CN112280608B

CN112280608B - 纳米铜在切削液中的应用

Info

Publication number: CN112280608B
Application number: CN201910666592.3A
Authority: CN
Inventors: 赵阳; 张俊; 刘德秀; 范浪归; 范成力
Original assignee: Francool Technology Shenzhen Co ltd
Current assignee: Francool Technology Shenzhen Co ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: CN112280608A; WO2021012753A1; US11739285B2; US20220145210A1

Abstract

本发明提供一种所述纳米铜在切削液中的应用，所述纳米铜为具有有机长碳链、可自分散的纳米铜，由长碳链有机物包覆铜金属表面，所述长链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物。本发明将纳米铜替代功能性添加剂，包括防腐剂、防锈剂、杀菌剂、抗压剂、润滑剂中的一种或几种，解决了现有技术中切削液不能同时具备高效的防腐蚀、防锈、抗压、润滑及杀菌性能，以及添加的添加剂种类、剂量较多、成本高，选择受限的技术问题。

Description

纳米铜在切削液中的应用

技术领域

本发明属于纳米铜材料技术领域，具体涉及纳米铜在切削液中的应用。

背景技术

金属切削液在金属切削、磨削加工过程中具有相当重要的作用。选用合适的金属切削液，能降低切削温度60～150℃，降低表面粗糙度，1～2级，减少切削阻力15～30％，成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命。并能把铁屑和灰末从切削区冲走，从而提高了生产效率和产品质量。故它在机械加工中应用极为广泛。

金属切削液可以分为非水溶性切削液和水溶性切削液两大类。通常应具备以下几方面的作用：

冷却作用，在工件切削加工过程中，能及时而迅速的降低切削区的温度，即降低通常因摩擦引起的温升；冷却也影响切削效率，切削质量及刀具寿命。

润滑作用，能减少切削刀具与工件间摩擦。润滑液能浸润到刀具与工件及其切屑之间，减少摩擦和粘结，降低切削阻力，保证切削质量，延长刀具寿命。

洗涤作用，使切屑或磨料粒子被冲洗而离开刀具和工件的加工区，以防它们相互粘结及粘附在工件、刀具和机床上妨碍后续加工。

防锈作用，应有一定的防锈性能，防止工件和机床生锈。

上述的冷却、润滑、洗涤、防锈四个性能不是完全孤立的，它们有统一的方面，又有对立方面。如非水溶性切削液的润滑、防锈性能较好，但冷却、清洗性能差；水溶性切削液的冷却、洗涤性能较好，但润滑和防锈性能差。

近几年，金属切削液逐渐向水溶性方向发展，水溶性切削液主要分为半合成切削液、全合成切削液和乳化型切削液。其中，半合成切削液逐渐兴起，成为铝、镁等合金加工领域的新主流。该类切削液对不同零件在同一台设备中进行混流加工，可完成车、钻、铣、磨、镗、铰等各种切削工序。但目前半合成切削液产品依然面临大规模产业化的难题。

现有半合成切削液面临的主要挑战包括：(1)合金的防腐蚀与防锈问题，现有技术中所选用的防锈剂主要有单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、硼酸、石油磺酸钠、烷基亚磷酸；(2)合金切削液体系的润滑性问题，现有技术中选用的润滑剂以聚醚为主(3)合金切削液的抗菌问题，现有技术中选用的杀菌剂包括三嗪、吗啉、塞唑啉酮等。

现有技术的半合成切削液中，一般防锈剂的添加量达到10％至15％之间，润滑剂的添加量达到5％至10％之间。尽管杀菌剂本身的添加量不大，通常为1％上下，但是由于杀菌剂本身成本较高，且会随使用时间增长而被不断消耗且需反复添加，导致其实际添加量也较为可观。作为一种高效的防锈剂，烷基亚磷酸的添加量可以降低到1％至2％左右，但是该防锈剂高昂的价格则大大限制了其使用场景的拓展。

相对于半合成切削液与全合成切削液，乳化型切削液配方通常含有较高比例(50％-80％)的矿物油。与水混合以后使用，乳化型切削液可以兼顾非水性切削液的润滑性与水性切削液的良好导热性。但仍需考虑耐极压、润滑、抗菌与防锈性能。因而在配制时，仍存在上述半合成切削液配制上的添加剂问题。

