CN1238480C - 一种低表面张力金属切削液及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于对冷却液的改进，尤其涉及要求较高的气缸套内孔珩磨及高速切削加工用切削液，其特征是切(磨)削液中复合有低表面涨力的氟碳表面活性剂，使组成切削液的表面涨力大大降低，再辅以优良的钼酸盐防锈剂，使本发明切削液5%浓度的表面涨力小于等于30mN/m，极具极强的消泡性能≤1ml/3min，使用性能基本达到煤、柴油的要求，是一种理想的水溶性切削液。完全可以取代煤柴油在要求较高的珩磨及高速切削中使用，工作环境干净无油雾，对人体皮肤无刺激，安全可靠，使用成本仅是煤、柴油的2/3。

Description

一种低表面涨力金属切削液及制备方法
技术领域
本发明是关于对金属切削液的改进，尤其是用于要求较高的气缸套内孔珩磨及加工中心、数控机床等高转速切削加工的冷却系统。
背景技术
气缸套内孔，为满足活塞、活塞环高速运动及不能有漏油要求，因而需很高的光洁度，其珩磨需采用粒度极细(例如180-240目)的金刚砂条研磨。然而细粒度砂条在与气缸壁珩磨过程中产生的硼合金微粉，极易进入砂条微孔造成砂条微孔堵塞，影响珩磨正常有效进行。为使堵塞在砂条微孔中的金属微粉在磨削时得到清洗排除，因此通常需采用表面涨力低、渗透性和清洗性均好、又具备一定防锈性能的煤、柴油作冷却液，以满足气缸套内孔珩磨工艺要求；高转速切削加工中为使刀具在切削瞬间能得到有效冷却清洗，也需采用低表面涨力、高渗透性的煤、柴油作冷却液。然而煤、柴油在珩磨及高速切削加工过程中会产生大量油蒸汽，一方面污染环境，对人体皮肤产生过敏危害；同时油蒸汽又极易燃烧，因而生产中存在着严重的火灾隐患，不利于安全生产；其次，煤、柴油又是重要的工业和生活能源，直接作冷却液大量使用，不仅浪费能源，而且使用成本较高。而通常的人工合成冷却液，由于表面涨力较大，一般在40mN/m左右，达不到煤、柴油使用性能，渗透性及清洗性能均不能满足对细砂条清洗及高速切削瞬间冷却要求，因而都不能用于气缸套内孔珩磨及高速切削加工。因此气缸套内孔珩磨及高速切削加工，以水代油是人们长期渴望解决而未获成功的一大技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种既有煤、柴油的低表面涨力、高渗透性及清洗性，和优良的防锈性，又基本对环境无污染，能替代煤、柴油高要求的低表面涨力金属切削液。
本发明的另一目的在于提供一种上述低表面涨力金属切削液的制备方法。
本发明为获得低表面涨力切(磨)削液，主要改进经过大量反复筛选，在人工合成切液中加入具有能显著降低表面涨力和高渗透及清洗能力的氟碳表面活性剂，从而使合成的切液具有低的表面涨力，5％浓度≤30mN/m，可达到煤、柴油相似的渗透清洗使用性能，满足气缸套珩磨及加工中心、数控机床等高速切削对润滑冷却的高要求。具体说，本发明低表面涨力金属切削液，包括表面活性剂、防锈剂、润滑剂及水，其特征在于所说表面活性剂中有氟碳表面活性剂，使合成切削液5％浓度的表面涨力小于30mN/m。
本发明所述氟碳表面活性剂，相对碳氢表面活性剂，其分子特点是由氟碳链代替碳氢链，即指表面活性剂分子中的非极性基由氟碳链组成，既包括多氟也包括少氟的表面活性剂。氟碳表面活性剂，由于分子结构中导入了全氟或部分含氟的氟碳链代替了碳氢链，其非极性基不仅有疏水性质，而且独具疏油性能，加之氟碳链之间很弱的相互作用，使其在水中呈现很高的表面活性，即非常低的表面涨力。使之不仅可以用于切削液，满足切(磨)削液对表面活性剂要求，而且其加入后的一个主要作用可大大降低合成切削液的表面涨力，使复配的切(磨)削液具有优异的渗透能力和清洗性能，并且还能极大地提高消泡性能，此为本发明关键所在。