CN111303971B - 一种无硫磷氯切削油及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无硫磷氯切削油及其制备方法与应用。本发明无硫磷氯切削油主要由以下重量份的组分组成：减摩剂0.1‑1份、触变剂0.2‑2份、摩擦系数改进剂5‑20份、改性防锈剂1‑5份、抗氧剂0.2‑1份、分散剂2‑8份、抗油雾剂1‑3份、基础油60‑80份，其中减摩剂为纳米粒子。本发明无硫磷氯切削油不仅润滑性好，挥发损耗率低，切片加工时间短，而且适用范围广，通用性高，适用于钕铁硼、铁氧体、蓝宝石、半导体材料、电子、陶瓷等的加工。

Description

一种无硫磷氯切削油及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及切削油领域，具体涉及一种无硫磷氯切削油及其制备方法与应用。

背景技术

钕铁硼磁材为一种永磁材料。中国凭借稀土资源优势，经过全球产业转移，已然成为全球钕铁硼磁材的主要产地。

磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关，在多个领域具有不可替代的优势。磁性材料一般是Fe、Co、Ni元素及其合金，稀土元素及其合金，以及一些Mn的化合物。磁性材料按照其磁化的难易程度，分为软磁材料及硬磁材料，其中软磁材料是相对于永磁材料而言，其相对易于磁化，也易于退磁，其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输；硬磁材料又称永磁材料，经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部分或大部分原磁化方向的磁性，拥有电信号转换、电能-机械能转换功能，被广泛应用于汽车、家电、能源、机械、医疗、航空航天等行业中的各种电机以及需产生强间隙磁场的元器件中。

随着电动车加速放量，新能源车领域对高性能磁材的需求占比大约达到12％。在我们模型测算结果当中，2018年全球高性能钕铁硼需求主要集中在汽车领域，占据“半壁江山”，其中传统汽车保持接近4成份额，而新能源车占比接近12％，高性能磁材的其他消费领域较为分散，诸如风电、消费电子、变频空调、节能电梯领域，占比均在8％-10％区间。未来随着电动车加速放量，高性能磁材需求格局将发生骤变，预估2020年新能源车领域占比将大幅提升(从12％提升至18％)。

钕铁硼磁材加工常采用柴油/煤油加抗磨剂、废旧机油、含硫磷氯的切削油。其中，采用柴油、煤油，由于二者闪点低、易挥发、气味大、容易产生油雾，车间操作环境恶劣，也容易造成火灾，弥漫在空气中的油雾长期以往会对操作工的身体造成影响，且润滑性差，对金刚石刀片损耗大；废旧机油虽然含有大量的防锈、润滑添加剂，具有优良的防锈、润滑性，但是气味大、氧化安定性差、油泥多，使用寿命短，表面上便宜，实则增加了成本，且废旧机油含有大量金属离子，会引起皮肤皮疹等健康问题；市场上普通的切削油闪点低、气味大、易挥发，且含有硫、磷、氯等影响生态环境的物质，加工商为了节约成本但是忽略了安全问题，另外，现有切削油使用面窄，通用性不高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种润滑性好、适用范围广、通用性高、挥发损耗率低、切片加工时间短的无硫磷氯切削油及其制备方法与应用。

为实现其目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种无硫磷氯切削油，其主要由以下重量份的组分组成：

