CN115161102B - 一种无乙醇胺的环保型全合成切削液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于，包括以下重量份成分：第一表面活性剂5‑15份，第二表面活性剂5‑10份，复合防锈剂5‑15份，润滑剂2‑5份，皂化碱0.5‑1份，改性烷基硼4‑7份，水溶性有机钼2‑5份，改性层状磷酸锆0.5‑3份，去离子水36‑55份；所述第一表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、丙烯醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇中的任意一种或几种；所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚。本发明的目的是提供无乙醇胺的环保型全合成切削液，提高金属切削液的摩擦学性能，实现金属的高效润滑。

Description

一种无乙醇胺的环保型全合成切削液
技术领域
本发明涉及润滑剂领域，具体涉及一种无乙醇胺的环保型全合成切削液。
背景技术
金属切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。金属切削过程是指由机床提供必要的运动和动力的条件下，用刀具(或磨具)切除(或磨削)坯件上多余的金属，从而获得形状、精度和表面质量均符合要求的工件的过程。根据工件的形状、精度和表面质量的不同，切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、绞、拉及磨削等。金属材料按预定规格进行切削(或磨削)加工时，为了减轻工具与工件之间的磨擦，增加润滑性，带走因磨擦而产生的热量和提高生产率，在工具与被切削、磨削的金属材料之间注入的液体，称为金属切削液。
金属切削液是金属切削加工中不可缺少的佐料。合理地使用切削液，则可提高切削速度30％左右，降低切削温度100-150℃，减少切削力10％-30％，延长刀具寿命4-5倍，提高工件表面加工质量，并能降低加工成本。金属切削液广泛用于机械加工行业，给人类创造巨大效益的同时，也对人的身体健康构成危害，对环境造成严重污染。首先，切削加工中使用过的废液若不经有效处理直接排放或焚烧会对水资源、大气及土壤造成污染，如切削液中防锈剂磷酸钠的积累会使河流、湖泊因富营养化而出现赤湖；防腐杀菌剂苯酚生物降解性差，对鱼类等水生物有毒性。其次，切削液中的矿物油、表面活性剂等脱脂作用，防腐杀菌剂的刺激性，会使人体皮肤干燥、脱脂，甚至引起开裂、红肿、化脓等。此外，切削液腐败产生的恶臭对呼吸的影响和油基切削液形成的油雾，易引起火灾等不安全因素。随着21世纪金属切削加工向高速、强力和高精度的方向发展，现代苛刻的加工条件对切削液的质量提出了越来越高的要求。数控机床、机械加工中心和柔性制造系统等先进制造技术已逐渐推广应用，而先进制造技术和难加工材料的切削加工均离不开冷却润滑技术，因而，切削液显得越来越重要。
传统的油基切削液润滑性能好，但是冷却性能较差，难以适应苛刻的操作条件。水基切削液冷却性能好，且其成本低，操作环境安全、干净，没有油雾和着火的危险。随着水基切削液性能的不断提高，其使用范围逐渐扩大，出现了油基切削液向水基切削液过渡的趋势。随着全球人类环境保护意识的不断增强和国际社会对生态环境的日益重视，人们越来越重视切削液对环境的污染问题。尽管对环境无污染的干切削技术得到成功的应用，但其应用范围非常有限。今后相当一段时期内，对众多的机械制造企业尤其是传统机械制造企业而言，切削液的使用仍不可避免。因而，在不影响切削液使用性能的前提下，研究和开发对人体无害、废液对环境无(或低)污染的环保型水基切削液具有十分重要的现实意义。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供无乙醇胺的环保型全合成切削液，旨在解决传统加工液存在多功能性差、抗氧化以及润滑失效等不足，提高金属切削液的摩擦学性能，实现金属的高效润滑。
技术方案：一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂5-15份，第二表面活性剂5-10份，复合防锈剂5-15份，润滑剂2-5份，皂化碱0.5-1份，改性烷基硼4-7份，水溶性有机钼2-5份，改性层状磷酸锆0.5-3份，去离子水36-55份；
所述第一表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、丙烯醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇中的任意一种或几种；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚。
优选的，所述复合防锈剂包括四聚蓖麻油酸酯，二聚酸，癸二酸，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑中一种或几种。
优选的，所述润滑剂为酯醇-12，丙酮缩甘油或三聚甘油中一种或几种。
优选的，所述皂化碱为氢氧化钾或氢氧化钠中一种。
优选的，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝8-10/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2-3h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在700-850℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
优选的，所述浓磷酸的浓度为6-8mol/L，恒温反应温度为160-180℃，反应时间为10-50h。一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为80-90wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨120-240min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡30-60min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为60-120min；
S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，得到全合成切削液。
优选的，所述超声时间为30-60min，球磨时间为60-200min。
有益效果：本发明的切削液具有以下优点：
(1)本发明采用高粘度和低粘度差异的第一表面活性剂和第二表面活性剂进行复配，制备得到的切削液成本合理，粘度适宜，并且具有很好的润滑性；
(2)本发明制备得到的切削液质量稳定，性能优良，使用寿命长，能广泛用于加工中心、数控机床、各类金属等多种材质工作，效果良好；
(3)本发明创新性的引入了层状磷酸锆，其中层状磷酸锆为二维片层结构，层间靠范德华力结合，在相互滑动过程中能够降低摩擦系数；本发明所述的层状磷酸锆片层间由于具有低剪切作用，两者之间的协同润滑效应，更有利于形成边界润滑膜，提高润滑添加剂的抗磨性能。
具体实施方式
实施例1
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂5份，第二表面活性剂10份，复合防锈剂15份，润滑剂5份，皂化碱0.5份，改性烷基硼4份，水溶性有机钼2份，改性层状磷酸锆0.5份，去离子水36份；
所述第一表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括苯并三氮唑；
所述润滑剂为酯醇-12；