此外，目前市场上的添加剂品类比较单一，所有切削液配方均受制于添加剂种类非常有限的选择。受到国际市场波动和贸易争端的影响，这些添加剂的价格和供应量也在不断波动，因而给行业带来更大的不确定性。

金属纳米粒子是指组分相在形态上被缩小至纳米程度(5～100nm)的金属颗粒，这种新型纳米材料，其化学成键结构不同于化学成分相同的金属粒子。自德国人Gleiter H于1984年首次制备出6nm的铁纳米粒子以来，世界上对纳米金属的研究蓬勃开展，并取得了很大的进展。其中纳米铜材料的研究也早有起步，其可以充当催化剂、制备“超塑”钢、制备气体传感器、以及用作固体润滑剂等。

目前为止，纳米铜的制备主要局限于固体纳米铜粉末。由于纳米铜粉(10～100nm)具有尺寸小、比表面积大、电阻小及量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点,其还拥有与常规材料不同的一些新特性，近年来有关纳米铜粉的制备、性能及应用的研究在国内外一直受到广泛的关注。

纳米铜粉末具有很多应用，包括：1、纳米铜粉用于固体润滑剂，纳米铜粉以适当方式分散于各种润滑油中可形成一种稳定的悬浮液,这种油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒，它们与固体表面相结合，形成一个光滑的保护层，同时填塞微划痕，从而大幅度降低摩擦和磨损，尤其是在重载、低速和高温振动条件下的作用更为显著；2、纳米铜粉用于导电材料，纳米铜粉导电率高,可用于制造导电浆料(导电胶、导磁胶等),导电浆料在工业中广泛用于制作导电布、导电封带、导电材料的连接胶等，纳米铜粉对微电子器件的小型化起着重要的作用；3、纳米铜粉用于制造纳米铜材料，采用新的工艺合成出高密度、高纯度的纳米铜，晶粒尺寸仅有30nm,是常规铜的几十万分之一，进一步的冷轧实验发现其室温下的超塑延展性，纳米铜在室温下可变形达50多倍而没有出现裂纹，有关论文发表于2000年2月25日《Science》杂志；P.G Sanders等人得到了纳米铜材(晶粒尺寸10～110nm)的拉伸力学性能，发现其屈服强度是一般退火铜(晶粒尺寸20μm)的10倍(～300MPa)，延伸率也可达到8％以上；这表明铜纳米化后其强度和塑性有明显的改善，这对材料的精细加工、微型机械制造有着重要的价值。除上述应用之外，纳米铜粉还在改性酚醛树脂、作为治疗骨质疏松、骨质增生等药物调价材料、航空领域等呈现较高的应用价值。

就纳米铜粉末在润滑领域的应用而言，仍存在因其分散性差而受到极大限制的问题。现有技术中，制备纳米铜粉润滑油添加剂的常用方法是先制备出纳米铜粉，然后再将纳米铜粉添加到润滑油中制得，但是当纳米铜颗粒添加到润滑油中，因其粒度小、表面能高，颗粒之间存在吸引力，自动聚集的倾向很大，极易发生团聚，这种团聚即使在润滑油中被强行分散，颗粒之间也会在相互碰撞时再次团聚，从而发生聚沉。而颗粒一旦发生团聚、沉淀或变性，就不再具有原有特性，同时还可能对基于油润滑设计的机械系统造成负面影响。

如现有中国专利申请号为201810835770.6、发明名称为“一种抗磨型纳米铜润滑油”，具体公开了一种抗磨型纳米铜润滑油的制备方法，该方法利用纳米铜无水乙醇悬浮液与基础润滑油之间的互溶性使纳米铜均匀分散在基础润滑油中，并结合非离子表面活性剂降低基础润滑油表面张力，阻止纳米铜颗粒团聚，提高了纳米铜的悬浮稳定性，从而提高了纳米铜润滑油的抗磨性能。该发明依然局限于通过分散纳米铜粉末的方法实现纳米铜的应用。尽管添加非离子表面活性剂可以在一定时间内改善纳米铜的分散性能，但是这种方法无法避免长时间后纳米铜的聚集和沉降。且该发明所述的应用场景为润滑油油性体系，这与切削液的水性乳化体系有着很大的不同