由于氟碳表面活性剂具有极强的表面活性，加入少量就能显著降低表面涨力，因此本发明加入量无特别限定，加入量只要大于总量0.5％WT，即能基本接近煤、柴油的使用性能，加入量多得到的切削液表面涨力就低，加入量与降低表面涨力呈显著正相关，从满足珩磨及高速切削基本要求，并兼顾性能和成本两因素，本发明氟碳表面活性剂加入量以0.8-2％较为合适，合成的切削液既能满足珩磨工艺要求，又具有相对低的成本。经试验氟碳表面活性剂与基他表面活性剂具有良好的相溶性，因此本发明切削液中表面活性剂作用、要求与通常冷却液基本相仿，无特别要求，但尤以非离子型表面活性剂为优。本发明防锈剂，与通常冷却液防锈剂功能和要求基本相同，可以是已知的各种具有防锈功能的防锈剂，但为不使防锈剂的加入而影响切削液的表面涨力或造成氟碳表面活性剂用量的增加，加重成本，经试验本发明防锈剂优选采用钼酸盐，不仅具有更优良的防锈性能，而且还有助于降低切削液的表面涨力。本发明中钼酸盐可以单用，但考虑到成本，以与其它防锈剂复配为好，用量以2-10％较为适宜，既有优良的防锈性能，而且成本相对较低。本发明其他表面活性剂、防锈剂、润滑剂含量与通常冷却液基本相同，无特别要求。
本发明上述低表面涨力金属切削液的制备方法，包括将表面活性剂单体、防锈单体、及消泡剂、灭菌剂，润滑剂及余量水缩合，其特征在于所说表面活性剂单体中的氟碳表面活性剂先经有机助溶剂溶解，制得含氟碳表面活性剂单体，再与其他添加剂缩合反应。为有利缩合反应充分完全，并缩短反应时间，本发明缩合反应最好在50——80℃温度下进行较为适宜。所说有机助溶剂，尤以异丙醇或聚乙二醇为优，如果采用异丙醇助溶剂，则先将氟碳表面活性剂加入助溶剂中充分溶解后，再与其他表面活性剂复合；如采用聚乙二醇，因其既是助溶剂，又是一种非离了表面活性剂，因此可以将两者加入一起复合。助溶剂量以氟碳表面活性剂的3——5倍为优。
本发明切削液由于选用添加与其他非氟表面活性剂例如碳氢表面活性剂相溶性好，且具有很高表面活性的氟碳表面活性剂，使得到的切削液具有较低的表面涨力，5％浓度表面涨力≤30mN/m，高的渗透及清洗性能，实际使用其渗透及清洗性能与煤、柴油相仿，完全可以替代煤、柴油用于要求较高的气缸内孔珩磨及其他高速切削的润滑冷却，珩磨效率高，砂条消耗、缸套粗糙度能达到使用柴油水平。其协同效应，不仅增强了使用效果，而且添加量极少，有利实际降低使用成本。使用本发明切削液不仅工作环境干净无油雾，对人体皮肤无刺激，安全可靠，由于添加量极小，对环境基本无影响；而且使用成本低，仅是煤、柴油的2/3，另外替代煤、柴油还可节约能源，并具有极强的消泡性能≤1ml/3min。防锈剂中添加钼酸盐，防锈效果大大优于其他防锈剂，呈现出一种叠加作用。其性能对比见表一、表二。本发明切削液不仅可用于气缸套内孔珩磨，而且还可用于对冷却清洗要求较高的加工中心、数控机床等及缸套精铰等高速切削的冷却润滑使用。
以下结合本发明几个具体实施方式，进一步说明本发明，但实施例不是对本发明的具体限定。
具体实施方式
实施例1：制备1000g含0.8％氟碳表面活性剂的切削液。
将8g锌氟酸表面活性剂搅拌加入32g异丙醇中，直至完全溶解；取200g TX-10非离子表面活性剂加入前面混合液中，并加温至60-70℃保温20分钟，使其充分反应完全溶解得透明的表面活性剂单体。将40g癸二酸防锈剂加入80g三乙醇中，在80-90℃温度中加温溶化得防锈剂单体。将前述分别制得的表面活性剂单体、防锈单体、及通常量的消泡剂、灭菌剂，润滑剂和余量水混合，加温50-80℃缩合搅拌半小时得透明切削液。取少量稀释至5％浓度，测得表面涨力为30mN/m，防锈试验7天合格。
