CN114317089B - 富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液及制备方法，所述工作液由下列按质量百分比计的原料制备而成：富勒烯0.01％～1％、水性防锈剂20％～40％、清洗剂5％～10％、爆炸剂5％～10％、缓蚀剂0.5％～1％、杀菌剂1％～5％、表面活性剂0.5％～3％、防冻剂0.5％～5％、消泡剂0.1％～3％、纯净水补齐余量至100％；本发明具有加工效率高、排渣及防锈性能好、工作液寿命长、工件表面干净以及表面粗糙度低等特点，同时该复合工作液为纯水性，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工领域，尤其是富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液及制备方法。
背景技术
电火花线切割加工是利用线状电极靠火花放电对导电工件进行切割，故称电火花线切割。它主要用于模具制造、新产品的试制以及各种形状复杂精密零件的加工等等。电火花线切割加工具有加工余量小、精度高、生产成本低和生产周期较短等优点，在汽车、家电、轻工、航空等领域中得到广泛应用。电火花线切割加工的原理是利用往复走丝的细金属线做工具电极对导电工件进行脉冲火花放电，产生电腐蚀现象来电蚀多余金属，达到对工件的尺寸、形状及表面预定的加工要求。电火花线切割复合工作液的主要作用是在加工过程中产生的脉冲性火花放电时作为绝缘工作介质，并能够有助于蚀除产物排除和电极冷却以及工件表面防锈的作用。因此，电火花线切割复合工作液是影响保护电极丝和工件加工质量的主要因素之一。专利CN101161797B中公开了一种电火花线电极切割的水溶性放电介质，其解决了传统水溶性放电介质具有油及油溶性化合物，从而具有环境友好的特性，但其使用过程中加工出来的工件表面具有爆炸坑，工件表面粗糙度高，一般Ra高于0.9，同时该专利公开的放电介质使用寿命也不能满足日益提高的加工要求。彭丽等人([J].电加工与模具,2014(06):59-62+66)也提出来水溶性的复合工作液可显著提高加工工件质量，如表面无蚀除物、无条纹等优点，同时也提出需要进一步提高加工效率和降低加工工件的表面粗糙度。
经实践，现有的电火花线切割复合工作液在使用过程中存在以下一些问题：
1.加工工件表面粗糙度Ra普遍较高，一般高于0.9。
2.加工效率较低，割一修二的综合效率一般在4500mm2/h。
3.复合工作液使用寿命较短，一般15天之后，效果急剧变差。
4.排渣能力差，工件易生锈等。
发明内容
为此，本发明为解决上述问题，提供富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液及制备方法，该富勒烯基的复合工作液不仅具有优异的加工效率、排渣性能、防锈性能和长寿命，使加工工件具有更低的表面粗糙度，同时对环境更为友好。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，所述工作液由下列按质量百分比计的原料制备而成：
进一步改进，使用所述工作液加工的工件表面粗糙度Ra为0.5～0.8。
进一步改进，所述富勒烯为富勒烯C60醇类、富勒烯C70醇类、富勒烯C84醇类中的一种或两种。所述富勒烯C60醇类、富勒烯C70醇类、富勒烯C84醇类分别为可溶于水的富勒烯C60醇类、富勒烯C70醇类、富勒烯C84醇类衍生物。
进一步改进，所述水性防锈剂为失水山梨醇单油酸酯、烷基醇酰胺、醇胺盐、CP-50防锈剂、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丁醇胺中一种或两种进行混合而得。所述醇胺盐为醇胺与酸常温下复配生成的产物，酸可以是无机酸，也可以是有机酸。
进一步改进，所述清洗剂为乙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁醇、氢氧化钠中的一种或多种。
进一步改进，所述爆炸剂为蔗糖、聚乙二醇中的一种或两种。
进一步改进，所述缓蚀剂为苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑、巯基苯骈噻唑、硼酸锌、磷酸锌中的一种或多种。
进一步改进，所述杀菌剂为酰基苯胺、异噻唑酮衍生物、磷酸二氢铵中的一种或两种；表面活性剂为硬脂酸、酰胺、甜菜碱中的一种或两种。
进一步改进，所述防冻剂为乙醇、丙二醇丁醚、甲酰胺、醋酸钠、尿素中的一种或两种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷中的一种或两种。
富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液的制备方法，包括以下步骤：(a)将富勒烯溶于一定量纯净水中，完全溶解后再依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在55-65℃进行反应1-2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在55-65℃搅拌0.3～1.0小时，即可得到富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液。
富勒烯作为新型纳米材料，具有优异的物理化学性质，可应用在生物制药、能源领域、工业领域等，因此在1996年获得诺贝尔化学奖的纳米材料。富勒烯新型纳米材料，可在加工过程中在加工表面形成化学腐蚀和机械磨削的作用，从而提高工件加工效率和提升表面光洁度。
通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
1.加工效率有效提高，同一台设备可提高加工效率10％以上，有效节约工件加工时间，提高工作效率；
2.加工工件表面粗糙度显著降低，同一台设备加工中表面光洁度可降低20％以上，提高加工质量；
3.排渣性能优异，加工后工件易脱落，工件表面干干净净，不会粘附油泥、铁粉等黑色物质，无需清洗，节约工作时间；
4.防锈性能优异，加工工件时无需追加再喷涂防锈剂，提高工作效率；
5.对环境友好，选用的原料均符合环保要求，无行业禁用品，且产品呈弱碱性，pH值在8.0左右，无刺激性。
具体实施方式
实施例一