现有中国专利申请号为201611157432.9、发明名称为“一种纳米铜润滑微乳化切削液”，具体公开了一种纳米铜润滑微乳化切削液的制备方法，该方法中加入的纳米金属铜粉具有良好的润滑减磨作用，但直接加到水基切削液中容易聚合且不容易分散，无法达到优良的减磨效果，还需利用化学氧化合成法将聚苯胺原位生成在纳米铜的表面，使其在水基切削液中达到可用的分散性和稳定性。但是该方法太过繁琐，需要先制备纳米铜粉末，然后再原位生成聚苯胺来进行包覆，这使得切削液的生产更加复杂且难以控制。同时，切削液体系的应用场景中具有长期高强度剪切力的重要因素，该作用力足以在短时间内将聚苯胺等聚合物剪切成更小的分子片段而使得聚合物失活，并进一步的在切削液体系中引入苯胺等有致癌毒性的小分子片段，大大降低切削液的使用寿命，危害工人健康。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种真正具备商业应用价值的纳米铜在切削液中的应用，将具有有机长碳链的可自分散的纳米铜替代功能性添加剂，包括防腐剂、防锈剂、杀菌剂、抗压剂、润滑剂中的一种或几种，解决现有技术中纳米铜难以稳定的存在于切削液中，以及现有切削液不能同时具备高效的防腐蚀、防锈、抗压、润滑及杀菌性能，以及添加的添加剂种类、剂量较多、成本高，选择受限的技术问题。

本发明提供了一种纳米铜在切削液中的应用，所述纳米铜为具有有机长碳链、可自分散的纳米铜。

优选的，所述纳米铜为长碳链有机物包覆铜金属表面，所述长碳链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物,且其长碳链的碳数大于8，所述切削液为水性切削液。

优选的，所述纳米铜在切削液中的质量百分比为1％～10％，所述纳米铜为膏体，纳米铜粒径为10～50nm。

优选的，所述纳米铜替代切削液中功能性添加剂的部分或全部，所述功能性添加剂包括防腐剂、防锈剂、杀菌剂、抗压剂、润滑剂中的一种或几种。

优选的，所述切削液为水性铝合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

优选的，所述切削液为水性镁合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

优选的，所述切削液为乳化型切削液，包括如下质量百分比的组分：

有益效果：

本发明提供的纳米铜在切削液中的应用，所述纳米铜具有有机长碳链、可自分散，可稳定在切削液中；对于水性的乳化型切削液，甚至全合成水溶性切削液，本发明纳米铜都能够直接地、稳定地、均匀地分散于其中，并且替代传统切削液配方中的功能性添加剂，包括防腐剂、防锈剂、杀菌剂、抗压剂、润滑剂中的一种或几种，一方面使得切削液同时具备高效的防腐蚀、防锈、抗压、润滑及杀菌性能，另一方面大大简化了切削液的配方体系，降低了生产成本，简化了生产步骤。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例1纳米铜切削液原液与纳米铜切削液5％水溶液的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

本说明书中所采用的试剂，除特殊说明外，均为市售产品。

本发明提供的具有有机长碳链可自分散纳米铜在切削液中的应用，所述纳米铜在切削液中的质量百分比为1～10％，优选2～5％。其中，所述纳米铜为长碳链有机物包覆金属铜表面，所述长链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物。

其中，具有有机长碳链可自分散纳米铜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将铜源与水混合，得到铜源溶液，将所述铜源溶液置于氮气、氩气、或者空气气氛中，进行加热，加热至40℃～75℃，优选50℃～65℃，进一步优选为55℃；铜源水溶液选自五水硫酸铜、氯化铜、溴化铜、醋酸铜、硝酸铜、乙酰丙酮铜水溶液中的任一种或多种。

步骤2：向步骤1加热后的铜源溶液中加入还原剂进行反应，得到还原铜源溶液；还原剂选自水合肼、次磷酸钠(NaH₂PO₂)、硼氢化钠、抗坏血酸(维生素C)和抗坏血酸钠中的任一种或多种。

步骤3：将所述二烷基二硫代磷酸包覆剂与有机溶剂进行混合，得到包覆剂溶液；有机溶剂选自石油醚60-90、二氯甲烷、三氯甲烷、戊烷、乙酸乙酯、乙醚、四氯化碳、苯、甲苯、二甲苯、基础油中的任一种或多种。

