RU2168539C1

RU2168539C1 - Lubricant-cooling liquid for mechanical treatment of materials

Info

Publication number: RU2168539C1
Application number: RU2000126517/04A
Authority: RU
Inventors: Леонид Петрович Ануфриев (BY); Леонид Петрович Ануфриев; нов Виктор Андреевич Емель (BY); Виктор Андреевич Емельянов; ров Ю.В. Котл (RU); Ю.В. Котляров
Original assignee: Леонид Петрович Ануфриев; Виктор Андреевич Емельянов; Котляров Юрий Владимирович
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: lubricants. SUBSTANCE: liquid has the following components, weight %: polyethylenepolyamine, 0.05-0.5; phosphoric acid, 0.025-0.25; glycerol, 0.025-0.25; copper sulfate, 0.0025-0.025; zinc chloride, 0.001-0.01; sodium nitrite, 0.0025-0.025; formalin, 0.001-0.01 and water, the balance. Use of liquid provides decrease of surface roughness by 25-30%, highly effective polishing of different materials, excluding members corrosion, prevention of fungi growth and biological decomposition of liquid. Invention can be used in optical-mechanical, electronic engineering and other branches of industry in diamond-abrasive treatment of articles made of glass, ceramics, semiconductive materials, sapphire, quartz and other materials. EFFECT: enhanced quality of treatment. 3 tbl

Description

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях производства при обработке изделий из стекла, керамики, полупроводниковых материалов, сапфира, кварца и других материалов. The invention relates to diamond abrasive processing of a wide class of materials and can be used in optical-mechanical, electronic and other industries in the processing of glass products, ceramics, semiconductor materials, sapphire, quartz and other materials.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость на основе водорастворимого полиэтиленполиамина (А.С. СССР N 1074895, МКИ С 10 М 173/02, 1984). Данная СОЖ может быть эффективно использована при получистовом и чистовом шлифовании связанным алмазным инструментом изделий из стекла. Особенно эффективно применение данного состава СОЖ при использовании алмазного инструмента на металлической связке, преимущественно на медной связке. Known cutting fluid based on water-soluble polyethylene polyamine (AS USSR N 1074895, MKI S 10 M 173/02, 1984). This coolant can be effectively used for semi-finishing and fine grinding of glass products with a diamond tool. The use of this coolant composition is especially effective when using a diamond tool on a metal bond, mainly on a copper bond.

Однако применение данной СОЖ имеет низкую эффективность при использовании алмазного инструмента на органической связке. However, the use of this coolant has low efficiency when using a diamond tool with an organic bond.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является состав смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки стекла и диэлектриков (Патент РФ N 2062293, МКИ С 10 М 173/02, 1994 - прототип). Данная СОЖ эффективно работает как с алмазным инструментом на металлических связках, так и с инструментом на органических связках. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is the composition of the cutting fluid for machining glass and dielectrics (RF Patent N 2062293, MKI C 10 M 173/02, 1994 - prototype). This coolant works effectively both with diamond tools on metal bonds and with tools on organic bonds.

Однако данный состав СОЖ имеет следующие недостатки и ограничения:
- низкая эффективность при обработке таких материалов, как сапфир, керамика, пьезокварц, стали, полупроводниковые материалы;
- использование в составе СОЖ никеля сернокислого делает его экологически вредным;
- невозможность использования данного состава СОЖ при обработке сталей и некоторых других металлов из-за резкой коррозии деталей под воздействием СОЖ;
- невозможность длительного использования и хранения СОЖ из-за быстрого образования грибков.However, this composition of the coolant has the following disadvantages and limitations:
- low efficiency in the processing of materials such as sapphire, ceramics, piezoelectric, steel, semiconductor materials;
- the use of nickel sulfate in the coolant makes it environmentally harmful;
- the impossibility of using this coolant composition in the processing of steels and some other metals due to the sharp corrosion of parts under the influence of coolant;
- the impossibility of prolonged use and storage of coolant due to the rapid formation of fungi.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности обработки широкого класса материалов и создание экологически безвредного продукта. The aim of the present invention is to increase the processing efficiency of a wide class of materials and the creation of an environmentally friendly product.

Поставленная цель достигается тем, что СОЖ, содержащая воду, полиэтиленполиамин и фосфорную кислоту, дополнительно содержит глицерин, сернокислую медь, хлористый цинк, нитрит натрия и формалин при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Полиэтиленполиамин - 0,05 - 0,5
Фосфорная кислота - 0,025 - 0,25
Глицерин - 0,025 - 0,25
Медь сернокислая - 0,0025 - 0,025
Цинк хлористый - 0,001 - 0,01
Нитрит натрия - 0,0025 - 0,025
Формалин - 0,001 - 0,01
Вода - остальное.This goal is achieved in that the coolant containing water, polyethylene polyamine and phosphoric acid additionally contains glycerin, copper sulfate, zinc chloride, sodium nitrite and formalin in the following ratio, wt.%:
Polyethylenepolyamine - 0.05 - 0.5
Phosphoric acid - 0.025 - 0.25
Glycerin - 0.025 - 0.25
Copper sulfate - 0.0025 - 0.025
Zinc chloride - 0.001 - 0.01
Sodium nitrite - 0.0025 - 0.025
Formalin - 0.001 - 0.01
Water is the rest.

