CN112812876A - 一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法。所述全合成多功能不锈钢切削液以质量百分比计，包括以下组分：20～35％混合醇胺、6.5～9.5％防锈剂、4.5～6％特殊胺、6.5～10％润滑剂、15～25％极压剂、6～10％助溶剂、1～2％抗硬水剂、1～3％缓蚀剂、余量为水。本发明还提供一种上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，制备的全合成多功能不锈钢切削液具有优异的润滑性能、防锈性、防腐性、生物稳定性和加工性能，能提高加工件表面质量，延长刀具使用寿命及降低废品率，减少设备损耗，提高生产效率，降低生产成本，节约能源。

Description

一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
技术领域
本发明涉及切削液制备技术领域，具体涉及一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法。
背景技术
切削液是一种在金属切削、磨加工过程起冷却和润滑刀具、加工件作用的工业用液体。在金属切削过程中，刀具与工件、刀具与切屑间摩擦消耗能量产生大量的热，将切削液浇注在切削区，切削液通过对切削液的传导、对流和气化，将刀具、工件和切屑上的切削热带走，降低切削区的温度，起到冷却的作用，从而提高刀具的耐用度和工件的加工精度。同时，切削液渗透在切削区，在刀具和工件的接触表面上产生吸附并发生化学反应，形成润滑油膜而起到润滑作用，抑制积屑瘤的产生，有效减少切削力，降低工件表面的粗糙度。因此合理选择和使用切削液，能够减少刀具磨损，提高切削效率和加工质量，延长使用寿命。
目前切削液主要包括两大类，包括油基切削液和水基切削液。水基切削液分为三大类，即乳化液、合成切削液和半合成切削液，随着各生产企业对切削液性能要求的提高，以及国家对环境保护的重视，全合成切削液成为今后金属加工业的重点发展方向。全合成切削液主要由防锈剂、挤压剂、表面活性剂、润滑剂等组成，在使用时需要进行稀释，稀释液呈现透明或半透明状。
不锈钢在机械性能方面具有高的抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击值，另外,不锈钢还具有很高的耐腐蚀和耐高温等特点，因此广泛应用于机械、石油化工、国防、电子仪表等领域。但不锈钢在加工过程中加工硬化程度较高，严重影响后续工序的顺利进行。在切削加工工艺过程中，不锈钢工件在切削过程中塑性变形大，导致切削力增大，硬化现象使工件表层脆而硬，热强度高，进一步增大了切削抗力，从而加速了刀具磨损，增加了工件与刀具间的摩擦损耗，切削热聚集，切削温度升高，切屑粘结，粘刀现象严重。由于这些切削加工缺陷，不锈钢工件在切削加工工艺过程中耗能较大，切削温度不断提高，导致刀具磨损严重，工件热变形，工件质量差，因此选择合适的切削液改善切削性能是生产实践中解决切削缺陷的方式之一。然而目前大部分全合成不锈钢切削液已经不能完全满足不锈钢切削要求，且切削液润滑性能较差，切削加工滑动不灵活。
国内外关于全合成切削液有众多的报道和专利文献。中国专利CN103865622A公开了一种全合成水性不锈钢切削液，切削液原料按重量份包括以下组份：10-30份水性不锈钢极压润滑剂、1-5份辛癸酸、1-2份硼酸三乙醇胺酯、1-10份聚乙二醇、1-5份阳离子季胺盐金属细屑沉降剂、5-10份二羧酸盐基复合物防锈剂、1-5份单丁醚偶合剂、0.1-1份抗硬水剂、0.01-0.1份消泡剂、蒸馏水31.9-79.89份；所述水性不锈钢极压润滑剂原料按重量份包括以下组份：20-30份的三乙醇胺、12-18份硫化脂肪酸酯、6-9份的辛癸酸和三乙醇胺2倍的蒸馏水。上述公开的全合成水性不锈钢切削液的润滑性能和防锈性均有待进一步提高。
因此，需要一种全合成多功能不锈钢切削液，专用于不锈钢加工过程中的切削液，能够满足不锈钢切削加工过程中润滑性能、冷却性能、抗腐蚀性能、清洗性能的需求，提高不锈钢表面的耐腐蚀性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法，以解决上述技术问题。
本发明提供如下技术方案：
一种全合成多功能不锈钢切削液，所述全合成多功能不锈钢切削液以质量百分比计，包括以下组分：20～35％混合醇胺、6.5～9.5％防锈剂、4.5～6％特殊胺、6.5～10％润滑剂、10～20％极压剂、6～10％助溶剂、1～2％抗硬水剂、1～3％缓蚀剂、余量为水。
优选地，所述全合成多功能不锈钢切削液以质量百分比计，包括以下组分：22～30％混合醇胺、7～8％防锈剂、4.8～5％特殊胺、7～8.5％润滑剂、12～17％极压剂、7～8％助溶剂、1.2～1.5％抗硬水剂、1.2～2％缓蚀剂、余量为水。
优选地，所述混合醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的任意两种或两种以上的组合。
优选地，所述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所述二元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述三元酸为三嗪三氨基己酸。
优选地，所述特殊胺为氨基醇与二甘醇胺、聚醚胺和环氧乙烷环己胺中的任意一种或两种以上的组合；所述氨基醇为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1-丁醇中的任意一种优选地，所述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯中的任意一种或两种以上的组合；所述聚合酯为α-烯烃与不饱和二元羧酸酯形成的共聚聚合酯或二元醇/多元醇与二元羧酸/二元酸酐缩聚后与脂肪醇/脂肪酸封端形成的低分子量聚合酯。
优选地，所述极压剂为平均分子量为1000～3800g/mol，黏度为140～500mm2/s的聚醚。
优选地，所述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸、异壬酸和新癸酸中的任意一种或两种以上的组合。