步骤4：将所述包覆剂溶液加入到所述还原铜源溶液中进行反应，得到纳米铜混合物。

在步骤1开始前，先制备HDDP包覆剂：将碳基醇类化合物与五硫化二磷进行反应，得到二烷基二硫代磷酸包覆剂。本实施例中，碳基醇类化合物与五硫化二磷的摩尔比可以根据实际需要进行选择，优选的，所述碳基醇类化合物与五硫化二磷的摩尔比为2:1～8:1。所述碳基醇类化合物可以为脂肪醇和芳香醇，优选碳基醇类化合物为饱和脂肪醇中的至少一种，例如乙醇、异丙醇、异辛醇、癸醇、正十二烷基醇、十二烷基异构醇中的一种或几种。

其中，铜源与二烷基二硫代磷酸包覆剂的摩尔比可以根据具体需要进行调整，优选的，所述铜源与二烷基二硫代磷酸包覆剂的摩尔比为1:5～5:1。，优选的，所述铜源与还原剂的摩尔比为1:20～20:1。

还可进一步包括：将所述纳米铜混合物进行分液处理，去除下层的水相，得到上层的油相；将所述油相进行离心处理，得到上层清液；将所述上层清液进行浓缩处理，得到纳米铜膏体。所得纳米铜的粒径，经纳米粒径检测仪测定为10～50nm；经热重分析仪测定纳米铜制剂中纯铜的质量比为20％～25％。

本发明提供的水性铝合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：纳米铜1～10％，优选2～5％，T22环烷基油20～30％，优选22～25％，油酸钾2～10％，优选4～6％，三乙醇胺3～8％，优选4～6％，油醇聚氧乙烯醚3～8％，优选4～6％，甲基二乙醇胺1～6％，优选3～5％，硼酸1～6％，优选3～5％，油酸1～5％，优选2～3％，耦合剂0.5～1％，异丙醇胺0.5～2％，优选0.5～1％，苯并三氮唑0.1～1％，优选0.4～0.6％，消泡剂0.04～0.06％，水补足至100％。

将具有有机长碳链可自分散纳米铜可以直接应用于铝合金切削液的调配，并可以作为多功能添加剂同时替代防锈剂(烷基亚磷酸)，润滑剂(聚醚)，以及杀菌剂，显著降低切削液生产的成本。

本发明提供的所述切削液为水性镁合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：纳米铜1～10％，优选2～5％，T22环烷基油25～35％，优选30～35％，石油磺酸钠8～15％，优选10～12％，阴离子螯合剂2～10％，优选5～8％，混合醇胺5～10％，优选5～8％，油醇聚氧乙烯醚2～5％，优选2～4％，脂肪醇聚氧乙烯醚2～5％，优选2～4％，妥尔油3～5％，耦合剂5～10％，优选6～8％，杀菌剂0.5～2％，优选0.5～1％，苯并三氮唑0.4～0.6％，消泡剂0.04～0.06％，水补足至100％。

将具有有机长碳链可自分散纳米铜直接应用于镁合金切削液的调配，彻底替代传统二元羧酸作为防腐蚀添加剂。同时，引入纳米铜之后还为切削液体系带来了额外的润滑作用与杀菌作用，进一步减少了其他添加剂的配比，降低了配方的成本。

本发明提供的所述切削液为乳化型切削液，包括如下质量百分比的组分：纳米铜1～10％，优选2～5％，T22环烷基油50～70％，优选65～70％，石油磺酸钠5～10％，优选7～9％，油酸4～6％，三乙醇胺1～3％，优选1～2％，一乙醇胺1～3％，优选1～2％，脂肪醇聚氧乙烯醚1～3％，优选1～2％，二乙二醇丁醚0.5～2％，优选0.5～1％，硼酸1～3％，优选1～2％，混合二元酸(C10-C12)0.1～1％，司盘80 2～5％，优选2～3％，杀菌剂0.5～2％，优选0.5～1％，苯并三氮唑0.1～1％，优选0.2～0.5％，消泡剂0.01～0.1％，优选0.04～0.06％，水补足至100％。

将具有有机长碳链可自分散纳米铜直接应用于乳化型切削液的调配，作为多功能添加剂同时替代抗压剂(石油磺酸钠)，润滑剂(聚醚、司盘80)，以及杀菌剂，显著降低切削液生产的成本。