СОЖ готовят смешиванием компонентов в воде до полного их растворения. Составы СОЖ и результаты их испытаний представлены в таблицах 1, 2 и 3. Coolant is prepared by mixing the components in water until they are completely dissolved. The compositions of the coolant and the results of their tests are presented in tables 1, 2 and 3.

Основным компонентом предлагаемого состава СОЖ является полиэтиленполиамин, обеспечивающий высокий смазывающий эффект даже при его низком содержании в воде. Применение в составе СОЖ фосфорной кислоты вместе с полиэтиленполиамином обеспечивает увеличение степени полимеризации полиэтиленполиамина, что уменьшает токсичность СОЖ за счет снижения летучести полиэтиленполиамина. The main component of the proposed composition of the coolant is polyethylene polyamine, which provides a high lubricating effect even with its low content in water. The use of phosphoric acid in the coolant together with polyethylene polyamine provides an increase in the degree of polymerization of polyethylene polyamine, which reduces the toxicity of the coolant by reducing the volatility of polyethylene polyamine.

Применение в составе СОЖ глицерина в количестве от 0,025 до 0,25% обеспечивает облегчение диспергирования обрабатываемого материала, а также обеспечивает образование смазочных пленок на поверхностях обрабатываемого материала и инструмента. Кроме того, в отличие от этиленгликоля глицерин является совершенно нетоксичным материалом. Еще одним преимуществом применения глицерина вместо этиленгликоля является более высокая температура его кипения, составляющая 290^oC (температура кипения этиленгликоля составляет 197,6^oC), что обеспечивает лучшее охлаждение и теплоотвод из зоны контакта инструмента и обрабатываемого материала.The use of glycerol in the coolant in an amount of from 0.025 to 0.25% provides easier dispersion of the processed material, and also provides the formation of lubricating films on the surfaces of the processed material and tool. In addition, unlike ethylene glycol, glycerin is a completely non-toxic material. Another advantage of using glycerol instead of ethylene glycol is a higher boiling point of 290 ^° C (the boiling point of ethylene glycol is 197.6 ^° C), which provides better cooling and heat dissipation from the contact area of the tool and the material being processed.

Дополнительное использование в составе СОЖ сернокислой меди в количестве от 0,0025 до 0,025% и хлористого цинка в количестве от 0,001 до 0,01% позволяет повысить эффективность использования данного состава СОЖ при обработке различного класса материалов. Так, присутствие сернокислой меди в составе СОЖ резко повышает эффективность при обработке различных кремнийсодержащих материалов, таких как стекло, ситалл, кремний. В то же время наличие хлорида цинка в составе СОЖ способствует повышению производительности и стабильности процесса шлифования таких высокопрочных материалов, как керамика из окиси алюминия, сапфир и др. Например, установлено что при использовании раствора хлористого цинка при обработке сапфира и корундовой керамики обеспечивается наряду с увеличением съемов материала на 35-45% также уменьшение шероховатости обрабатываемой поверхности. The additional use of copper sulfate in the amount of 0.0025 to 0.025% and zinc chloride in the amount of 0.001 to 0.01% in the coolant makes it possible to increase the efficiency of the use of this coolant composition when processing various classes of materials. Thus, the presence of copper sulfate in the composition of the coolant dramatically increases the efficiency in the processing of various silicon-containing materials, such as glass, glass, silicon. At the same time, the presence of zinc chloride in the coolant improves the performance and stability of the grinding process of such high-strength materials as ceramic from alumina, sapphire, etc. For example, it has been established that when using a solution of zinc chloride when processing sapphire and corundum ceramics, it is provided along with an increase material removal by 35-45% is also a decrease in the surface roughness.

Дополнительно в состав СОЖ введен нитрит натрия в количестве от 0,0025 до 0,025% в качестве ингибитора коррозии. Эта добавка позволяет не только исключить коррозию обрабатываемых различных металлических деталей, но и предотвращает коррозию металлических деталей шлифовальных станков. Additionally, sodium nitrite in an amount of 0.0025 to 0.025% was introduced into the coolant as a corrosion inhibitor. This additive allows not only to exclude corrosion of the processed various metal parts, but also prevents the corrosion of metal parts of grinding machines.

Дополнительное введение в состав СОЖ незначительного количества формалина (от 0,001 до 0,01%) позволяет исключить образование и рост грибков при длительном использовании и хранении смазочно-охлаждающей жидкости. The additional introduction of a small amount of formalin into the composition of the coolant (from 0.001 to 0.01%) eliminates the formation and growth of fungi during prolonged use and storage of cutting fluid.

Различные составы СОЖ сведены в таблицу 1. The various coolant compositions are summarized in table 1.