优选地，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物、甲基苯并三氮唑衍生物、乙氧基磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯中的任意两种或两种以上的组合。
本发明另一目的在于提供一种上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将所述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，常温搅拌30～50分钟至均匀透明状态；加入所述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌90～100分钟至均匀透明状态，最后依次加入所述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌60～90分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
优选地，所述搅拌速度为60～100rpm。
从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：
(1)本发明全合成多功能不锈钢切削液，具有优异的润滑极压性能，能够满足不锈钢材的铰孔、钻孔、攻牙、攻丝、拉削及螺纹加工等重负荷加工；同时全合成多功能不锈钢切削液不含硫、磷、亚硝酸盐、氯、苯酚、甲醛，重金属等有害物质，无毒无害绿色环保。
(2)本发明制备的全合成多功能不锈钢切削液具有优异的润滑性能、冷却性能、抗腐蚀性能、清洗性能、防锈性、生物稳定性和加工性能，能提高加工件表面质量，延长刀具使用寿命及降低废品率，减少设备损耗，提高生产效率，降低生产成本，节约能源。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例3制备的切削液进行切削试验中刀具磨损曲线图。
图2为本发明润滑剂质量百分比与最大无卡咬负荷关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：20％混合醇胺、6.5％防锈剂、4.5％特殊胺、6.5％润滑剂、10％极压剂、6％助溶剂、1％抗硬水剂、1％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺的组合；上述防锈剂为单羧酸；上述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；上述特殊胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇与二甘醇胺的组合；上述润滑剂为二聚酸；上述助溶剂为正辛酸；上述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在60rpm的转速下常温搅拌30分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌90分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌60分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
实施例2
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：22％混合醇胺、7％防锈剂、4.8％特殊胺、7％润滑剂、12％极压剂、7％助溶剂、1.2％抗硬水剂、1.2％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为单乙醇胺、一异丙醇胺的组合；上述防锈剂为二元酸；上述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；上述二元酸为十碳二元酸；上述三元酸为三嗪三氨基己酸；上述特殊胺为3-氨基-4-辛醇与二甘醇胺的组合；上述润滑剂为三聚酸；上述助溶剂为异辛酸；上述缓蚀剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑衍生物的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在70rpm的转速下常温搅拌35分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌92分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌65分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
实施例3
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：25％混合醇胺、7.5％防锈剂、5％特殊胺、7.5％润滑剂、15％极压剂、8％助溶剂、1.5％抗硬水剂、1.5％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺的组合；上述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸的组合；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所述二元酸为十碳二元酸；所述三元酸为三嗪三氨基己酸；上述特殊胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇与二甘醇胺、聚醚胺的组合；上述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯的组合；上述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸的组合；上述缓蚀剂为苯并三氮唑衍生物、甲基苯并三氮唑衍生物的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在80rpm的转速下常温搅拌40分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌95分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌70分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