本发明制得的纳米铜物种在切削液中的稳定分散性得益于两个主要因素：第一、在纳米铜制备过程中引入了大量的包覆剂，纳米铜形成以后与包覆剂结合生成稳定的纳米铜团簇，由于团簇的质量主体为包覆剂，所以团簇主要体现出包覆剂分子的物理特性，而不是裸露纳米铜粉末的物理性质；第二、切削液体系通常为混合体系，包含大量的表面活性剂分子，这些分子的存在使得被包覆的纳米铜团簇能够很好的分散在乳化液的微乳泡(micelle)或者直接溶解于水中，而不至于形成独立的油层或者沉降物，如果只是简单添加裸露纳米铜粉末，这种分散作用就会因为铜粉表面缺乏有效作用力和作用位置而很难奏效。

实施例1

本实施例为一种水性铝合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

其中，本实施例中具有有机长碳链可自分散的纳米铜制备方法如下：

先制备HDDP包覆剂：在250mL的单口烧瓶中加入碳基醇类化合物和五硫化二磷，在单口烧瓶的瓶口塞上塞子，并连接导气管，在搅拌条件下将反应混合物升温至80℃，并保温3h，反应释放的硫化氢气体通过导气管通入硫酸铜水溶液中。反应完成后去除反应体系中残留的固体，得到透明淡黄色液体，即为二烷基二硫代磷酸包覆剂。本实施例中，反应产生的硫化氢气体也可以通过氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化钙水溶液或乳浊液等碱性体系进行吸收。也可以采用燃烧或者氧化的办法，将硫化氢气体转化为二氧化硫，再另行吸收。

步骤1：在一个500mL的烧杯中加入铜源和水，使铜源在水中充分溶解，得到铜源溶液，将所述铜源溶液倒入反应釜中，然后关闭反应釜；对反应釜进行通氮气，并将反应体系升温至55℃；

步骤2：向反应釜中加入还原剂，在搅拌条件下反应10min；

步骤3：将二烷基二硫代磷酸包覆剂与有机溶剂以终浓度为0.1mol/L至0.9mol/L进行混合，得到包覆剂溶液；

步骤4：将所述包覆剂溶液加入到反应釜中，反应2h，停止搅拌和加热；

步骤5：得到纳米铜混合物。

还进一步包括步骤6：从反应釜中倒出纳米铜混合物，用分液漏斗进行分液，除去下层水相，得到上层的油相；将得到的油相进行离心，除去较大的铜粉颗粒，得到上层清液；将上层清液进行旋蒸，去除溶剂，得到纳米铜膏体。对上层清液进行提纯时，还可以采用减压蒸馏或常压蒸馏的方式进行。

将上述制得的纳米铜直接应用于铝合金切削液的调配，并可以作为多功能添加剂同时替代防锈剂(烷基亚磷酸)，润滑剂(聚醚)，以及杀菌剂，显著降低切削液生产的成本。如图1所示，左侧为纳米铜切削液原液，右侧为纳米铜切削液5％水溶液，呈微乳化半透明状态。

本实施例还提供一不添加纳米铜的参考例1作为对比，配方如下表1。

表1参考例配方

	参考例1切削液(无纳米铜)
		添加剂	含量(质量比％)
硼酸	3
		混合二元酸(C10-C12)	2
油酸钾	5.8
		苯并三氮唑	0.5

异丙醇胺	0.8
		三乙醇胺	5.5
甲基二乙醇胺	3.5
		水	36.35
氯化石蜡(C14-C17)	4
		油醇聚氧乙烯醚	5.5
油酸	2
		耦合剂	2
杀菌剂	2
		T22环烷基油	24
纳米铜	0
		消泡剂	0.05
合计	100

对本实施例1的纳米铜切削液和参考例无纳米铜切削液进行防锈测试，如下表2所示。

表2实施例1纳米铜切削液和参考例无纳米铜切削液测试对比

结果表明，本实施例1切削液，纳米铜的加入保证了对铝合金防锈效果不降低的情况下，代替了价格高昂的烷基亚磷酸。同时，其显著的润滑和杀菌特性，也使得切削液不再需要聚醚和其他杀菌剂，因而大大简化了切削液的配方体系，降低成本的同时，也简化了生产步骤。对本实施例切削液还进行了沉降实验，测试结果显示6个月后仍无沉淀产生，可见本实施例水性铝合金半合成切削液中纳米铜长期、稳定、均匀的分散在其中。

