CN114276863A - 一种水基切削液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水基切削液及其制备方法，属于切削液制备技术领域。本发明的水基切削液中无油脂类的物质存在，因此制备后的切削液呈无色透明状，并且表面没有任何油污。零件加工完后只需要在清水中进行冲洗加工过程中产生的铝屑即可。可以完美的替代传统切削液，并且可以省去超声波清洗环节。并且防锈性佳，切削效果好，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种水基切削液及其制备方法，属于切削液制备技术领域。
背景技术
目前，电池箱体在CNC加工过程中由于刀具与零件之间存在高速摩擦会产生很大的热量导致铝合金融化和铣刀/钻头黏在一起造成粘刀的现象，因此加工过程中需要通过各种方式对切削部位进行降温以保证零件加工尺寸的正确。现有的冷却分为使用常规切削液冷却和使用挥发性雾状切削油冷却。第一种方法比较传统，优点是冷却效果非常好，缺点是加工完之后零件表面会附着大量油污需要使用超声波清洗设备对其进行清洗；第二种方法由于是使用压缩空气混合挥发性切削油形成的油雾的方式进行冷却，因此在加工一些孔的特征时，孔内仍然不能有效的冷却，不可避免的还是会存在粘刀现象。而且常见的水基切削液的防锈性差，极压抗磨性不佳。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种水基切削液及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种水基切削液及其制备方法。
本发明的一种水基切削液，按重量份数计，包括以下组分：
1～10份防锈剂；
1～5份消泡剂；
1～3份杀菌剂；
30～40份改性钼类润滑剂；
40～60份纯水；
所述改性钼类润滑剂是由钼类润滑剂经O,O-二烷基二硫代磷酸酯改性制得；
所述钼类润滑剂按重量份数计，包括以下组分：
40～50份2,6-二叔丁基对甲酚；
7～12份二硫化钼；
30～40份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼。
进一步的，所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯。
进一步的，所述消泡剂为消泡剂DT-135。
进一步的，所述杀菌剂为硼砂。
一种水基切削液的制备方法，具体制备步骤为：
按重量份数计，称取1～10份防锈剂、1～5份消泡剂、1～3份杀菌剂、30～40份改性钼类润滑剂和40～60份纯水，将防锈剂、消泡剂、杀菌剂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在40～45℃下搅拌30～40min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
进一步的，所述改性钼类润滑剂的制备步骤为：
将钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在40～50℃下搅拌反应20～30min后出料得到改性钼类润滑剂。本发明使用含硫、磷元素的表面活性剂对钼类润滑剂进行表面改性，表面活性剂中含有的P、S等活性元素会产生协同效应，可使钼类润滑剂形成的表面膜更好地吸附在金属表面，增强有机钼的抗磨性和减摩作用，这是因为在含P、S元素的表面活性剂内中，P、S等元素的化合物吸附在金属表面，减小金属表面之间的摩擦，起到抗磨作用。随着负荷的增大，P、S等元素会在金属表面进一步发生化学反应，形成反应膜，从而避免金属间的直接接触，达到保护金属的目的，起到极压作用。添加剂的极压性能与其分子结构中的活性元素有关，P、S等元素在金属表面形成的吸附层与起极压作用的反应膜能起到“化学抛光”的作用，使得金属接触面间的滑动更容易，从而导致摩擦因数减小，从而可以提高切削液的使用性能。并且表明改性后的润滑剂具有定向吸附作用，极性基团吸附于金属表面，改变了金属表面的界面性质和电荷状态，使其表面的能量处于稳定状态，增大腐蚀反应的活化能，减慢腐蚀的速度；另外，非极性基团将金属与腐蚀介质隔离开，形成一层保护膜，从而起到防锈的作用；
进一步的，所述钼类润滑剂的制备步骤为：
按重量份数计，称取40～50份2,6-二叔丁基对甲酚、7～12份二硫化钼和30～40份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂。本发明的钼类润滑剂中抗氧剂，可以抑制油品的氧化过程，钝化金属对氧化的催化作用，起到延长油品使用和保护机器的目的；极压剂可以使润滑剂在低速高负荷或高速冲击负荷摩擦条件下，即在所谓的极压条件下防止摩擦面发生烧结、擦伤；有机钼在局部高温高压条件下与磨损表面作用，微凸体被碾压产生塑性变形，通过微流变作用填平凹槽，凹凸不平的摩擦表面再次被磨合形成较平整的摩擦表面，即对摩擦受损表面有一定程度的修复作用，从而降低磨损；
