CN113403131A - 一种超润滑水基切削液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超润滑水基切削液，该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。本发明组分种类少、制备方法简单，具有优异的润滑性能，且成本低、无毒环保的特点，可应用于宽范围的应用载荷和宽范围的滑移速度。

Description

一种超润滑水基切削液
技术领域
本发明涉及金属切削加工和润滑领域，尤其涉及一种超润滑水基切削液。
背景技术
金属切削加工液（切削液）是一种普遍应用在金属及其合金在切、削、磨等加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，主要起润滑、防锈、清洗、冷却的作用，从而减少刀具磨损，改善加工质量，节约能源和材料，提高生产效率。
切削液按其主要组分可分为油基切削液和水基切削液。油基切削液主要由矿物油、油性剂和添加剂组成，具有优良的润滑性能和防锈性能，但其冷却性能较差，不易清洗和稀释，对环境污染大，成本高。在某些有火灾、爆炸危险和需要快速散热的特殊领域，油基切削液因其低闪点、易燃、导热系数小等缺点限制了其应用。水基切削液则主要由醇胺或醇酯和去离子水混合，并加入各种添加剂，如消泡剂、防锈剂、分散剂、稳定剂、耐极压剂、抛光剂等，具有良好的导热性和冷却性，但其润滑性能差、组分复杂、添加剂对环境污染严重且造成成本提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种润滑性能优异、防锈性能好且组分简单的超润滑水基切削液。
为解决上述问题，本发明所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。
该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体3~5份。
所述多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-戊二醇，丙三醇中的至少一种。
所述质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 mL乙腈溶剂中，再加入与所述磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏、洗涤，即得无色或淡黄色油状液体。
所述磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯、磷酸二辛酯中的至少一种。
所述烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中质子型离子液体作为水合离子可降低切削液的剪切力，从而实现超润滑性能，经摩擦学性能评价，表现为超低的摩擦系数（COF < 0.01）。
2、本发明中质子型离子液体能够吸附在金属基底形成吸附层，从而提高水基润滑剂的防腐和防锈性能。
3、相对于传统水基切削液，本发明能够长时间实现高载下钢-钢接触的超低摩擦，期间几乎不产生热量，节约能源并保证了生产安全。，
4、本发明组分种类少、制备方法简单，具有成本低、无毒环保的特点， 可应用于宽范围的应用载荷和宽范围的滑移速度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明中实施例1制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图2为本发明中实施例2制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图3为本发明中实施例3制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图4为本发明中实施例4制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图5为本发明中实施例5制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图6为本发明中实施例6制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图7为本发明中实施例7制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图8为本发明中实施例8制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
图9为本发明中实施例9制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
具体实施方式
一种超润滑水基切削液，该切削液按重量份数（重量单位为g）计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。优选：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体3~5份。
其中：多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-戊二醇，丙三醇中的至少一种。
质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 mL乙腈溶剂中，再加入与磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏除去溶剂，最后用无水乙醚洗涤，减压蒸馏除去乙醚，即得无色或淡黄色油状液体。
磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯、磷酸二辛酯中的至少一种。
烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。
实施例1 一种超润滑水基切削液，该切削液由：1,3-丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
采用四球摩擦试验机（MS-10 A）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ= 12.7 mm的GCr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷300 N，转速1200 r/min，长磨30min时的摩擦系数(COF)。采用XDS-0745D光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
结果如图1所示，该润滑体系在经历约600 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.730 mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
实施例2 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3-丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体3g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图2所示，同实施例1相比，减少离子液体用量至3g，该润滑体系在经历约600 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.716 mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
实施例3 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3-丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体5g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图3所示，同实施例1相比，增大离子液体用量至5g，该润滑体系在经历约600 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），且摩擦系数更平稳，并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.710 mm。该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
实施例4 一种超润滑水基切削液，该切削液同实施例1。
采用四球摩擦试验机（MS-10 A）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ= 12.7 mm的GCr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷150 N，转速1200 r/min，长磨30min时的摩擦系数(COF)。采用XDS-0745D光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
结果如图4所示，同实施例1相比，将载荷变为150 N，该润滑体系在经历约700 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.658mm。说明该体系可适用于宽的应用载荷范围，润滑性能良好；此外，磨斑直径变小，表面光滑平整，适用于做金属切削液。
实施例5 一种超润滑水基切削液，该切削液同实施例1。
采用四球摩擦试验机（MS-10 A）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ= 12.7 mm的GCr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷300 N，转速1700 r/min，长磨30min时的摩擦系数(COF)。采用XDS-0745D光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
结果如5所示，同实施例1相比，将转速提高至1700 r/min，该润滑体系在经历约1300 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.755 mm。说明该体系可适用于宽的滑移线速度，润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
实施例6 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3-丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十二烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图6所示，同实施例1相比，将离子液体替换为磷酸二丁酯·十二烷基二甲胺，该润滑体系在经历约850 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.755 mm。说明该体系可扩展至其他离子液体，且润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
实施例7 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3-丙二醇60g，去离子水40g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图7所示，同实施例1相比，增大多元醇比例，该润滑体系在经历约250 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.641 mm。说明该润滑体系醇水比可调节，润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
实施例8 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,2-丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图8所示，同实施例1相比，当1,3-丙二醇替换为1,2-丙二醇时，该润滑体系在经历约600 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.659 mm。说明该体系可适用于其他多元醇，有良好的润滑性能；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
实施例9 一种超润滑水基切削液，该切削液由1,4-丁二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯·十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
结果如图9所示，同实施例1相比，当1,3-丙二醇替换为1,4-丁二醇时，该润滑体系在经历约300 s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（WSD）为0.714 mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面光滑平整，适用于做金属切削液。

Claims (6)

1.一种超润滑水基切削液，其特征在于：该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。
2.如权利要求1所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体3~5份。
3.如权利要求1或2所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：所述多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-戊二醇，丙三醇中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：所述质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 mL乙腈溶剂中，再加入与所述磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏、洗涤，即得无色或淡黄色油状液体。
5.如权利要求4所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：所述磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯、磷酸二辛酯中的至少一种。
6.如权利要求4所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：所述烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。
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