本实施例应用的纳米铜之所以具有对铝合金高效的防腐蚀性能，是因为如下原因：

纳米铜的包覆剂是由长有机碳链的二硫代磷酸酯构成的，二硫代磷酸酯本身具有对于铝合金表面非常高效的结合能力，进而使得铝合金表面被包覆剂分子覆盖，与水隔离。

纳米铜膏体中的纳米铜团簇在铝合金加工过程中可以有效沉积在铝合金表面，使得合金表面与水产生第二道隔离层，进一步增强了防腐蚀的性能。

而纳米铜对于铝合金切削液润滑性的提升，则是因为：

二硫代磷酸酯本身具有对于铝合金表面非常高效的结合能力，形成耐极压油膜，从而在铝合金表面产生润滑能力。二硫代磷酸酯与钢制刀具在加工过程中发生化学反应，生成硫化铁膜，使得刀具表面产生相当的抗极压和润滑性能。纳米铜的抗菌能力则得力于纳米铜团簇本身的杀菌能力。尽管纳米铜团簇表面被二硫代磷酸酯包覆，但是该效应具有可逆性。在加工过程中少量包覆剂分子游离出来，使得纳米铜团簇的表面裸露出来，产生抗菌能力。

实施例2

本实施例为一种水性镁合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

本实施例中具有有机长碳链可自分散的纳米铜制备方法与实施例1中一致，不同之处如下：

步骤1中，所述碳基醇类化合物为65％摩尔百分比的正十二烷基醇、20％摩尔百分比的异辛醇、15％摩尔百分比的乙醇所构成的混合物，总质量为53.9g(350mmol)，五硫化二磷的用量为22.2g(100mmol)，混合醇与五硫化二磷的摩尔比为3.5:1，步骤1最终得到二烷基二硫代磷酸混合物。

步骤2中，铜源为五水硫酸铜，用量为37.4g(150mmol)，溶解五水硫酸铜的水为200mL，还原剂为80％水合肼，用量为120mL(约2mol)，二烷基二硫代磷酸混合物的用量为48g(120mmol)，五水硫酸铜与还原剂的摩尔比为3:40；五水硫酸铜与二烷基二硫代磷酸的摩尔比为5:4，有机溶剂为石油醚60-90，用量为250mL。

将上述制得的纳米铜直接应用于镁合金切削液的调配，彻底替代传统二元羧酸作为防腐蚀添加剂。同时，引入纳米铜之后还为切削液体系带来了额外的润滑作用与杀菌作用，进一步减少了其他添加剂的配比，降低了配方的成本。本实施例还提供一不添加纳米铜的参考例2作为对比，配方如下表3。

表3参考例配方

添加剂

含量(质量比％)

阴离子螯合剂	6
		苯并三氮唑	0.5
混合醇胺	6.5
		水	22
石油磺酸钠	11
		油醇聚氧乙烯醚	3.5
脂肪醇聚氧乙烯醚	3.5
		耦合剂	8
杀菌剂	2
		妥尔油	4
T22环烷基油	32.95
		纳米铜	0
消泡剂	0.05
		合计	100

对本实施例2的切削液和参考例无纳米铜切削液进行防锈测试，如下表4所示。

表4实施例2切削液和参考例无纳米铜切削液测试对比

结果表明，本实施例2切削液，纳米铜的加入使得镁合金切削液中的添加配比可以降低至极具成本优势的1％左右，这与15％的二元羧酸添加比形成了鲜明的对比，充分展示了这种纳米铜在镁合金防腐蚀作用上的高效，以及由它配制的切削液的低成本。对本实施例切削液还进行了沉降实验，测试结果显示6个月后仍无沉淀产生，可见本实施例水性铝合金半合成切削液中纳米铜长期、稳定、均匀的分散在其中。