实施例4
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：30％混合醇胺、8％防锈剂、5％特殊胺、8.5％润滑剂、17％极压剂、8％助溶剂、1.5％抗硬水剂、2％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺的组合；上述防锈剂为单羧酸、二元酸的组合；上述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；上述二元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸的组合；上述特殊胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇与二甘醇胺、聚醚胺的组合；上述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯的组合；上述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸的组合；上述缓蚀剂为甲基苯并三氮唑衍生物、乙氧基磷酸酯的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在85rpm的转速下常温搅拌45分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌95分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌70分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
实施例5
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：32％混合醇胺、9％防锈剂、5.5％特殊胺、9％润滑剂、18％极压剂、8％助溶剂、1.8％抗硬水剂、2.8％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺的组合；上述防锈剂为单羧酸、三元酸的组合；上述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；上述三元酸为三嗪三氨基己酸；上述特殊胺为2-氨基-1-丁醇、二甘醇胺、聚醚胺和环氧乙烷环己胺的组合；上述润滑剂为二蓖麻油酸聚酯、聚合酯的组合；上述聚合酯为α-烯烃与不饱和二元羧酸酯形成的共聚聚合酯；上述助溶剂为正壬酸、异壬酸和新癸酸的组合；上述缓蚀剂为苯并三氮唑衍生物、甲基苯并三氮唑衍生物、脂肪醇改性磷酸酯的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在90rpm的转速下常温搅拌50分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌98分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌85分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
实施例6
一种全合成多功能不锈钢切削液及其制备方法
全合成多功能不锈钢切削液，以质量百分比计，包括以下组分：35％混合醇胺、9.5％防锈剂、6％特殊胺、10％润滑剂、20％极压剂、10％助溶剂、2％抗硬水剂、3％缓蚀剂、余量为水。
本实施例中，上述混合醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺的组合；上述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸的组合；上述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；上述二元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸的组合；上述三元酸为三嗪三氨基己酸；上述特殊胺为所述特殊胺为3-氨基-4-辛醇与二甘醇胺、环氧乙烷环己胺的组合；2-氨基-1-丁醇的组合；上述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯的组合；上述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸、新癸酸中的组合；上述缓蚀剂为甲基苯并三氮唑衍生物、乙氧基磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯的组合。
上述全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，包括以下步骤：
将上述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，在100rpm的转速下常温搅拌50分钟至均匀透明状态；加入上述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌100分钟至均匀透明状态，最后依次加入上述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌90分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
试验例
1.将实施例1～6制备的全合成多功能不锈钢切削液稀释20倍后，测定其特性，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002880507640000081
2.切削试验测试实施例3全合成多功能不锈钢切削液在不锈钢工件切削加工过程中后刀面磨损曲线。
切削速度Vc＝200m/min，进给量f＝0.12mm/r，ap＝0.5mm。
测试结果如图1所示。
3.以实施例3的组分组成和制备方法为例，设置试验对照组，以确定本发明组分的设计和选择的最佳范围。
