CN111378520A - 一种含MoS2的水溶性微量润滑液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含MoS2的水溶性微量润滑液，按照重量百分比包含如下组分：纳米MoS2：2～20％，润滑剂：10～30％，分散剂：1～5％，表面活性剂：2～20％，消泡剂：0.05～0.5％，防腐剂：0.05～5％，除垢剂：0.05～5％，防锈剂：1～5％，余量为去离子水；纳米MoS2和纳米立方氮化硼的重量百分比之和为3～30％；纳米MoS2的粒径分布为20～150nm，平均粒径为50～80nm，比表面积为50～150m2/g；纳米立方氮化硼的粒径分布为50～200nm，平均粒径为70～80nm。本发明具有二硫化钼的粒径较小，且分布均匀，不容易形成沉淀以及造成堵塞等故障，能高效形成雾滴，润滑液中钼含量较高，润滑效果好的特点。

Description

一种含MoS2的水溶性微量润滑液
技术领域
本发明属于润滑液及润滑液添加剂技术领域，涉及一种含MoS2的水溶性微量润滑液；尤其适用于铸铁、钢和铝合金等的钻孔、铰孔、攻丝、深孔钻削、铝合金端面铣削等加工。
背景技术
微量润滑的概念首先由美国密歇根技术大学的W.D.Hewson和G.K.Gerow两位学者于1996年提出。微量润滑技术的应用，在国外一些工业强国始于20世纪90年代末，开始时仅局限在铸件加工领域，此后才逐渐扩展到钢件和铝制件等有色金属。
微量润滑是一种新兴的绿色制造技术，是在高压气体中混入微量的润滑剂，靠高压气体(4.0～6.5bar)混合雾化后进入高温切削区。可实现极微小量润滑剂取代大量切削液加工，因此避免了传统切削污染环境及大幅提高制造成本等弊端；是一种绿色的制造技术，可以避免切削液对环境的影响，同时改善切削加工时的润滑条件，减小了刀具、工件和切屑之间的磨损，降低刀具磨损，增加刀具寿命，有助于降低切削力、切削温度和刀具磨损。
微量润滑中润滑油以10～50μm的雾滴形式存在，而且在高速气流的带动下进入切削区域，相比于传统的切削液具有更好的渗透性，更容易在刀具与切屑之间形成润滑膜，从而降低切削温度、提高刀具寿命和改善加工表面质量。传统的浇注式供液方式磨削液用量为20～100L/h，而微量润滑的切削液的消耗量仅为30～100mL/h，微量润滑可以大大减少切削液的用量，可有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，防止粘结，延长刀具寿命，提高加工表面质量。此外，传统浇注式供液方式会产生大量污水，污水处理成本的持续增加与当今环保形势越来越严峻的条件下，其弊端愈发明显。
固体二硫化钼其摩擦系数小、对大多数金属具有较强的亲和力、屈服强度高、易于成膜、在多数溶剂中稳定等特点常作为固体润滑剂。但普通固体二硫化钼相比于纳米二硫化钼的粒径较大，很难跟随润滑油以形成雾滴，不适用于微量润滑中的润滑油，因此开发一种适用于微量润滑的含纳米MoS2的水溶性微量润滑液，具有广泛的价值。
发明内容
现有的含MoS2的润滑液的缺陷一般有：(1)二硫化钼的粒径较大，容易形成沉淀以及造成堵塞等故障；(2)添加于润滑剂中钼含量太低，效果不明显。本发明的目的在于提出一种含MoS2的水溶性微量润滑液，以解决上述技术的问题。
本发明提供如下技术方案：一种含MoS2的水溶性微量润滑液，按照重量百分比包含如下组分：
Figure BDA0002297795560000021
纳米MoS2的制备方法包括如下步骤：
(1)按摩尔比1：3-10将配制好的钼酸铵溶液和硫化铵溶液混合于三口烧瓶中，用95％乙醇作分散剂和表面活性剂；
(2)将放置于50-95℃的恒温水浴中，在连续搅拌条件下将盐酸滴入混合液中，使之均匀混合并充分反应；
(3)待反应结束后，过滤沉淀，得到棕色膏状沉淀物，再将沉淀物反复洗涤；
(4)用无水乙醇配成悬浊液，放入50-90℃干燥箱中干燥3-12h后，得到三硫化钼；
(5)将干燥所得三硫化钼研成细小的颗粒，装入坩埚中，然后将装有三硫化钼的坩埚放入管式电炉中，并在300-800℃条件下保温30-180min，并通入氢气脱硫，得到的样品为黑灰色固体二硫化钼粉体。
优选地纳米MoS2的制备方法包括如下步骤：
(1)按摩尔比1：5将配制好的钼酸铵溶液和硫化铵溶液混合于三口烧瓶中，用95％乙醇作分散剂和表面活性剂；
(2)将放置于90℃的恒温水浴中，在连续搅拌条件下将盐酸滴入混合液中，使之均匀混合并充分反应；