本实施例的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：富勒烯(富勒烯C60醇类)0.5％、水性防锈剂(一乙醇胺和三乙醇胺按重量比1:1混合)30％、清洗剂(丙三醇和乙二醇按重量比1:1混合)8％、爆炸剂(聚乙二醇)5％、缓蚀剂(苯骈三氮唑)0.5％、杀菌剂(酰基苯胺)2％、表面活性剂(酰胺)2％、防冻剂(甲酰胺)1％、消泡剂(聚二甲基硅氧烷)0.5％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将富勒烯溶于一定量纯净水中，完全溶解后再依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在60℃进行反应1.5小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在60℃搅拌0.5小时，即可得到富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面干净无油泥，同时显示该富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达7000mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为0.55。且表1中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。所述割一修二指加工工艺，即第一刀开粗，第二刀、第三刀精修，一共割三刀。
对比实施例二
本实施例作为对比实施例，无添加富勒烯(富勒烯C60醇类)的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：水性防锈剂(一乙醇胺和三乙醇胺按重量比1:1混合)30％、清洗剂(丙三醇和乙二醇按重量比1:1混合)8％、爆炸剂(聚乙二醇)5％、缓蚀剂(苯骈三氮唑)0.5％、杀菌剂(酰基苯胺)2％、表面活性剂(酰胺)2％、防冻剂(甲酰胺)1％、消泡剂(聚二甲基硅氧烷)0.5％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将纯净水升温至60℃，依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在60℃进行反应1.5小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在60℃搅拌0.5小时。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面有少量油泥，易清洗干净，同时显示该无富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达5800mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为0.89。表1中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。证明在水溶性复合工作液中添加富勒烯后，可有效提高电火花加工效率，效率提高20.6％。在提高效率的同时，表面粗糙度也显著降低38.2％。
实施例三
本实施例的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：富勒烯(富勒烯C70醇类)0.7％、水性防锈剂(二乙醇胺和丁醇胺按重量比2:1混合)25％、清洗剂(二乙二醇、乙二醇和丁醇按重量比1:2:1混合)6％、爆炸剂(蔗糖和聚乙二醇按重量比1:2混合)8％、缓蚀剂(苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑按重量比2:1混合)0.7％、杀菌剂(酰基苯胺和磷酸二氢铵按重量比1:1混合)3％、表面活性剂(硬脂酸和酰胺按重量比1:1混合)1％、防冻剂(甲酰胺)3％、消泡剂(聚环氧丙烷)2％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将富勒烯溶于一定量纯净水中，完全溶解后再依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在65℃进行反应2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，最后在65℃搅拌0.5小时，即可得到富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面干净无油泥，同时说明该富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达6500mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为0.69。而且表1中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。
对比实施例四
本实施例作为对比实施例，无添加富勒烯(富勒烯C70醇类)的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：水性防锈剂(二乙醇胺和丁醇胺按重量比2:1混合)25％、清洗剂(二乙二醇、乙二醇和丁醇按重量比1:2:1混合)6％、爆炸剂(蔗糖和聚乙二醇按重量比1:2混合)8％、缓蚀剂(苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑按重量比2:1混合)0.7％、杀菌剂(酰基苯胺和磷酸二氢铵按重量比1:1混合)3％、表面活性剂(硬脂酸和酰胺按重量比1:1混合)1％、防冻剂(甲酰胺)3％、消泡剂(聚环氧丙烷)2％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将纯净水升温至65℃，依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在65℃进行反应2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在65℃搅拌0.5小时。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面有少量油泥，易清洗干净，同时显示该无富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达5500mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为1.05。表1中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。同时证明在水溶性复合工作液中添加富勒烯后，可有效提高电火花加工效率，效率提高18.8％。在提高效率的同时，表面粗糙度也显著降低34.3％。
实施例五