减摩剂 0.1-1份；

触变剂 0.2-2份；

摩擦系数改性剂 5-20份；

改性防锈剂 1-5份；

抗氧剂 0.2-1份；

分散剂 2-8份；

抗油雾剂 1-3份；

基础油 60-80份；

其中，所述减摩剂为纳米粒子。

减摩剂在高速摩擦所形成的高温高压的环境下发生分解，与金属表面发生化学反应，生成反应膜，能防止相互摩擦的两个金属卡咬而有效保护金属。纳米粒子作为减磨剂添加到切削油中，和与其相配合的触变剂结合，能在油中形成一种稳定的分散悬浮状态，无数的纳米粒子颗粒与金属表面契合形成保护膜，大幅降低金属之间的摩擦强度，对高速摩擦环境中所包含的高温高压重载模式下，效果更为明显，这是因为：一是纳米粒子是微型的近似球状的粒子，在金属之间摩擦滚动，形成“微滚珠效应”，从而提高摩擦表面的润滑性；二是摩擦过程中，纳米粒子具有填充的作用，可以及时填平摩擦面较大的微凹坑，使摩擦表面始终处于平滑状态，当两种不同粒径的纳米粒子加入到切削液中时，粒径大的粒子作“球轴承”作用，粒径小的粒子作填充修复作用，相互影响使作用最大化；三是加工过程因摩擦化学作用导致出现磨斑，纳米粒子能在其表面沉积，形成一层膜，隔断两个摩擦界面，并具备更高的承载性能，使金属表面不能直接受到剪切应力而变形，即减摩作用；四是少部分纳米粒子在高温高压环境下发生还原，生产金属单质，渗透进入工件基体，并在其表面形成强化膜，从而提高金属抗磨性能，即抗磨作用。选用纳米粒子作为减摩剂，大大提高了切削油的减摩抗磨性能，并具有优良的润滑特性，使加工完的钕铁硼切片达到表面光泽的效果。

优选地，所述无硫磷氯切削油主要由以下重量份的组分组成：

减摩剂 0.5份；

触变剂 0.5份；

摩擦系数改性剂 15份；

改性防锈剂 3份；

抗氧剂 1份；

分散剂 3份；

抗油雾剂 2份；

基础油 75-75.6份。

优选地，所述减摩剂为纳米氧化铝、纳米硼酸钙中的至少一种。相比纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝，以纳米氧化铝、纳米硼酸钙作为减摩剂，所得切削油的润滑效果更好。

更优选地，所述减摩剂为纳米氧化铝，所述触变剂为硅酸盐粘土。硅酸盐粘土(如蒙脱石、凹凸棒石、海泡石等)具有优异的膨胀性、胶体分散性、悬浮性、增稠性、触变性，是悬浮体系的优良防沉剂、乳胶稳定剂和流变助剂；此外，其还具有良好的吸附剂性，离子交换性，非迁移粘结性，特别适合固体纳米氧化铝分散悬浮在油中的体系。且相比纳米硼酸钙与硅酸盐粘土组合，纳米氧化铝与硅酸盐粘土组合所得切削油的润滑效果更好。

优选地，所述摩擦系数改进剂为棕榈油、妥尔油、蓖麻油、菜籽油、环氧大豆油、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、偏苯三酸三正壬酯、二(2-乙基)己酸-二缩三乙二醇酯、丙三醇三正壬酸酯、硬脂酸正丁酯、硬脂酸异辛酯、季戊四醇油酸酯中的至少一种。

更优选地，所述摩擦系数改进剂为三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、偏苯三酸三正壬酯、二(2-乙基)己酸-二缩三乙二醇酯、丙三醇三正壬酸酯、硬脂酸正丁酯、硬脂酸异辛酯中的至少一种。

优选地，所述改性防锈剂为十二烯基丁二酸酯。

优选地，所述十二烯基丁二酸酯采用包括以下步骤的方法制备而成：按十二烯基丁二酸：环氧化合物＝1：1～1：2的摩尔比将十二烯基丁二酸和环氧化合物加入到密闭容器中，搅拌均匀后加热至120～140℃，保温4小时，再升温至200～220℃，保温2～6小时，即得所述十二烯基丁二酸酯。

优选地，所述抗氧剂为辛基丁基二苯胺、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯、2,6-二叔丁基酚、苯骈三氮唑中的至少一种。

更优选地，所述抗氧剂为辛基丁基二苯胺和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯。

进一步优选地，所述辛基丁基二苯胺和所述β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯的质量比为1:1。