(3)待反应结束后，过滤沉淀，得到棕色膏状沉淀物，再将沉淀物反复洗涤；
(4)用无水乙醇配成悬浊液，放入60℃干燥箱中干燥6h后，得到三硫化钼；
(5)将干燥所得三硫化钼研成细小的颗粒，装入坩埚中，然后将装有三硫化钼的坩埚放入管式电炉中，并在500℃条件下保温60min，并通入氢气脱硫，得到的样品为黑灰色固体二硫化钼粉体。
使用上述优选地纳米MoS2的制备方法得到的纳米MoS2粉末的粒径分布为20～150nm，平均粒径为50～80nm，比表面积为50～150m2/g。实验表明，该粒径范围的纳米MoS2粉末适合用于，适合用于微量润滑的润滑剂，能够有效形成在10～50um的雾滴中。
所述水溶性微量润滑液还可以包含1～15％的纳米立方氮化硼，纳米立方氮化硼的粒径分布为50～200nm，平均粒径为70～80nm，纳米MoS2和纳米立方氮化硼的重量百分比之和为3～30％。优选地，纳米MoS2和纳米立方氮化硼的重量百分比之和为20～30％；更优选地，纳米MoS2和纳米立方氮化硼的重量百分比之和为20～25％。
六方氮化硼(h-BN)是一种性能优良的润滑剂添加剂，本发明的含MoS2的水溶性微量润滑液中也添加了纳米六方氮化硼粉末，可以选择市售产品。优选地，纳米六方氮化硼粉末粒径分布为50～200nm，平均粒径为70～80nm。与纳米MoS2粉末类似，纳米六方氮化硼粉末在润滑剂中也起到了润滑作用，并且纳米级的粒径大小也适合用于微量润滑，并形成在雾滴中。在润滑过程中润滑油中的六方氮化硼可以和纳米MoS2颗粒形成协同作用，提高润滑效果。实验结果表明，在润滑油中同时存在纳米MoS2和纳米立方氮化硼固体润滑剂的效果要优于只包含单一组分同含量的纳米MoS2和纳米立方氮化硼润滑油。
本发明的含MoS2的水溶性微量润滑液的具体制备方法包含如下步骤：
(1)用电子天平称取所需的润滑剂、分散剂、表面活性剂，放入所需量的去离子水中，将上述溶液加热到80℃，恒温搅拌30分钟；
(2)在搅拌过程中依次加入所需量的纳米MoS2粉末和纳米立方氮化硼粉末；
(3)搅拌结束后加入所需量的消泡剂、防腐剂、除垢剂、防锈剂，常温搅拌10分钟；最终得到的溶液即为所需的含MoS2的水溶性微量润滑液。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述润滑剂为聚乙二醇、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、嵌段聚醚、脂肪酸聚醚酯、脂肪酸酰胺中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
优选地，所述润滑剂为聚乙二醇或者脂肪酸聚醚酯的一种或两种以上任意比例的混合物。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，分散剂为所述苯胺低聚物和/或苯胺低聚物衍生物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。具体地可以包括苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体和苯胺六聚体中的任意一种或任意一种的衍生物；优选地，所述苯胺低聚物衍生物包括含苯胺低聚物的小分子化合物。而目前现有技术中常用的分散剂多为聚乙烯月桂酸酯、丙烯酸聚乙二醇共聚物、油酸聚氧乙烯酯、聚乙二醇双硬脂酸酯或椰子油酸聚氧乙烯酯的任意一种或两种以上任意比例的混合物。本发明使用的苯胺低聚物和/或苯胺低聚物衍生物分散剂能够通过物理作用与纳米二硫化钼和纳米立方氮化硼结合，从而使得纳米二硫化钼和纳米立方氮化硼能够更加稳定和均匀地分散于水溶性微量润滑液内，提高润滑液体系的稳定性。同时本发明使用的苯胺低聚物和/或苯胺低聚物衍生物分散剂还能够提高纳米二硫化钼在水溶性微量润滑液中的溶解度。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸皂、吐温-80的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