本实施例的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：富勒烯(富勒烯C60醇类和富勒烯C70醇类按重量比1:1混合)0.5％、水性防锈剂(二乙醇胺和丁醇胺按重量比1:1混合)30％、清洗剂(二乙二醇、乙二醇和丁醇按重量比1:2:2混合)6％、爆炸剂(蔗糖和聚乙二醇按重量比1:1混合)6％、缓蚀剂(苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑按重量比1:2混合)0.8％、杀菌剂(酰基苯胺和磷酸二氢铵按重量比1:1混合)2％、表面活性剂(硬脂酸和酰胺按重量比1:1混合)4％、防冻剂(甲酰胺)1％、消泡剂(聚环氧丙烷)0.5％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将富勒烯溶于一定量纯净水中，完全溶解后再依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在65℃进行反应2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在65℃搅拌0.5小时，即可得到富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面干净无油泥，同时表2显示该富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达6800mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为0.62。且表2中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。
对比实施例六
本实施例作为对比实施例，无添加富勒烯(富勒烯C60醇类和富勒烯C70醇类按重量比1:1混合)的电火花线切割水溶性复合工作液，原料按照质量百分比制备，包括以下组分：水性防锈剂(二乙醇胺和丁醇胺按重量比1:1混合)30％、清洗剂(二乙二醇、乙二醇和丁醇按重量比1:2:2混合)6％、爆炸剂(蔗糖和聚乙二醇按重量比1:1混合)6％、缓蚀剂(苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑按重量比1:2混合)0.8％、杀菌剂(酰基苯胺和磷酸二氢铵按重量比1:1混合)2％、表面活性剂(硬脂酸和酰胺按重量比1:1混合)4％、防冻剂(甲酰胺)1％、消泡剂(聚环氧丙烷)0.5％、纯净水补齐余量至100％。制备过程为：(a)将纯净水升温至65℃，依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在65℃进行反应2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在65℃搅拌0.5小时。
实验效果请参考表1和表2，其中表2说明加工工件表面有少量油泥，易清洗干净，同时显示该无富勒烯的电火花线切割水溶性复合工作液割一修二的综合效率可达5900mm2/h，而且表面粗糙度达到Ra为0.83。表2中显示工件无生锈迹象，防锈性能优异。同时证明在水溶性复合工作液中添加富勒烯后，可有效提高电火花加工效率，效率提高15.3％。在提高效率的同时，表面粗糙度也显著降低25.3％。
表1.实施例中不同复合工作液的理化指标
表2.在同一测试条件下不同复合工作液的加工效果
注：加工设备统一为中走丝线切割加工设备；加工工件材料为45号钢，高度为100mm；加工条件：第一刀：偏移量0.145mm、脉宽30μs、脉间210μs、脉冲电流9A、脉冲电压3V、走丝速度1档；第二刀：偏移量0.085mm、脉宽3.0μs、脉间30μs、脉冲电流4A、脉冲电压1V、走丝速度5档；第三刀：偏移量0.080mm、脉宽2.0μs、脉间5μs、脉冲电流3A、脉冲电压1V、走丝速度4档。
尽管结合优选实施例具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，其特征在于：所述工作液由下列按质量百分比计的原料制备而成：富勒烯0.7％～1％、水性防锈剂20％～40％、清洗剂5％～10％、爆炸剂5％～10％、缓蚀剂0.5％～1％、杀菌剂1％～5％、表面活性剂0.5％～3％、防冻剂0.5％～5％、消泡剂0.1％～3％、纯净水补齐余量至100％；
所述富勒烯为富勒烯C60醇类、富勒烯C70醇类、富勒烯C84醇类中的一种或两种；
所述水性防锈剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丁醇胺中一种或两种进行混合而得；
所述表面活性剂为硬脂酸、酰胺、甜菜碱中的一种或两种；
所述爆炸剂为聚乙二醇；
使用所述工作液加工的工件表面粗糙度Ra为0.5～0.8。
2.根据权利要求1所述的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，其特征在于：所述清洗剂为乙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁醇、氢氧化钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，其特征在于：所述缓蚀剂为苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑、巯基苯骈噻唑、硼酸锌、磷酸锌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，其特征在于：所述杀菌剂为酰基苯胺、异噻唑酮衍生物、磷酸二氢铵中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液，其特征在于：所述防冻剂为乙醇、丙二醇丁醚、甲酰胺、醋酸钠、尿素中的一种或两种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷中的一种或两种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)将富勒烯溶于一定量纯净水中，完全溶解后再依次加入水性防锈剂、清洗剂、爆炸剂和缓蚀剂，在55-65℃进行反应1-2小时得到一次混合液；(b)在一次混合液中依次加入杀菌剂、表面活性剂、防冻剂和消泡剂，再加入纯净水补齐余量至100％，在55-65℃搅拌0.3～1.0小时，即可得到富勒烯基的电火花线切割水溶性复合工作液。
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