CN111019747A - 极压半合成型金属切削液的制备方法 - Google Patents

极压半合成型金属切削液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极压半合成型金属切削液的制备方法，包括以下步骤：将氯化石蜡和7.5‑9.5％的油酸进行混合加热至80‑90℃；加入烯基丁二酸和表面活性剂，搅拌1小时，升温至90‑100℃，边搅拌边加入硼酸和4‑6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入聚乙二醇；降温至50℃，加入消泡剂和石墨烯进行搅拌，搅拌均匀；将上述溶液倒入溶有季铵盐型杀菌剂和甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入1‑3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。本发明引入了合适的极压添加剂，提高了产品的使用性能，减少了切削阻力，提高了切削效率，对微乳液防锈性和稳定性能均有所提高。

Description

极压半合成型金属切削液的制备方法
技术领域
本发明涉及金属切削液技术领域，尤其是涉及一种极压半合成型金属切削液的制备方法。
背景技术
在金属切削过程中，为提高切削效率和工件的精密度、延长刀具使用寿命、达到最佳经济效果，就必须减少刀具与工件之间的摩擦，及时带走切削区内因材料变形而产生的热量。要达到这些目的，一方面要开发高硬度耐高温的刀具材料和改进刀具的几何形状；另一方面采用性能优良的金属切削液。在金属切削加工中，选用合适的金属切削液可以起到良好的冷却、润滑、清洗和防锈等作用。目前，机械行业使用最多的是以机械油为主要原料复配而成的乳液型切削液，这种切削液成本高，使用周期短，易变质发臭，除使用时对工作人员的身体健康造成危害以外，废液的排放也对环境造成严重污染。因此，开发成本低，使用周期长，不变质，环境友好的水基切削液是该领域的发展方向。
水基液又可分为半合成液、合成液。水基切削液主要由表面活性剂、极压抗磨剂、水、矿物油、防锈剂、缓蚀剂、杀菌剂和抗泡剂等组成，母液和稀释液一般都为稳定的液体。半合成切削液是一种介于乳液型和全合成型切削液之间的新型金属加工液产品，它既具有乳化油的良好润滑性，又有合成切削液的清洗性，逐步发展为乳化油和合成液的换代产品。半合成切削液又分为普通型和极压型两种。普通型半合成切削液切削效率低，切削阻力大，对微乳液防锈性和稳定性不佳。鉴于以上原因，设计一种极压半合成型金属切削液的制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种极压半合成型金属切削液的制备方法，引入了合适的极压添加剂，提高了产品的使用性能，减少了切削阻力，提高了切削效率，对微乳液防锈性和稳定性能均有所提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种极压半合成型金属切削液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氯化石蜡和7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一；
(2)向上述混合液一中加入烯基丁二酸和表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入硼酸和4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入聚乙二醇得到混合液二；
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入消泡剂和石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三；
(4)将混合液三倒入溶有季铵盐型杀菌剂和甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。
优选的，所述步骤(1)中的所述氯化石蜡与所述油酸的加入质量比为11:8。
优选的，所述步骤(2)中的所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺和聚乙二醇的加入质量比为3:150:5:50:50。
优选的，所述步骤(3)中的消泡剂和石墨烯的加入质量比为2:1。
优选的，所述步骤(4)中的所述季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐和RN652磷酸酯极压剂的加入量比为1:40:30。
优选的，所述表面活性剂为OP-10。
优选的，按质量计，所述氯化石蜡和所述油酸的质量和：所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺及聚乙二醇的质量和：消泡剂及石墨烯的质量和：季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐及RN652磷酸酯极压剂的质量和＝38:51.6:0.6:14.2。
优选的，所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将22g氯化石蜡和16g7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一；
(2)向上述混合液一中加入0.6g烯基丁二酸和30g表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入1g硼酸和10g4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入10g聚乙二醇得到混合液二；
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入0.4g消泡剂和0.2g石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三；
(4)将混合液三倒入溶有0.2g季铵盐型杀菌剂和8g甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入6g1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。
