐防锈性能。具体的，本发明的切削液组分所选原料从机理上普遍抑制菌类滋生，一方面，使用醇胺类能够有效提高碱储备并减少细菌对碱储备的攻击性；另一方面，所得切削液的整体配方中不含硫磷元素，从而避免了给细菌提供营养物质等。因此可以有效保证其使用性能、延长其使用寿命。同时，本发明切削液的pH值较低，腐蚀性、刺激性较小，具有良好的生物安定性，不会对人体、环境和设备造成伤害。

(5)本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液的制备方法，通过对切削液的工艺操作及组分的添加顺序进行优化设计，有利于进一步保证所得切削液的使用性能，从而用于铝合金喷砂抛丸处理后加工时，性能稳定、使用寿命较长，从而能够有效地发挥润滑作用、更大程度上避免金属表面发生腐蚀。同时，其制备工艺简单，有利于进一步降低生产成本。

附图说明

图1为实施例1中所得切削液及其稀释液的各项性能测试结果。

具体实施方式

本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液，包括如下质量百分比的组分：润滑剂15～20％、非离子表面活性剂5～10％、醇胺7～10％、杀菌剂1～2％、防锈耦合剂2～5％、防锈剂5～10％、阳离子表面活性剂1～3％、炔醇1～2％、去离子水40～60％。其中，所述润滑剂为自乳化酯润滑剂，优选为Priolube 3955(品牌为禾大)。所述非离子表面活性剂选用烷氧基化支链及不饱和脂肪醇，其具体优选配方为RT45LT(品牌为沙索)、RT64LT(品牌为沙索)和EL20(品牌为联泓)的组合，且RT45LT、RT64LT和EL20占切削液组分的质量百分比分别为2～3％、2～5％和1～2％。所述炔醇优选为FS-640(品牌为赫普菲乐)。所述醇胺优选为DGA(品牌为亨斯曼)和AMP-95(品牌为陶氏)的组合，且其占切削液组分的质量百分比分别为5～7％和2～3％。所述杀菌剂优选为BIT 20(品牌为陶氏)和ROCIMA 342(品牌为陶氏)的组合，且其占切削液组分的质量百分比分别为0.9～1.9％和0.1～0.3％。所述防锈耦合剂选用一元羧酸，优选为格尔伯特酸(品牌为沙索)。所述防锈剂选用二元羧酸或三元羧酸，其优选为L190 PLUS(品牌为巴斯夫)。所述阳离子表面活性剂优选为BUSAN77(品牌为巴克曼)。

本发明的一种金属加工用长效微乳化切削液的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将15～20％Priolube 3955、2～3％RT45LT、2～5％RT64LT和1～2％EL20混为相一，搅拌均匀；

步骤二：将5～7％DGA、2～3％AMP-95、2～5％格尔伯特酸、5～10％L190 PLUS和40～60％去离子水在40～60℃下混合均匀，得到相二；

步骤三：将步骤一所得相一投入反应釜，保持温度在30～40℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1～2％FS-640、0.1～0.3％ROCIMA342、1～3％BUSAN77、0.9～1.9％BIT20后，搅拌50～70min，再向上述体系缓慢注入步骤二中所得相二之后，继续搅拌3～5h，即可得到切削液。

现有技术中，为了使金属加工液能够更好地均匀铺展在金属表面，从而确保获得良好的加工效果，通常在切削液中添加使用能够降低表面张力的表面活性剂来保证工件表面的油膜均匀。表面活性剂又分为离子型和非离子型两大类，现有切削液中主要是添加非离子型表面活性剂，其中，氟碳类表面活性剂和有机硅类表面活性剂为使用较多且分散效果较好的两种非离子型表面活性剂，通过氟碳类表面活性剂和有机硅类表面活性剂的添加可以显著降低切削液的表面张力，具有较好的润滑效果，并能保证工件表面的油膜分布更均匀。但是，氟碳类表面活性剂的价格较高，不适合产品的工业化生产和推广；有机硅类表面活性剂在切削液体系中易缩合，且附着在工件表面不易清洗，会引起后续喷涂过程漆膜附着力不够。同时，现有非离子型表面活性剂分散体系在切削液使用和存放过程中的稳定性相对较差，尤其是受温度影响波动较大，易发生析出，从而影响其使用效果。