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明的钼类润滑剂中抗氧剂，可以抑制油品的氧化过程，钝化金属对氧化的催化作用，起到延长油品使用和保护机器的目的；极压剂可以使润滑剂在低速高负荷或高速冲击负荷摩擦条件下，即在所谓的极压条件下防止摩擦面发生烧结、擦伤；有机钼在局部高温高压条件下与磨损表面作用，微凸体被碾压产生塑性变形，通过微流变作用填平凹槽，凹凸不平的摩擦表面再次被磨合形成较平整的摩擦表面，即对摩擦受损表面有一定程度的修复作用，从而降低磨损；
本发明使用含硫、磷元素的表面活性剂对钼类润滑剂进行表面改性，表面活性剂中含有的P、S等活性元素会产生协同效应，可使钼类润滑剂形成的表面膜更好地吸附在金属表面，增强有机钼的抗磨性和减摩作用，这是因为在含P、S元素的表面活性剂内中，P、S等元素的化合物吸附在金属表面，减小金属表面之间的摩擦，起到抗磨作用。随着负荷的增大，P、S等元素会在金属表面进一步发生化学反应，形成反应膜，从而避免金属间的直接接触，达到保护金属的目的，起到极压作用。添加剂的极压性能与其分子结构中的活性元素有关，P、S等元素在金属表面形成的吸附层与起极压作用的反应膜能起到“化学抛光”的作用，使得金属接触面间的滑动更容易，从而导致摩擦因数减小，从而可以提高切削液的使用性能；
并且表明改性后的润滑剂具有定向吸附作用，极性基团吸附于金属表面，改变了金属表面的界面性质和电荷状态，使其表面的能量处于稳定状态，增大腐蚀反应的活化能，减慢腐蚀的速度；另外，非极性基团将金属与腐蚀介质隔离开，形成一层保护膜，从而起到防锈的作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
(1)按重量份数计，称取40～50份2,6-二叔丁基对甲酚、7～12份二硫化钼和30～40份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；其中抗氧剂，可以抑制油品的氧化过程，钝化金属对氧化的催化作用，起到延长油品使用和保护机器的目的；极压剂可以使润滑剂在低速高负荷或高速冲击负荷摩擦条件下，即在所谓的极压条件下防止摩擦面发生烧结、擦伤；有机钼在局部高温高压条件下与磨损表面作用，微凸体被碾压产生塑性变形，通过微流变作用填平凹槽，凹凸不平的摩擦表面再次被磨合形成较平整的摩擦表面，即对摩擦受损表面有一定程度的修复作用，从而降低磨损。
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在40～50℃下搅拌反应20～30min后出料得到改性钼类润滑剂；本发明使用含硫、磷元素的表面活性剂对钼类润滑剂进行表面改性，表面活性剂中含有的P、S等活性元素会产生协同效应，可使钼类润滑剂形成的表面膜更好地吸附在金属表面，增强有机钼的抗磨性和减摩作用，这是因为在含P、S元素的表面活性剂内中，P、S等元素的化合物吸附在金属表面，减小金属表面之间的摩擦，起到抗磨作用。随着负荷的增大，P、S等元素会在金属表面进一步发生化学反应，形成反应膜，从而避免金属间的直接接触，达到保护金属的目的，起到极压作用。添加剂的极压性能与其分子结构中的活性元素有关，P、S等元素在金属表面形成的吸附层与起极压作用的反应膜能起到“化学抛光”的作用，使得金属接触面间的滑动更容易，从而导致摩擦因数减小，从而可以提高切削液的使用性能；
并且表明改性后的润滑剂具有定向吸附作用，极性基团吸附于金属表面，改变了金属表面的界面性质和电荷状态，使其表面的能量处于稳定状态，增大腐蚀反应的活化能，减慢腐蚀的速度；另外，非极性基团将金属与腐蚀介质隔离开，形成一层保护膜，从而起到防锈的作用；
(3)按重量份数计，称取1～10份防锈剂、1～5份消泡剂、1～3份杀菌剂、30～40份改性钼类润滑剂和40～60份纯水，将防锈剂、消泡剂、杀菌剂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在40～45℃下搅拌30～40min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯，所述消泡剂为消泡剂DT-135，所述杀菌剂为硼砂。
实例1
(1)按重量份数计，称取45份2,6-二叔丁基对甲酚、10份二硫化钼和35份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在45℃下搅拌反应25min后出料得到改性钼类润滑剂；