因此，本发明采用上述极压半合成型金属切削液的制备方法，引入了合适的极压添加剂，提高了产品的使用性能，减少了切削阻力，提高了切削效率，对微乳液防锈性和稳定性能均有所提高。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例本发明提供了一种极压半合成型金属切削液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氯化石蜡和7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一，所述氯化石蜡与所述油酸的加入质量比为11:8。
(2)向上述混合液一中加入烯基丁二酸和表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入硼酸和4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入聚乙二醇得到混合液二，所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺和聚乙二醇的加入质量比为3:150:5:50:50。
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入消泡剂和石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三，消泡剂和石墨烯的加入质量比为2:1。
(4)将混合液三倒入溶有季铵盐型杀菌剂和甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液，所述季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐和RN652磷酸酯极压剂的加入量比为1:40:30。
进一步的，所述表面活性剂为OP-10，按质量计，所述氯化石蜡和所述油酸的质量和：所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺及聚乙二醇的质量和：所述消泡剂及石墨烯的质量和：所述季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐及RN652磷酸酯极压剂的质量和＝38:51.6:0.6:14.2。
针对上述方法制备的切削液性能的检测：
(1)外观评定：在15～35℃室温下，用100mL具塞量筒，量取100mL被测浓缩物，静置24后，检查外观，应无分层、沉淀，呈均匀液相。
(2)贮存安定性试验：把25mL浓缩物，置于25mL比色皿中，将其放于70±3℃恒温干燥箱中5h，取出冷至室温(15～35℃)放3h，然后再置于-12±3℃的低温冰箱中24h，取出静置回到室温1h后，进行评定，应无分层、相变及胶状现象，恢复原状为合格。
(3)pH值测定：用精密试纸一条，侵入被测试液中，与标准色板比较，即得pH值。
(4)削泡性试验：将试验倒入100mL的量筒中，使液面在70mL处，盖好塞，上下摇动1min，上下摇动的距离约为1/3m，摇动频率约为100～120次/min。然后，在室温下静置10min，观察液面残留泡沫体积应小于或等于2mL为合格。
(5)腐蚀性试验：将25×50×3mm的一级灰口铸铁试片经试砂纸打磨后，全浸入已制备好的使用试验中，加盖玻璃罩，移植到已恒温55±2℃的恒温器内，连续试验24h,然后，取出试片，进行检查：
Figure BDA0002336285040000051
(6)防锈性试验：用滴管吸取试液，按梅花格式滴入五滴，于试片磨光面上，每滴直径约为4～5mm。然后将试片置于干燥器隔板上(注意不要堵孔)加盖100-150mL玻璃罩，再合上干燥器盖，置于已恒温到35℃左右的恒温箱中，连续试验24h取出试片进行观察。
Figure BDA0002336285040000052
A级判为合格。
特殊情况下，可将试片用无水乙醇洗净后观察，并以洗净后的检查结果为准。
(7)最大无卡咬负荷PB值：按GB3142-82《润滑剂承载能力测定法》(四球法)进行。
(8)表面张力的测定：用称重法将切削液(浓缩液)粗配成5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％的稀释液100ml待用。调节水浴温度至30℃。测定毛细管常数将玻璃器皿认真洗涤干净，在测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，置于恒温水浴内恒温10min。毛细管须保持垂直并注意液面位置，然后接好测量系统。慢慢打开抽气瓶活塞，注意气泡形成的速率应保持稳定，控制在每分钟8～12个气泡为宜，即数字式微压差测量仪的读数(瞬间最大压差)约700～800Pa之间。读数3次，取平均值。测定切削液稀释液的表面张力，按上述步骤从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测洗涤测定管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内外溶液的浓度一致。分别测定稀释半合成切削液的折光率。计算出切削液表面张力大小，表面张力≦40dyn/cm时为合格。
实施例1
油酸用量对切削液性能影响，固定其他条件均不变只改变油酸用量，性能检测结果如表1所示。
表1油酸用量对切削液性能影响
Figure BDA0002336285040000061
由表1可知：只有当油酸加入量少于8.5％时浓缩切削液不分层其它组分均分层。并且油酸只对切削液的安定性有影响，对其它性能无影响。由于油酸在反应中起到乳化作用，用量多少直接关系着氯化石蜡与水的乳化作用。从而决定了切削液的安定性能。至于切削液分层则是由于油酸过量。当油酸加入量少于8.0％时溶液pH值为10腐蚀性较大。故油酸的用量选用8％为宜。
实施例2
二乙醇胺代替混合醇胺及二乙醇胺的加入量对切削液性能影响，由于混合醇胺中含有三乙醇胺，三乙醇胺分子量过大，生成的三乙醇胺油酸酯不够稳定，故用二乙醇胺来代替。固定其它条件均不变只改变二乙醇胺用量，检测结果如表2所示。
表2二乙醇胺用量对切削液性能影响
Figure BDA0002336285040000071
由表2可知：二乙醇胺浓度只有5％～5.5％的不分层其它组均分层，说明二乙醇胺用量为5～5.5％时安定性最好。当二乙醇胺含量为4％时，防锈性为B级，说明二乙醇胺用量需大于4％时切削液防锈性的效果为最好。二乙醇胺用量稍微过量可以提高稳定作用，但是过量也会使得溶液分层，二乙醇胺的加入也是为了调节切削液的酸碱度，所以其加入量的多少直接影响到切削液的防锈性能。