优选地，所述表面活性剂氟碳表面活性剂。氟碳表面活性剂为非离子表面活性剂，在极低应用浓度下便能显著降低水溶液的表面张力，具有极高的表面活性和优异的润湿性和流平性，能有效降低了润滑液的表面张力从而大大提高粘附性，从而能够使润滑液对刀具与工件进行高效的覆盖和包裹，提高润滑效果。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述消泡剂为含有烷基改性硅油、聚醚改性硅油、烷基和聚醚共改性硅油中的至少一种的改性硅油。所述消泡剂还含有硅脂和乳化剂。将硅油、聚醚或/和烯烃进行偶联反应后得到的改性硅油，可以增强消泡剂的消泡和抑泡性能；消泡剂中的乳化剂等可以增强消泡剂的相容性能和稳定性能；能满足金属切削加工液在金属切削加工过程中高转速高放热的润滑和冷却等苛刻工况要求。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述防腐剂为1，3，5-三(2-羟乙基)-六氢-三嗪或1,2-苯并异噻唑-3-酮。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述除垢剂为石油磺酸盐，可以是石油磺酸钠或者石油磺酸钙。
本发明所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其中，所述防锈剂选自乙醇酸、乳酸、甘油酸、葡糖酸、水杨酸、2-羟基异丁酸、3-羟基丁酸、4-羟基丁酸、2-羟基-正丁酸、2-羟基己酸、3-羟基己酸、4-羟基己酸、5-羟基己酸、6-羟基己酸、2-羟基戊酸、3-羟基戊酸、油酸、异辛酸、4-羟基戊酸、羟基丙基磺酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、2,3-二甲基戊二酸、二甘醇酸、2,5-降莰烷二羧酸、三元聚羧酸的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果是：
(1)二硫化钼的粒径较小，且分布均匀，不容易形成沉淀以及造成堵塞等故障，能高效形成雾滴；
(2)苯胺低聚物类分散剂能够通过物理作用与纳米二硫化钼和纳米立方氮化硼结合，能提高纳米二硫化钼在水溶性微量润滑液中的溶解度，提高润滑液体系的稳定性。
(3)使用氟碳表面活性剂能显著降低水溶液的表面张力，能有效降低了润滑液的表面张力从，从而能够使润滑液对刀具与工件进行高效的覆盖和包裹，提高润滑效果。
(4)润滑剂中钼含量较高，润滑效果好。
具体实施方式
为了对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1-10通过以如下表1所示的各组分质量百分比来制备含MoS2的水溶性微量润滑液。
表1实施例1-10的各MoS2的水溶性微量润滑液的各组分质量百分比
Figure BDA0002297795560000061
Figure BDA0002297795560000071
Figure BDA0002297795560000081
实施例1
本发明提供一种含MoS2的水溶性微量润滑液，包含按照上述表1中实施例1的重量百分比的各组分。
其中，纳米MoS2的制备方法包括如下步骤：
(1)按摩尔比1：5将配制好的钼酸铵溶液和硫化铵溶液混合于三口烧瓶中，用95％乙醇作分散剂和表面活性剂；
(2)将放置于90℃的恒温水浴中，在连续搅拌条件下将盐酸滴入混合液中，使之均匀混合并充分反应；
(3)待反应结束后，过滤沉淀，得到棕色膏状沉淀物，再将沉淀物反复洗涤；
(4)用无水乙醇配成悬浊液，放入60℃干燥箱中干燥6h后，得到三硫化钼；
(5)将干燥所得三硫化钼研成细小的颗粒，装入坩埚中，然后将装有三硫化钼的坩埚放入管式电炉中，并在500℃条件下保温60min，并通入氢气脱硫，得到的样品为黑灰色固体二硫化钼粉体。
使用上述优选地纳米MoS2的制备方法得到的纳米MoS2粉末的粒径分布为20～150nm，平均粒径为50～80nm，比表面积为50～150m2/g。
纳米六方氮化硼粉末粒径分布为50～200nm，平均粒径为70～80nm；为市售产品。
本发明的含MoS2的水溶性微量润滑液的具体制备方法包含如下步骤：
(1)用电子天平称取所需的润滑剂、分散剂、表面活性剂，放入所需量的去离子水中，将上述溶液加热到80℃，恒温搅拌30分钟；
(2)在搅拌过程中依次加入所需量的纳米MoS2粉末和纳米立方氮化硼粉末；
(3)搅拌结束后加入所需量的消泡剂、防腐剂、除垢剂、防锈剂，常温搅拌10分钟；最终得到的溶液即为所需的含MoS2的水溶性微量润滑液。
实施例2-10
实施例2-10中各含MoS2的水溶性微量润滑液，包含上述表1中实施例2-10的重量百分比的各组分，并且使用的纳米MoS2制备方法、水溶性微量润滑液的制备方法与实施例1一致。