基于以上问题，本申请的发明人通过大量实验对切削液的组分及配比进行优化设计，利用各组份之间的协同作用，尤其是通过非离子表面活性剂和炔醇的复配，一方面能够有效改善非离子表面活性剂在两相之间的分配系数，使其不易随温度变化发生体系析出，造成油水分离，进而能够有效提高体系的稳定性，使该体系在不同温度条件下均能保证状态的稳定，因而有利于确保切削液在不同环境温度下的使用效果；另一方面能够将体系表面张力有效降低到与氟碳类和有机硅类表面活性剂同等的水平，且该切削液价格低廉、不会缩合并附着在工件表面造成清洗困难。

同时，本申请采用自乳化酯代替常规基础油，该自乳化酯优选Priolube 3955，即在非离子表面活性剂和炔醇炔醇复配的基础上，辅以该特定种类自乳化酯的添加，通过三者的配合，从而能够进一步降低体系的HLB值和表面张力(其工作液体系表面张力极低，5％稀释液的表面张力达28.89mN/m)，一方面，能够使工作液在金属表面更易铺展均匀，从而能够在金属表面可以形成均匀的“添加剂保护层”，更大程度避免了电化学腐蚀的产生，尤其是能够有效用于对抛丸喷砂后的活性金属表面进行防护，可以较大程度减少其表面的腐蚀，进而有利于减少金属损耗与浪费。另一方面，自乳化酯的添加使体系具有的低表面张力，能够加强润滑介质的渗透性，对于工件的加工质量，刀尖的冷却、预防淬火、以及延长使用寿命均有着更佳的效果，且其本身的自乳化性还可以大幅度降低对乳化剂乳化能力和用量的要求，与本申请的非离子表面活性剂复配后，可以避免向体系中加入消泡剂，且消泡效果持久稳定(在未加入消泡剂的情况下，2min泡沫消失干净)，能够满足越来越快的加工速度需求。此外，本申请中特定种类非离子表面活性剂、炔醇和自乳化酯复配而得到的乳化体系，受离子种类及含量的影响较小，能够长期保持体系状态稳定，可以进一步通过添加阳离子表面活性剂以改善工作液的沉降性，控制体系的细菌滋生，从而能够进一步提高切削液的使用寿命。

本申请还通过除一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺之外的其他醇胺(优选为DGA和AMP-95的组合)和其他添加剂(杀菌剂、防锈剂等)的添加，从而使所得切削液具有更加优异的防腐防锈性能，且所得切削液组分所选原料从机理上普遍抑制菌类滋生，其体系不含有亚硝酸盐、以及甲醛释放物、甚至是磷硫氯元素等对人、环境和设备有伤害的添加剂。与现有市面上的金属加工液通常简单粗暴地依靠高pH和杀菌剂控制菌类滋生，并辅以含磷的有色金属缓蚀剂解决体系的腐蚀问题相比较来说，本发明的切削液在保证其使用效果的基础上，还能够进一步提高其使用寿命，更加符合环保理念。具体的，一方面，通过使用醇胺能够有效提高碱储备并减少细菌对碱储备的攻击性，再辅以阳离子表面活性剂的抑菌作用，具有较好的抑菌、抗菌作用；另一方面，所得切削液的整体配方中不含硫磷元素，从而避免了给细菌提供营养物质，能够有效延长其使用寿命。此外，由于我国幅员辽阔，地大物博，水质情况也存在着较大程度的差异(山东、河南部分地区水质硬度达到1000ppm以上，而福建、宁波等中南部沿海地区水质硬度低于20ppm)，且一般来说，高硬度水质需要使用泡沫较高、活性较强的阴离子表面活性剂才能保证体系的分散状态；而低硬度水质不能形成钙皂镁皂，需要使用活性低的表面活性剂。因此，针对不同的水质问题，还需要采用不同配方的切削液产品进行分别应对。然而，本发明的切削液产品完全使用了非离子表面活性剂分散配方体系，从而能够保证良好的分散体系，且活性较低，不能形成钙皂、镁皂，适合在各种水质条件下广泛使用，同时其制备工艺简单，生产成本较低。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

(1)将20％Priolube 3955、2％RT45LT、3％RT64LT和1％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将6％DGA、3％AMP-95、4％格尔伯特酸、6％L190 PLUS和51％去离子水在50℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在30℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1.8％FS-640、0.2％ROCIMA342、1％BUSAN77、1％BIT20后，搅拌60min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌4h，即可得到切削液。

对上述所得切削液原液、并将其稀释，得到5wt％稀释液和10wt％稀释液，分别对原液和稀释液进行外观、稳定性、防腐蚀、防锈性能、粒度等性能进行测试，测试方法及结果如图1所示。从图1中可以看出，本实施例制备所得切削液原液呈浅黄色油状液体，稳定性(贮存安定性)较好，无分层、相变及胶状等现象发生，且试验后还能恢复原状。其5wt％稀释液呈透明状，表面张力较低，且腐蚀、防锈试验结果较为优良，其稀释液体积平均粒径值在0.127μm，由于小颗粒的液、油滴更加不易受到细菌攻击，从而能够进一步延长体系的使用寿命。