辛基丁基二苯胺具有优异的抗氧性，但是长时间使用容易产生少量油泥，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯具有一定的抗氧性和油泥分散性，两者复配，可以完美实现抗氧性高、无油泥的效果。尤其当二者质量比为1:1时，抗氧化性、无油泥效果更好。

优选地，所述分散剂为丁二酰亚胺型、聚异丁烯丁二酸酯和聚异丁烯丁二酰亚胺中的至少一种。

优选地，所述抗油雾剂为聚异丁烯PB2400、PB450、PB350中的至少一种。

更优选地，所述抗油雾剂为聚异丁烯PB2400。

优选地，所述基础油为Ⅱ类加氢石蜡基基础油。

更优选地，所述Ⅱ类加氢石蜡基基础油为60NⅡ类加氢石蜡基基础油、100NⅡ类加氢石蜡基基础油、150NⅡ类加氢石蜡基基础油中的至少一种。

进一步优选地，所述Ⅱ类加氢石蜡基基础油由质量比1.5:1的60NⅡ类加氢石蜡基基础油和150NⅡ类加氢石蜡基基础油组成。

第二方面，本发明还提供了一种所述无硫磷氯切削油的制备方法，其包括以下步骤：将触变剂加入到基础油中，搅拌均匀，再加入减摩剂，搅拌均匀后依次加入摩擦系数改进剂、改性防锈剂、抗氧剂、分散剂、抗油雾剂，搅拌均匀，即得所述无硫磷氯切削油。

第三方面，本发明还提供了一种所述无硫磷氯切削油的应用，具体为将所述无硫磷氯切削油用于钕铁硼、铁氧体、蓝宝石、半导体材料、电子、陶瓷的加工。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明以纳米粒子作为减摩剂，利用纳米粒子的“微滚珠效应”和“球轴承”作用，可以提高摩擦表面的润滑性并且及时填平摩擦面较大的微凹坑，同时纳米粒子能在磨斑表面沉积，形成一层膜，隔断两个摩擦界面起减摩作用，且少部分纳米粒子在高温高压环境下发生还原，产生金属单质，渗透进入工件基体并在其表面形成强化膜起抗磨作用，使最大无卡咬负荷值可高达1380N以上，大大提高了切削油的减摩抗磨性能；

(2)本发明选用大量结构不同的植物油脂作为摩擦系数改进剂，利用长短碳链、正异结构具有不同的润滑性、抗氧性、倾点、相溶性的特性，使得产品具有润滑性好、抗氧性高、倾点低、溶解性好的综合性能，再者采用的植物油脂绿色环保、具有生物降解性，不仅对工人皮肤不会产生刺激性影响，也不会对环境造成污染；

(3)本发明采用Ⅱ级加氢石蜡基基础油作为基础油，此基础油具有较高的抗氧性和使用安全性，在使用过程中由于闪点高，不易挥发和着火，不易产生“黄袍”氧化粘附物而影响工件表面精度。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，本发明通过下列实施例进一步说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。

实施例1-6

实施例1-6均为本发明无硫磷氯切削油的一种实施方式，这些无硫磷氯切削油的组成如表1所示，制备方法均包括以下步骤：

(1)将触变剂加入到基础油中，搅拌0.5-2小时以混合均匀，得到第一混合物；

(2)将步骤(1)得到的第一混合物中加入减摩剂，搅拌1-3小时以混合均匀，得到第二混合物；

(3)将步骤(2)得到的第二混合物中依次加入摩擦系数改进剂、改性防锈剂、抗氧剂、分散剂、抗油雾剂，搅拌20-30min以混合均匀，即得所述无硫磷氯切削油；

其中所有搅拌的转速均为300-500rpm，所有操作均在室温下进行。

表1实施例1-6以及对比例1-2中切削油的组成/kg

对比例1-2

对比例1-2均涉及一种切削油，这些切削油的组成如表1所示。

实施例1-6以及对比例1所用的十二烯基丁二酸酯采用包括以下步骤的方法制备而成：按十二烯基丁二酸：环氧化合物＝1：1～1：2的摩尔比将十二烯基丁二酸和环氧化合物加入到反应釜中，搅拌均匀(搅拌器的功率为1～3KW，转速为100～200rpm)后加热至120～140℃，保温4小时，再升温至200～220℃，保温2～6小时，即得所述十二烯基丁二酸酯。