针对实施例1-10的含MoS2的水溶性微量润滑液进行物理特性的测定的方法、程序，以及评价按照标准GB/T6144-2010进行，结果见表2。
表2实施例1-10的各MoS2的水溶性微量润滑液的物理性质评价结果
Figure BDA0002297795560000101
根据上述实验数据，实施例1-7中的水基切削液的外观、消泡性、表面张力、防锈性等均符合GB/T6144-2010的国家标准。
综上所述，本发明提供的含MoS2的水溶性微量润滑液，具有二硫化钼的粒径较小，且分布均匀，不容易形成沉淀以及造成堵塞等故障，能高效形成雾滴；润滑剂中钼含量较高，润滑效果好的特点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，按照重量百分比包含如下组分：纳米MoS2：2～20％，润滑剂：10～30％，分散剂：1～5％，表面活性剂：2～20％，消泡剂：0.05～0.5％，防腐剂：0.05～5％，除垢剂：0.05～5％，防锈剂：1～5％，余量为去离子水；
其中，纳米MoS2的粒径分布为20～150nm，平均粒径为50～80nm，比表面积为50～150m2/g。
2.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述纳米MoS2的制备方法包括如下步骤：(1)按摩尔比1：3-10将配制好的钼酸铵溶液和硫化铵溶液混合于三口烧瓶中，用95％乙醇作分散剂和表面活性剂；(2)将放置于50-95℃的恒温水浴中，在连续搅拌条件下将盐酸滴入混合液中，使之均匀混合并充分反应；(3)待反应结束后，过滤沉淀，得到棕色膏状沉淀物，再将沉淀物反复洗涤；(4)用无水乙醇配成悬浊液，放入50-90℃干燥箱中干燥3-12h后，得到三硫化钼；(5)将干燥所得三硫化钼研成细小的颗粒，装入坩埚中，然后将装有三硫化钼的坩埚放入管式电炉中，并在300-800℃条件下保温30-180min，并通入氢气脱硫，得到的样品为黑灰色固体纳米二硫化钼粉体。
3.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，其具体制备方法包含如下步骤：(1)用电子天平称取所需的润滑剂、分散剂、表面活性剂，放入所需量的去离子水中，将上述溶液加热到80℃，恒温搅拌30分钟；(2)在搅拌过程中依次加入所需量的纳米MoS2粉末和纳米立方氮化硼粉末；(3)搅拌结束后加入所需量的消泡剂、防腐剂、除垢剂、防锈剂，常温搅拌10分钟；最终得到的溶液即为所需的含MoS2的水溶性微量润滑液。
4.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述润滑剂为聚乙二醇、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、嵌段聚醚、脂肪酸聚醚酯、脂肪酸酰胺中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述分散剂为所述苯胺低聚物或苯胺低聚物衍生物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸皂、吐温-80的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述消泡剂为含有烷基改性硅油、聚醚改性硅油、烷基和聚醚共改性硅油中的至少一种的改性硅油。
8.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述防腐剂为1，3，5-三(2-羟乙基)-六氢-三嗪或1,2-苯并异噻唑-3-酮。
9.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述水溶性微量润滑液还可以包含1～15％的纳米立方氮化硼，纳米立方氮化硼的粒径分布为50～200nm，平均粒径为70～80nm，且纳米MoS2和纳米立方氮化硼的重量百分比之和为3～30％。
10.根据权利要求1所述的含MoS2的水溶性微量润滑液，其特征在于，所述防锈剂选自乙醇酸、乳酸、甘油酸、2-羟基-正丁酸、2-羟基己酸、3-羟基己酸、4-羟基己酸、5-羟基己酸、6-羟基己酸、2-羟基戊酸任意一种或两种以上任意比例的混合物。
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