实施例2：制备1000g含2％氟碳表面活性剂的切削液。
将20g含硅氟碳表面活性剂(如CF3SiCl3或(CF3)2SiCl2)搅拌加入80g异丙醇中，直至完全溶解；取200g 2040聚醚非离子表面活性剂加入前面混合液中，并加温60-80℃搅拌，使其充分反应完全溶解得透明的表面活性剂单体。将20g癸二酸粉剂加入40g三乙醇中，在80℃中溶化；取50g钼酸钠以热水溶化。将前述分别制得的表面活性剂单体、防锈单体、及通常量的消泡剂、灭菌剂，润滑剂和余量水混合，加温60-80℃缩合搅拌半小时得透明切(磨)削液。取少量稀释至5％浓度，测得表面涨力为27mN/m，防锈试验15天合格。
实施例3：制备1000g含5％氟碳表面活性剂的切(磨)削液。
将50g RFCH2 CH2S CH2 CH(OH)CH2O(CH2CH2O)7CH3非离子氟碳表面活性剂、200g聚乙二醇、含钼酸铵的防锈单体、及消泡剂、灭菌剂，润滑剂和余量水混合，加温50-80℃缩合搅拌半小时得透明切削液。取少量稀释至5％浓度，测得表面涨力为25mN/m，防锈试验15天合格。
为描述方便，本发明所说冷却液与切(磨)削液为同义语。本发明所述低表面涨力金属切削却液，是指按通常表面活性剂测定方法，5％浓度表面涨力≤30mN/m。
          表一本发明切削液与其他切削液使用对比表
  冷却液型号   冷却润滑   清洗防锈   光洁度  添加量   单价
  LH-1合资   一般   一般   一般  25kg/周   37.70元/kg
  C270(美国)   较好   较好   较好  20kg/周   43.00元/kg
  本发明   较好   较好   较好  20kg/周   26.50元/kg
注：此数据系曲轴加工试验数据
                 表二本发明切(磨)削液与柴油珩磨对比
  冷却液   防锈清洗   珩磨效率   砂条消耗   消耗量   综合成本元/周
  柴油   良好   良好   良好   170kg/周   374元
  本发明   良好   优   良好   10kg/周   255元
注：此数据系缸套内孔珩磨试验数据

Claims (10)

1、一种低表面涨力金属切削液，包括表面活性剂、防锈剂、润滑剂及水，其特征在于所说表面活性剂中有氟碳表面活性剂，使合成切削液5％浓度的表面涨力小于30mN/m。
2、根据权利要求1所述低表面涨力金属切削液，其特征在于所说氟碳表面活性剂加入量在0.5％WT以上。
3、根据权利要求2所述低表面涨力金属切削液，其特征在于所说氟碳表面活性剂加入量为0.8-2％。
4、根据权利要求1所述低表面涨力金属切削液，其特征在于所说防锈剂中含有钼酸盐。
5、根据权利要求4所述低表面涨力金属切削液，其特征在于所说钼酸盐加入量为2-10％。
6、根据权利要求1所述低表面涨力金属切削液，其特征在于所说氟碳表面活性剂为含硅氟碳表面活性剂。
7、一种如权利要求1——6所述任一低表面涨力金属切削液的制备，包括将表面活性剂单体、防锈单体、及消泡剂、灭菌剂，润滑剂和余量水缩合，其特征在于所说表面活性剂单体中的氟碳表面活性剂先经有机助溶剂溶解，制得含氟碳表面活性剂单体，再与其他添加剂缩合反应。
8、根据权利要求7所述低表面涨力金属切削液的制备，其特征在于所说缩合在50-80℃温度下进行。
9、根据权利要求7所述低表面涨力金属切削液的制备，其特征在于所说有机助溶剂为异丙醇或聚乙二醇。
10、根据权利要求7所述低表面涨力金属切削液的制备，其特征在于所说助溶剂量为氟碳表面活性剂的3-4倍。
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