本实施例应用的纳米铜之所以具有对镁合金高效的防腐蚀性能，是因为如下原因：

纳米铜的包覆剂是由长有机碳链的二硫代磷酸酯构成的。二硫代磷酸酯本身具有对于镁合金表面非常高效的结合能力，进而使得镁合金表面被包覆剂分子覆盖，与水隔离。

纳米铜膏体中的纳米铜团簇在镁合金加工过程中可以有效沉积在镁合金表面，使得合金表面与水产生第二道隔离层，进一步增强了防腐蚀的性能。

在加工过程中，镁金属会与硫代磷酸发生反应，生成少量的硫代磷酸镁，沉积在金属表面，从而形成第三道隔离层。因为长碳链纳米铜对于镁合金的高防腐蚀性，镁合金切削液中对该成分的需求量被大大降低，进而显著降低了切削液的整体成本。另一方面，因为纳米铜的润滑作用和杀菌作用，其他相关添加剂的配比也被缩小，这也是配方成本下降的原因之一。

实施例3

本实施例为一种乳化型切削液，包括如下质量百分比的组分：

步骤1中，所述碳基醇类化合物为异辛醇，用量为45.5g(350mmol)，五硫化二磷的用量为22.2g(100mmol)，异辛醇与五硫化二磷的摩尔比为3.5:1，步骤1最终得到二(2-乙基己基)二硫代磷酸。

步骤2中，铜源为五水硫酸铜，用量为37.4g(150mmol)，溶解五水硫酸铜的水为200mL，还原剂为80％水合肼，用量为120mL(约2mol)，二(2-乙基己基)二硫代磷酸的用量为42.5g(120mmol)，五水硫酸铜与还原剂的摩尔比为3:40；五水硫酸铜与二(2-乙基己基)二硫代磷酸的摩尔比为5:4，有机溶剂为石油醚60-90，用量为250mL。

将上述制得的纳米铜直接应用于乳化型切削液的调配，并可以作为多功能添加剂同时替代抗压剂(石油磺酸钠)，润滑剂(聚醚、司盘80)，以及杀菌剂，显著降低切削液生产的成本。本实施例还提供一不添加纳米铜的参考例3作为对比，配方如下表5。

表5参考例配方

添加剂	含量(质量比％，不含纳米铜配方)
		混合二元酸(C10-C12)	0.5
硼酸	1.5
		苯并三氮唑	0.4
一乙醇胺	1.5
		三乙醇胺	1.5
二乙二醇丁醚	1
		油酸	5
水	3.1
		石油磺酸钠	9
脂肪醇聚氧乙烯醚	2
		司盘80	5
杀菌剂	2
		T22环烷基油	67.45
纳米铜	0

消泡剂	0.05
		合计	100

对本实施例3的纳米铜切削液和参考例无纳米铜切削液进行防锈测试，如下表6所示。

表6实施例3纳米铜切削液和参考例无纳米铜切削液测试对比

结果表明，本实施例3切削液，纳米铜的加入使得乳化型切削液主要性能指标不降低的情况下，代替了常见的润滑剂和抗压剂，因而大大简化了切削液的配方体系，降低成本的同时，也简化了生产步骤。对本实施例切削液还进行了沉降实验，测试结果显示6个月后仍无沉淀产生，可见本实施例水性铝合金半合成切削液中纳米铜长期、稳定、均匀的分散在其中。其他性能优势与实施例1和实施2中所述相同，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述纳米铜为具有有机长碳链、可自分散的纳米铜，其中长碳链有机物包覆铜金属表面，所述长碳链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物，且其长碳链的碳数大于8；

所述切削液为水性铝合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述切削液为水性铝合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

3.一种纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述纳米铜为具有有机长碳链、可自分散的纳米铜，其中长碳链有机物包覆铜金属表面，所述长碳链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物，且其长碳链的碳数大于8；

所述切削液为水性镁合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

4.根据权利要求3所述的纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述切削液为水性镁合金半合成切削液，包括如下质量百分比的组分：

5.一种纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述纳米铜为具有有机长碳链、可自分散的纳米铜，其中长碳链有机物包覆铜金属表面，所述长碳链有机物为二烷基二硫代磷酸(HDDP)及其衍生物，且其长碳链的碳数大于8；

所述切削液为乳化型切削液，包括如下质量百分比的组分：

6.根据权利要求5所述的纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述切削液为乳化型切削液，包括如下质量百分比的组分：

7.根据权利要求1至6任一所述的纳米铜在切削液中的应用，其特征在于，所述纳米铜为膏体，纳米铜粒径为10～50nm。