Результаты испытаний различных составов СОЖ при шлифовании кремниевых пластин сведены в таблицу 2. Приведены результаты испытаний СОЖ при грубом (1 переход) и тонком (2 переход) шлифовании. При этом для грубого шлифования был использован связанный алмазный инструмент на органической связке марки РТ100, а для тонкого шлифования использовался связанный алмазный инструмент на органической связке марки РТ5Р1, производимый компанией ООО "Прецизионные процессы" (г. Москва). The test results of various coolant compositions during grinding of silicon wafers are summarized in table 2. The test results of coolant during rough (1 transition) and thin (2 transition) grinding are given. In this case, for coarse grinding, a bonded diamond tool with an organic bond of the PT100 grade was used, and for fine grinding, a bonded diamond tool with an organic bonding of the PT5P1 brand manufactured by Precision Processes LLC (Moscow) was used.

Сравнительные результаты шлифования различных материалов с применением СОЖ (прототип) и оптимального заявляемого состава СОЖ приведены в таблице 3. Comparative results of grinding various materials using coolant (prototype) and the optimal inventive composition of the coolant are shown in table 3.

Испытания различных составов СОЖ проводили в сравнении с составом N1, являющимся прототипом. Испытания проводились с использованием шлифовально-полировального станка типа 6ШП-200. Режимы обработки были следующие:
- скорость вращения шпинделя - 80 об./мин;
- удельное давление инструмента на деталь - 0,2 кг/см²;
- количество подаваемой СОЖ - не менее 5 литров в минуту;
- время шлифования в одном цикле - 4 минуты.Tests of various coolant compositions were carried out in comparison with the composition N1, which is the prototype. Tests were carried out using a 6ShP-200 type grinding and polishing machine. The processing modes were as follows:
- spindle rotation speed - 80 rpm;
- the specific pressure of the tool on the part is 0.2 kg / cm ² ;
- the amount of coolant supplied is at least 5 liters per minute;
- grinding time in one cycle - 4 minutes.

Каждый состав СОЖ (табл.1) испытывался при шлифовании не менее 10 штук заготовок. Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты испытаний представляют собой среднее арифметическое значение из всех полученных результатов. Each coolant composition (Table 1) was tested when grinding at least 10 pieces of workpieces. The test results shown in tables 2 and 3 represent the arithmetic average of all the results obtained.

Как следует из таблицы 2, соотношение исходных компонентов в составе СОЖ существенно влияет на параметры процесса шлифования. В таблице не приведены результаты испытаний составов СОЖ, содержание компонентов которых выходит за указанные в формуле изобретения пределы. Соответствующие параметры процессов шлифования с данными запредельными составами СОЖ были существенно хуже, чем результаты в таблицах 2 и 3. As follows from table 2, the ratio of the starting components in the composition of the coolant significantly affects the parameters of the grinding process. The table does not show the test results of the compositions of the coolant, the content of the components of which is beyond the limits specified in the claims. The corresponding parameters of the grinding processes with these transcendental compositions of the coolant were significantly worse than the results in tables 2 and 3.

На основании результатов испытаний, представленных в таблицах 2 и 3, можно сделать вывод, что новый состав СОЖ имеет перед составом СОЖ прототипа следующие преимущества:
- обеспечивает повышение производительности на операциях грубого и тонкого шлифования;
- обеспечивает возможность высокоэффективного шлифования различных материалов, например всех типов стекол, сапфира, кремния и других полупроводниковых материалов, керамики, сталей и пьезокварца;
- обеспечивает повышение качества обработки за счет уменьшения шероховатости поверхности на 25-30% и уменьшения глубины нарушенного слоя,
- является экологически чистым и безвредным для обслуживающего персонала продуктом;
- не вызывает коррозии обрабатываемых деталей и деталей и узлов шлифовального оборудования;
- обладает антисептическими свойствами, препятствует образованию грибков и биологическому разложению СОЖ.Based on the test results presented in tables 2 and 3, we can conclude that the new coolant composition has the following advantages over the prototype coolant composition:
- provides increased productivity in rough and fine grinding operations;
- provides the possibility of highly efficient grinding of various materials, for example, all types of glasses, sapphire, silicon and other semiconductor materials, ceramics, steels and piezoelectric quartz;
- provides improved processing quality by reducing the surface roughness by 25-30% and reducing the depth of the damaged layer,
- is an environmentally friendly and harmless product for staff;
- does not cause corrosion of workpieces and parts and components of grinding equipment;
- has antiseptic properties, prevents the formation of fungi and the biological decomposition of coolant.

Claims

Cutting fluid for machining materials containing water, polyethylene polyamine and phosphoric acid, characterized in that the fluid further comprises glycerin, copper sulfate, zinc chloride, sodium nitrite and formalin in the following ratio, wt.%:
Polyethylenepolyamine - 0.05 - 0.5
Phosphoric acid - 0.025 - 0.25
Glycerin - 0.025 - 0.25
Copper sulfate - 0.0025 - 0.025
Zinc chloride - 0.001 - 0.01
Sodium nitrite - 0.0025 - 0.025
Formalin - 0.001 - 0.01
Water - Else