效果例

将实施例1-6、对比例1-2以及两种市售的切削油进行性能检测，各项技术指标检测结果见表2。

表2性能测试结果

由表2可以看出，实施例1-4的无硫磷氯切削油，闪点≥180℃，倾点≤-8℃，金属腐蚀性1a级，最大无卡咬负荷≥720N，湿热防锈试验(30天)：A级，具有优异的使用安全性、低温储存安定性、润滑性、金属保护性，综合性能优于市面常见的煤油和含硫磷氯切削油。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种无硫磷氯切削油，其特征在于，所述无硫磷氯切削油主要由以下重量份的组分组成：

其中，所述减摩剂为纳米氧化铝，所述触变剂为硅酸盐粘土，所述抗氧剂为辛基丁基二苯胺和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯。

2.根据权利要求1所述的无硫磷氯切削油，其特征在于，所述无硫磷氯切削油主要由以下重量份的组分组成：

3.根据权利要求1所述的无硫磷氯切削油，其特征在于，所述摩擦系数改进剂为棕榈油、妥尔油、蓖麻油、菜籽油、环氧大豆油、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、偏苯三酸三正壬酯、二（2-乙基）己酸-二缩三乙二醇酯、丙三醇三正壬酸酯、硬脂酸正丁酯、硬脂酸异辛酯、季戊四醇油酸酯中的至少一种；所述改性防锈剂为十二烯基丁二酸酯；所述分散剂为丁二酰亚胺型、聚异丁烯丁二酸酯和聚异丁烯丁二酰亚胺中的至少一种；所述抗油雾剂为聚异丁烯PB2400、PB450、PB350中的至少一种；所述基础油为Ⅱ类加氢石蜡基基础油。

4.根据权利要求3所述的无硫磷氯切削油，其特征在于，所述Ⅱ类加氢石蜡基基础油为60NⅡ类加氢石蜡基基础油、100NⅡ类加氢石蜡基基础油、150NⅡ类加氢石蜡基基础油中的至少一种。

5.根据权利要求1或4所述的无硫磷氯切削油，其特征在于，所述辛基丁基二苯胺和所述β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯的质量比为1:1；所述Ⅱ类加氢石蜡基基础油由质量比1.5:1的60N Ⅱ类加氢石蜡基基础油和150N Ⅱ类加氢石蜡基基础油组成。

6.根据权利要求3所述的无硫磷氯切削油，其特征在于，所述十二烯基丁二酸酯采用包括以下步骤的方法制备而成：按十二烯基丁二酸：环氧化合物=1：1～1：2的摩尔比将十二烯基丁二酸和环氧化合物加入到密闭容器中，搅拌均匀后加热至120～140℃，保温4小时，再升温至200～220℃，保温2～6小时，即得所述十二烯基丁二酸酯。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的无硫磷氯切削油的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将触变剂加入到基础油中，搅拌均匀，再加入减摩剂，搅拌均匀后依次加入摩擦系数改进剂、改性防锈剂、抗氧剂、分散剂、抗油雾剂，搅拌均匀，即得所述无硫磷氯切削油。

8.一种如权利要求1-6任一项所述的无硫磷氯切削油的应用，其特征在于，所述应用为将所述无硫磷氯切削油用于钕铁硼、铁氧体、蓝宝石、半导体材料、电子、陶瓷的加工。