(3)按重量份数计，称取1份三乙醇胺硼酸酯、1份消泡剂DT-135、1份杀菌剂、30份改性钼类润滑剂和40份纯水，将防锈剂、消泡剂、硼砂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在40℃下搅拌30min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
实例2
(1)按重量份数计，称取45份2,6-二叔丁基对甲酚、10份二硫化钼和35份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在45℃下搅拌反应25min后出料得到改性钼类润滑剂；
(3)按重量份数计，称取2份三乙醇胺硼酸酯、2份消泡剂DT-135、1份杀菌剂、32份改性钼类润滑剂和42份纯水，将防锈剂、消泡剂、硼砂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在42℃下搅拌32min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
实例3
(1)按重量份数计，称取45份2,6-二叔丁基对甲酚、10份二硫化钼和35份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在45℃下搅拌反应25min后出料得到改性钼类润滑剂；
(3)按重量份数计，称取5份三乙醇胺硼酸酯、3份消泡剂DT-135、2份杀菌剂、35份改性钼类润滑剂和50份纯水，将防锈剂、消泡剂、硼砂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在43℃下搅拌35min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
实例4
(1)按重量份数计，称取45份2,6-二叔丁基对甲酚、10份二硫化钼和35份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在45℃下搅拌反应25min后出料得到改性钼类润滑剂；
(3)按重量份数计，称取17份三乙醇胺硼酸酯、4份消泡剂DT-135、3份杀菌剂、38份改性钼类润滑剂和55份纯水，将防锈剂、消泡剂、硼砂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在44℃下搅拌38min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
实例5
(1)按重量份数计，称取45份2,6-二叔丁基对甲酚、10份二硫化钼和35份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂；
(2)将上述钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在45℃下搅拌反应25min后出料得到改性钼类润滑剂；
(3)按重量份数计，称取10份三乙醇胺硼酸酯、5份消泡剂DT-135、3份杀菌剂、40份改性钼类润滑剂和60份纯水，将防锈剂、消泡剂、硼砂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在45℃下搅拌40min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
对照例1
对照例1的制备方法和本发明的实例1基本一致，唯有不同的是直接使用钼类润滑剂代替本发明的改性钼类润滑剂，其他原料的种类和组分都和实例1相同，同样制得水基切削液；
对照例2
对照例2的制备方法和本发明的实例1基本一致，唯有不同的是直接使用聚乙二醇代替本发明的改性钼类润滑剂，其他原料的种类和组分都和实例1相同，同样制得水基切削液；
检测试验
防锈试验：在打磨好的铸铁试片上(试片为35mm×20mm的圆柱，打磨按照标准SH/T0218进行)，按梅花格式滴加5滴直径为4～5mm的待测切削液。在玻璃干燥器中注入高度约为底部高度1/3的蒸馏水，将铸铁试片放在干燥器隔板上，盖上干燥器盖，移至温度为35℃的恒温干燥器中。实验24h后取出铸铁片，检查生锈情况，以锈蚀面积占试片的总面积的百分比来评价防锈性能，锈蚀面积百分比月底，防锈性越好。
车床切削试验：
试验机床:数控GSK 980TDb；
工件:T8钢棒材，直径20mm；
加工方式:外圆车削；
试验刀具:硬质合金刀；
切削用量:转速904r/min，进给量144；
mm/min，背吃刀量5mm，加工长度20mm；
试验切削液:本发明实例1-5和对照例1、2制备的切削液。