实施例3
氯化石蜡代替机械油对切削液性能的影响，固定其它条件均不变，分别用机械油和氯化石蜡按上述方法进行性能检测，结果如表3所示。
表3氯化石蜡代替机械油对切削液性能的影响
Figure BDA0002336285040000081
由表3可知：用氯化石蜡代替机械油后切削液的性能相当，并且氯化石蜡价格较低，考虑到经济效益用氯化石蜡为最佳。
实施例4
RN652用量对切削液性能影响，固定其它条件均不变，只改变RN652用量按上述方法进行性能检测，结果如表4所示。
表4 RN652用量对切削液性能影响
Figure BDA0002336285040000082
Figure BDA0002336285040000091
由表4可知：RN652对切削液的PB值影响较大，只有当RN652量大于1.5％时，PB值达到最大值，用量增加PB值没有明显提高，考虑到经济效益以1.5％为最佳。
综合上述实施例得到最佳各组分的最佳含量，所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将22g氯化石蜡和16g7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一；
(2)向上述混合液一中加入0.6g烯基丁二酸和30g表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入1g硼酸和10g4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入10g聚乙二醇得到混合液二；
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入0.4g消泡剂和0.2g石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三；
(4)将混合液三倒入溶有0.2g季铵盐型杀菌剂和8g甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入6g1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。
将矿物油改变使用氯化石蜡之后，切削液的安定性能得到了很大提高，并且氯化石蜡的价格相对机油十分低廉，在此基础上对于其它性能无任何影响。由此得出研制切削液的最佳方案。此切削液综合成本价格低,各项理化指标己达到要求,它不但具有良好的防锈性、润滑性、清洗性、冷却性,而且耐腐蚀性能强是一个优良的半合成切削液。
因此，本发明采用上述极压半合成型金属切削液的制备方法，引入了合适的极压添加剂，提高了产品的使用性能，减少了切削阻力，提高了切削效率，对微乳液防锈性和稳定性能均有所提高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氯化石蜡和7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一；
(2)向上述混合液一中加入烯基丁二酸和表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入硼酸和4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入聚乙二醇得到混合液二；
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入消泡剂和石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三；
(4)将混合液三倒入溶有季铵盐型杀菌剂和甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。
2.根据权利要求1所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的所述氯化石蜡与所述油酸的加入质量比为11:8。
3.根据权利要求2所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺和聚乙二醇的加入质量比为3:150:5:50:50。
4.根据权利要求3所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的消泡剂和石墨烯的加入质量比为2:1。
5.根据权利要求4所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的所述季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐和RN652磷酸酯极压剂的加入量比为1:40:30。
6.根据权利要求5所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为OP-10。
7.根据权利要求6所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于：按质量计，所述氯化石蜡和所述油酸的质量和：所述烯基丁二酸、表面活性剂、硼酸、二乙醇胺及聚乙二醇的质量和：消泡剂及石墨烯的质量和：季铵盐型杀菌剂、甲基硅酸盐及RN652磷酸酯极压剂的质量和＝38:51.6:0.6:14.2。
8.根据权利要求7所述的极压半合成型金属切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将22g氯化石蜡和16g7.5-9.5％的油酸进行混合加热至80-90℃得到混合液一；
(2)向上述混合液一中加入0.6g烯基丁二酸和30g表面活性剂，搅拌1小时，然后升温至90-100℃，边搅拌边加入1g硼酸和10g4-6％的二乙醇胺，搅拌40分钟后加入10g聚乙二醇得到混合液二；
(3)将步骤(2)中得到的混合液二降温至50℃，加入0.4g消泡剂和0.2g石墨烯进行搅拌，搅拌均匀得到混合液三；
(4)将混合液三倒入溶有0.2g季铵盐型杀菌剂和8g甲基硅酸盐的水中，边到边搅拌，溶解完后再加入6g1-3％的RN652磷酸酯极压剂继续搅拌使其溶解，则得浓缩液，最后用自来水冲配成半透明溶液。
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