所述皂化碱为氢氧化钠；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为6mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为180℃，反应时间为10h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝8/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在700℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为80wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨120min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡60min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为60-120min；S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为30min，球磨时间为200min，得到全合成切削液。
实施例2
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂15份，第二表面活性剂5份，复合防锈剂5份，润滑剂2份，皂化碱1份，改性烷基硼7份，水溶性有机钼5份，改性层状磷酸锆3份，去离子水55份；
所述第一表面活性剂为丙烯醇聚氧乙烯醚；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括癸二酸；
所述润滑剂为三聚甘油；
所述皂化碱为氢氧化钾；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为8mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为160℃，反应时间为50h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝10/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡3h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在850℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为90wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨240min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡60min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为60-120min；S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为60min，球磨时间为60min，得到全合成切削液。
实施例3
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂8份，第二表面活性剂8份，复合防锈剂9份，润滑剂3份，皂化碱0.6份，改性烷基硼6份，水溶性有机钼4份，改性层状磷酸锆1.2份，去离子水52份；
所述第一表面活性剂为甲氧基聚乙二醇；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括二聚酸；
所述润滑剂为丙酮缩甘油；
所述皂化碱为氢氧化钠；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为6mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为165℃，反应时间为25h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝8/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在750℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为82wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨160min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡60min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为90min；S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为40min，球磨时间为90min，得到全合成切削液。
实施例4
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂12份，第二表面活性剂6份，复合防锈剂13份，润滑剂4份，皂化碱0.8份，改性烷基硼5份，水溶性有机钼3份，改性层状磷酸锆2.5份，去离子水45份；
所述第一表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括甲基苯并三氮唑；
所述润滑剂为三聚甘油；
所述皂化碱为氢氧化钾；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为8mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为175℃，反应时间为40h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝10/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡3h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在800℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为88wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨200min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡30min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为110min；S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为55min，球磨时间为150min，得到全合成切削液。
实施例5
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂10份，第二表面活性剂6份，复合防锈剂10份，润滑剂4份，皂化碱0.7份，改性烷基硼5份，水溶性有机钼3.3份，改性层状磷酸锆1.8份，去离子水50份；
所述第一表面活性剂为甲氧基聚乙二醇；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括甲基苯并三氮唑；
所述润滑剂为酯醇-12；
所述皂化碱为氢氧化钾；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为7mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为165-175℃，反应时间为35h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝9/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在760℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为85wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨180min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡50min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为100min；S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为45min，球磨时间为120min，得到全合成切削液。