对切削表面测试极压润滑系数(PB/μ)、表面粗糙度(Ra/μm)、最大无卡咬载荷PB/N、摩擦因数；
首先将实例1～5中的实验数据进行对比，其中实例1-3，切削液的各项性能指标都逐步上升，但从实例4开始，又有所下降，由此可以看出，本发明的水基切削液具有最佳配比设计，在实例3的组分配比下，具有最佳使用效果；
再将本发明实例1和对照例1进行对比，其中对照例1的制备方法和本发明的实例1基本一致，唯有不同的是直接使用钼类润滑剂代替本发明的改性钼类润滑剂，其他原料的种类和组分都和实例1相同，同样制得水基切削液；导致对照例1最终的各项使用性能指标都有所降低，由此可以从侧面证实本发明使用含硫、磷元素的表面活性剂对钼类润滑剂进行表面改性，表面活性剂中含有的P、S等活性元素会产生协同效应，可使钼类润滑剂形成的表面膜更好地吸附在金属表面，增强有机钼的抗磨性和减摩作用，这是因为在含P、S元素的表面活性剂内中，P、S等元素的化合物吸附在金属表面，减小金属表面之间的摩擦，起到抗磨作用。随着负荷的增大，P、S等元素会在金属表面进一步发生化学反应，形成反应膜，从而避免金属间的直接接触，达到保护金属的目的，起到极压作用。添加剂的极压性能与其分子结构中的活性元素有关，P、S等元素在金属表面形成的吸附层与起极压作用的反应膜能起到“化学抛光”的作用，使得金属接触面间的滑动更容易，从而导致摩擦因数减小，从而可以提高切削液的使用性能；
并且表明改性后的润滑剂具有定向吸附作用，极性基团吸附于金属表面，改变了金属表面的界面性质和电荷状态，使其表面的能量处于稳定状态，增大腐蚀反应的活化能，减慢腐蚀的速度；另外，非极性基团将金属与腐蚀介质隔离开，形成一层保护膜，从而起到防锈的作用；
再将对照例2和本发明的实例1进行对比，由于对照例2的制备方法和本发明的实例1基本一致，唯有不同的是直接使用聚乙二醇代替本发明的改性钼类润滑剂，其他原料的种类和组分都和实例1相同，同样制得水基切削液；最终切削液的使用性能数据显著降低，并且降低程度高于对照例1，这也说明抗氧剂，可以抑制油品的氧化过程，钝化金属对氧化的催化作用，起到延长油品使用和保护机器的目的；极压剂可以使润滑剂在低速高负荷或高速冲击负荷摩擦条件下，即在所谓的极压条件下防止摩擦面发生烧结、擦伤；有机钼在局部高温高压条件下与磨损表面作用，微凸体被碾压产生塑性变形，通过微流变作用填平凹槽，凹凸不平的摩擦表面再次被磨合形成较平整的摩擦表面，即对摩擦受损表面有一定程度的修复作用，从而降低磨损。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水基切削液，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：
1～10份防锈剂；
1～5份消泡剂；
1～3份杀菌剂；
30～40份改性钼类润滑剂；
40～60份纯水；
所述改性钼类润滑剂是由钼类润滑剂经O,O-二烷基二硫代磷酸酯改性制得；
所述钼类润滑剂按重量份数计，包括以下组分：
40～50份2,6-二叔丁基对甲酚；
7～12份二硫化钼；
30～40份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼。
2.根据权利要求1所述的一种水基切削液，其特征在于：所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种水基切削液，其特征在于：所述消泡剂为消泡剂DT-135。
4.根据权利要求1所述的一种水基切削液，其特征在于：所述杀菌剂为硼砂。
5.一种水基切削液的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
按重量份数计，称取1～10份防锈剂、1～5份消泡剂、1～3份杀菌剂、30～40份改性钼类润滑剂和40～60份纯水，将防锈剂、消泡剂、杀菌剂、改性钼类润滑剂装入纯水中，在40～45℃下搅拌30～40min，再加入适量三乙醇胺调节pH至8后，即得水基切削液。
6.根据权利要求5所述的一种水基切削液的制备方法，其特征在于：所述改性钼类润滑剂的制备步骤为：
将钼类润滑剂和O,O-二烷基二硫代磷酸酯混合，在40～50℃下搅拌反应20～30min后出料得到改性钼类润滑剂。
7.根据权利要求6所述的一种水基切削液的制备方法，其特征在于：所述钼类润滑剂的制备步骤为：
按重量份数计，称取40～50份2,6-二叔丁基对甲酚、7～12份二硫化钼和30～40份硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼混合得到钼类润滑剂。
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