(1)润滑剂的选择：
本发明润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯中的任意一种或两种以上的组合；研究表明，二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯这类物质作为切削液润滑剂具有优异的润滑性能、同时具有良好的减摩抗磨性、抗氧化安定性。
以二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯复配作为润滑剂，通过改变润滑剂的质量百分比，以最大无卡咬负荷(PB)作为衡量切削液性能的指标，以此确定本发明润滑剂的质量百分比范围。
最大无卡咬负荷(PB)的测定方法按照GB 3142-82《润滑剂承载能力测定法》进行。
试验结果如图2所示。
由图2可知，本发明复配的润滑剂在质量百分比为6.5～10％的范围，PB随着复配润滑剂质量百分比的增加而增大，超过这一范围，继续增加复配润滑剂的质量百分比，PB逐渐下降，因此可确定本发明润滑剂的最佳原料配比即最佳质量百分比为6.5～10％。
(2)防锈剂的选择：
本发明防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所述二元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述三元酸为三嗪三氨基己酸。防锈剂在切削液中的防锈原理是在金属表面形成一层或多层保护层，阻止腐蚀介质与金属表面接触。本发明防锈剂的选择多为极性较强的物质，能吸附于金属表面，防止水分侵蚀不锈钢表面，起到防锈作用。
以单羧酸、二元酸和三元酸的复配为防锈剂；单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；二元酸为十碳二元酸；三元酸为三嗪三氨基己酸，制得防锈性能优异的防锈剂。
试片按SY2755-76S《防锈油脂防锈试验试片制备方法》进行制造。测试试验标准按照GB 6144-85防锈性试验进行，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002880507640000091
注：铸铁，A级为合格；紫铜、铝合金，A、B级为合格。
表2说明本发明将单羧酸、二元酸和三元酸复配使用，得到的防锈剂对铝合金表明具有优良的防锈性能，同时对铸铁片、紫铜也具有良好的缓蚀防腐性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述全合成多功能不锈钢切削液以质量百分比计，包括以下组分：20～35％混合醇胺、6.5～9.5％防锈剂、4.5～6％特殊胺、6.5～10％润滑剂、10～20％极压剂、6～10％助溶剂、1～2％抗硬水剂、1～3％缓蚀剂、余量为水。
2.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述全合成多功能不锈钢切削液以质量百分比计，包括以下组分：22～30％混合醇胺、7～8％防锈剂、4.8～5％特殊胺、7～8.5％润滑剂、12～17％极压剂、7～8％助溶剂、1.2～1.5％抗硬水剂、1.2～2％缓蚀剂、余量为水。
3.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述混合醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的任意两种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所述二元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸中的任意一种或两种以上的组合；所述三元酸为三嗪三氨基己酸。
5.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述特殊胺为氨基醇与二甘醇胺、聚醚胺和环氧乙烷环己胺中的任意一种或两种以上的组合；所述氨基醇为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1-丁醇中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯、聚合酯中的任意一种或两种以上的组合；所述聚合酯为α-烯烃与不饱和二元羧酸酯形成的共聚聚合酯或二元醇/多元醇与二元羧酸/二元酸酐缩聚后与脂肪醇/脂肪酸封端形成的低分子量聚合酯。
7.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述极压剂为平均分子量为1000～3800g/mol，黏度为140～500mm2/s的聚醚。
8.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸、异壬酸和新癸酸中的任意一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求1所述的全合成多功能不锈钢切削液，其特征在于，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物、甲基苯并三氮唑衍生物、乙氧基磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯中的任意两种或两种以上的组合。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的全合成多功能不锈钢切削液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将所述重量份的混合醇胺与润滑剂加入到反应釜中，常温搅拌30～50分钟至均匀透明状态；加入所述重量份的防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂和水，继续常温搅拌90～100分钟至均匀透明状态，最后依次加入所述重量份的特殊胺、极压剂和助溶剂，常温搅拌60～90分钟至均匀透明状态，得到全合成多功能不锈钢切削液。
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