对比例1
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂10份，第二表面活性剂6份，复合防锈剂10份，润滑剂4份，皂化碱0.7份，改性烷基硼5份，水溶性有机钼3.3份，层状磷酸锆1.8份，去离子水50份；
所述第一表面活性剂为甲氧基聚乙二醇；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括甲基苯并三氮唑；
所述润滑剂为酯醇-12；
所述皂化碱为氢氧化钾；
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将层状磷酸锆加入至浓度为85wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨180min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡50min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为100min；
S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为45min，球磨时间为120min，得到全合成切削液。
对比例2
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，包括以下重量份成分：
表面活性剂6份，复合防锈剂10份，润滑剂4份，皂化碱0.7份，改性烷基硼5份，水溶性有机钼3.3份，改性层状磷酸锆1.8份，去离子水50份；
所述表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
所述复合防锈剂包括甲基苯并三氮唑；
所述润滑剂为酯醇-12；
所述皂化碱为氢氧化钾；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S1.将ZrOCl2·8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓度为7mol/L的浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，恒温反应温度为165-175℃，反应时间为35h，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S2.在步骤S1制备层状磷酸锆，按摩尔比Ti/Zr＝9/1的比例缓慢加入然后依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2h至pH值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在760℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性层状磷酸锆加入至浓度为85wt％的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨180min，然后加入表面活性剂，超声震荡50min，再球磨，球磨时间为100min；
S2.再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，超声时间为45min，球磨时间为120min，得到全合成切削液。
选用摩擦磨损试验机，摩擦副分别为YG8硬质合金球和45#钢钢盘。固定参数为：载荷20N，转速600r/min，试验时间为30min。实验前分别石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向45#钢钢盘上逐滴滴上少量无乙醇胺的环保型全合成切削液，启动机器旋转，测试时间30min后，试验停止，记录相关摩擦系数曲线。
表1不同实施例和对比例的无乙醇胺的环保型全合成切削液对摩擦系数
平均摩擦系数
实施例1 0.0623
实施例2 0.0689
实施例3 0.0564
实施例4 0.0587
实施例5 0.0526
对比例1 0.1525
对比例2 0.1156
设置对比例1和2，制备过程未添加改性层状磷酸锆的和第一表面活性剂，进行摩擦实验，并与实施例相比较，其摩擦系数结果如表1所示。本发明所制备的一种无乙醇胺的环保型全合成切削液的摩擦系数和磨损率明显低于未添加改性层状磷酸锆的和第一表面活性剂的切削液，且润滑效果良好，起到了优异的减摩抗磨性能。

Claims (6)

1.一种无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于，包括以下重量份成分：
第一表面活性剂5-15份，第二表面活性剂5-10份，复合防锈剂5-15份，润滑剂2-5份，皂化碱0.5-1份，改性烷基硼4-7份，水溶性有机钼2-5份，改性层状磷酸锆0.5-3份，去离子水36-55份；
所述第一表面活性剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、丙烯醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇中的任意一种或几种；
所述第二表面活性剂为丙二醇嵌段聚醚；
其中，所述无乙醇胺的环保型全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将改性层状磷酸锆加入至浓度为80-90wt%的二甲基亚砜水溶液中，超声混合均匀，然后过滤用乙醇清洗干净，并低温干燥均匀，然后再次加入乙醇进行球磨，球磨120-240min，然后加入第一表面活性剂，超声震荡30-60min，再加入第二表面活性剂，进行球磨，球磨时间为60-120min；
S2. 再依次加入去离子水，复合防锈剂，润滑剂，皂化碱，改性烷基硼和水溶性有机钼，进行超声和球磨，得到全合成切削液；
其中，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：
S11. 将ZrOCl2•8H2O加入至无水乙醇中溶解均匀，然后加入浓磷酸，至溶液体系的pH值低于2，形成混合凝胶，将混合凝胶进行恒温反应，洗涤干燥得到层状磷酸锆；
S12. 在步骤S11制备的层状磷酸锆中，按摩尔比Ti/Zr=8-10/1的比例缓慢依次加入高锰酸钾、四氯化钛，在恒温水浴中搅拌反应60min，反应完成后，先水洗再浸泡2-3h至 pH 值接近中性，过滤后烘干，最后于马弗炉中在700-850℃下加热膨胀，得到插钛磷酸锆。
2.根据权利要求1所述的无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于：所述复合防锈剂包括四聚蓖麻油酸酯，二聚酸，癸二酸，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于：所述润滑剂为酯醇-12，丙酮缩甘油或三聚甘油中一种或几种。
4.根据权利要求1所述的无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于：所述皂化碱为氢氧化钾或氢氧化钠中一种。
5.根据权利要求1所述的无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于：所述浓磷酸的浓度为6-8mol/L，恒温反应温度为160-180℃，反应时间为10-50h。
6.根据权利要求1所述的无乙醇胺的环保型全合成切削液，其特征在于：所述超声时间为30-60min，球磨时间为60-200min。
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