实施例2

(1)将15％Priolube 3955、2％RT45LT、2％RT64LT和2％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将5％DGA、2％AMP-95、2％格尔伯特酸、5％L190 PLUS和60％去离子水在40℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在35℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入2％FS-640、0.1％ROCIMA342、1％BUSAN77、1.9％BIT20后，搅拌65min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌3h，即可得到切削液。

对上述所得切削液原液、并将其稀释，得到5wt％稀释液和10wt％稀释液，分别对原液和稀释液进行外观、稳定性、防腐蚀、防锈性能、粒度等性能进行测试(测试方法同实施例1)，测试结果基本同实施例1。

实施例3

(1)将20％Priolube 3955、3％RT45LT、5％RT64LT和1.5％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将7％DGA、3％AMP-95、5％格尔伯特酸、10％L190 PLUS和40％去离子水在45℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在36℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1.5％FS-640、0.3％ROCIMA342、2％BUSAN77、1.7％BIT20后，搅拌55min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌3.5h，即可得到切削液。

实施例4

(1)将16％Priolube 3955、2.5％RT45LT、2％RT64LT和1％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将5％DGA、2％AMP-95、3％格尔伯特酸、9％L190 PLUS和54％去离子水在55℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在38℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1.5％FS-640、0.1％ROCIMA342、3％BUSAN77、0.9％BIT20后，搅拌50min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌5h，即可得到切削液。

实施例5

(1)将18％Priolube 3955、3％RT45LT、2％RT64LT和1％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将5％DGA、2.5％AMP-95、4％格尔伯特酸、7％L190 PLUS和53％去离子水在60℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在40℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1.5％FS-640、0.1％ROCIMA342、2％BUSAN77、0.9％BIT20后，搅拌60min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌4h，即可得到切削液。

实施例6

(1)将20％Priolube 3955、2.5％RT45LT、3％RT64LT和2％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将6％DGA、3％AMP-95、2％格尔伯特酸、6％L190 PLUS和51％去离子水在40℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在35℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1％FS-640、0.2％ROCIMA342、2％BUSAN77、1.3％BIT20后，搅拌70min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌4h，即可得到切削液。

实施例7

(1)将25％Priolube 3955、3％RT45LT、2.5％RT64LT和2％EL20混为相一，搅拌均匀；

(2)将5％DGA、3％AMP-95、4％格尔伯特酸、8％L190 PLUS和52％去离子水在50℃下混合均匀，得到相二；

(3)将(1)中所得相一投入反应釜，保持温度在30℃之间，开始搅拌，向其中依次缓慢投入1.8％FS-640、0.2％ROCIMA342、2％BUSAN77、1.5％BIT20后，搅拌65min，再向上述体系缓慢注入(2)所得相二之后，继续搅拌4.5h，即可得到切削液。

Claims

1.一种金属加工用长效微乳化切削液，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：润滑剂15~20%、非离子表面活性剂5~10%、醇胺7~10%、杀菌剂1~2%、防锈耦合剂2~5%、防锈剂5~10%、阳离子表面活性剂1~3%、炔醇1~2%、去离子水40~60%；

其中：

所述润滑剂为自乳化酯润滑剂，选用Priolube 3955；

所述非离子表面活性剂选用RT45LT、RT64LT和EL20的组合，其占切削液的质量百分比分别为2~3%、2~5%、1~2%；

所述醇胺选用DGA和AMP-95的组合，其占切削液组分的质量百分比分别为5~7%和2~3%；

所述杀菌剂选用BIT 20和ROCIMA 342的组合，其占切削液组分的质量百分比分别为0.9~1.9%和0.1~0.3%；

所述防锈耦合剂选用格尔伯特酸，所述防锈剂选用L190 PLUS；所述阳离子表面活性剂选用BUSAN77，炔醇选用FS-640。

2.一种如权利要求1所述的切削液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤三：将步骤一中所得相一投入反应釜，然后向其中依次加入炔醇、杀菌剂和阳离子表面活性剂并搅拌均匀，再注入步骤二中所得相二，搅拌均匀，即得到切削液。

3.根据权利要求2所述的切削液的制备方法，其特征在于：步骤二中进行混合时，温度为40~60℃；步骤三中将所得相一投入反应釜后保持温度在30~40℃，加入炔醇、杀菌剂和阳离子表面活性剂后搅拌50~70min；注入相二后，继续搅拌3~5h。