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干货 | 新型微乳化切削液的配制方法和性能研究



在金属切削过程中,为提高加工质量,提高切削效率,提高工件的加工精度,延长刀具的使用寿命,减少刀具与工件的摩擦,延长刀具使用寿命,避免材料因切削热而产生的热变形,防止设备和加工件锈蚀,要达到这些目的,采用性能优良的切削液往往可以明显提高切削效率,降低表面粗糙度,取得良好的经济效益(如今,很多企业都引进先进的加工设备,一些数控机床、数控加工中心在企业广泛使用,机械加工行业发展迅猛,使用高性能的金属切削液势在必行,因此开发研制新型金属切削液,对提高企业金属加工液的水平,满足企业生产的需要,取代国内外价格高昂的产品,降低企业生产成本具有重要的现实意义。


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微乳切削液是介于乳化油和合成切削液之间的冷却液,具有乳化油的润滑性、防锈性又具有合成切削液的冷却性和清洗性。微乳切削液和乳化油相比,由于微乳切削液大量使用表面活性剂,使其渗透、清洗能力比乳化油更强;与合成切削液相比,微乳切削液加入了大量的油性剂和油溶性添加剂,极大的提高了微乳切削液的润滑性,因此微乳化切削液的综合性能非常优越。


一、微乳液材料的组成

1、基础油的选用

在实验中采用粘度较低的AN10全损耗系统用油。使用环烷基,减一线AN10全损耗系统用油效果更好,制备的母液更透亮均匀稳定,润滑性能比AN5全损耗系统用油要好,价格也比较便宜,能有效降低成本,适合批量生产(通过实验比较使用环烷基--减一线AN10全损耗系统用油,是比较理想的基础用油,性价比较合适,AN5全损耗系统用油虽然性能更好,但价格较贵,加工成本较高,AN10全损耗系统用油和其它基础油进行性价比较,见表1。

表1各基础油在微乳液中的性价比

基础油

溶液状态

AN32全损耗油

制备微乳液不稳定,不易乳化,容易分层

AN10全损耗油

能形成稳定的微乳液,长时放置稳定,透明度较好,润滑性能好

AN5 全损耗油

能形成稳定的微乳液,长时放置更稳定,透明度更好


2、油溶性缓蚀剂的选用

油溶性缓蚀剂有石油磺酸钠(T702)、石油磺酸钡(T701)、环烷酸锌(704),它们和AN10全损耗系统油混合后,采用不同油溶性缓蚀剂的量能产生不同的效果,见表2。


表2油溶性缓蚀剂在微乳液中的观察情况

项目

T702

T701

T704

6%

8%

10%

0.3%

0.5%

1%

0,5%

1%

2%

防锈性

(铁片)

少锈

无锈

无锈

少锈

少锈

无锈

少锈

少锈

无锈

溶液稳

定性

不稳定

稳定

不稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定


石油磺酸钠(T702)对微乳液有良好的感受性,适量加入防锈效果非常明显,T702作为油溶性缓蚀剂也是很好的表面活性剂能更好地分散在体系中,从而降低水相的积聚程度,起到良好的防锈效果&石油磺酸钡(T701)的:性能不是很好,如果和油溶性缓蚀剂环烷酸锌(T704)匹配使用,对钢、铸铁有良好的防蚀效果,对铜、铝也起到较好的防蚀效果。

3、铝、铜缓蚀剂的选用

NF815是一种含硅的铝材缓蚀剂,PH值在9.7-9.8之间程碱性,不溶于油,溶于水和大多表面活性剂,在微乳液抑制铝材腐蚀效果良好&苯并三氮唑(T706)是一种:铜材缓蚀剂,溶于水和酒精,水温在40摄氏度时溶解度更好,在微乳液抑制铜材腐蚀效果良好,在切削液生产行业被广泛应用,见表3。

表3铝、铜缓蚀剂在微乳液中的观察情况

项目

NF815

项目

T706


0,5%

1%

1,5%


0,03%

0,05%

0,07%

腐蚀性(铝片)

多锈

少锈

无锈

腐蚀性(紫铜片、黄铜片)

多锈

少锈

无锈

溶液稳定性

稳定

稳定

稳定

溶液稳定性

稳定

稳定

稳定


铝材缓蚀剂NF815、铜材缓蚀剂苯并三氮唑(T706)必须和油溶性缓蚀剂、水溶性防锈剂三乙醇胺一起匹配使用可达到最佳防腐效果。

4、水溶性防锈剂的选用

水溶性防锈剂是微乳液的主要防锈成分。常用的种类很多,必须从中筛选和微乳液匹配使用较好的水溶性防锈剂,通过性能对比筛选出性能良好的水溶性防锈剂,见表4。

表4水溶性防锈剂在微乳液中的观察情况

项目

NS

SC

SD

0,5%

1%

2%

0,5%

1%

2%

0,5%

1%

2%

腐蚀性(铁片)

轻锈

轻锈

轻锈

轻锈

轻锈

无锈

轻锈

轻锈

无锈

溶液稳定性

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定

稳定


5、表面活性剂的选用

表面活性是使油和水乳化的关键性物质主要有阴|离子、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂&微乳液在热力学上属于不稳定系,由于表面自由能的作用,水、油比重差和体系中布朗运动的影响如果乳化剂选用不当,那就会岀现油滴凝聚结合现象导致相分离(即破乳)如果选用合适的乳化剂就不会产生破乳。在实验初步选择的表面活性剂是非离子表面活性剂司本一80,它的HLB值是43它的亲油性强另一种是聚乙烯谜烷基(OP--10),它的MLB值是14.5,它的亲水性强,如果单独使用一种表面活性剂短时间微乳液能保持稳定但放置一段时间就会出现分层现象说明体系乳化不平衡,把两种表面活性剂HLB值相差较大相结合两者复配使用能保证微乳液的长期稳定状态。

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6、pH值调节剂的选用

微乳液pH值应该保持在8~9之间,pH值太低容易繁殖细菌导致微乳液腐败降低微乳液的防腐性能使工件和设备锈蚀但是pH值太高会伤害操作者的皮肤,还能造成铝材的腐蚀铝是两性金属铝在碱性值较高的环境里会发生化学反应,所以必须把微乳液的pH值控制在8~9之间。微乳液里含有一定量的水因此可以用水溶性的碱性材料调节pH值。选用三乙醇胺(TEA)是很好的pH值调节剂三乙醇胺(TEA"碱值保持能力强它还是性能很好的水溶性防锈剂适当加入不会使微乳液的体系发生胶凝和析出。在微乳液中可以加入适量EDTA用30%的氢氧化钾的溶液进行溶解来调节pH值EDTA还能降低水的硬度进一步降低微乳液体系的表面张力可以提高微乳液的透明度。


二、微乳化切削液配方确定

把微乳液所用的材料通过实验进行筛选,保证微乳液的各项性能稳定,最终确定了微乳液的配方,见表5。


表5微乳化切削液配方

组分 质量分数, %

组分 质量数,%

AN10全损耗油 37

三乙醇胺 14

石油磺酸钡(T701) NF815缓蚀剂 2

NF815缓蚀剂1,5

石油磺酸钠(T702) 10

司本一80非离子表面活性剂

环烷酸锌(T704) 2

OP--10非离子表面活性剂 2

苯并三氮唑(T706) 0,07

EDTA 1

ND水溶性防锈剂2

KOH30%溶液3

SC 水溶性防锈剂 2

自来水 30


三、微乳化切削液性能评定结果及使用实验结果

在ISO金属加工液分类标准中属于MAF,是一类具有抗磨、防锈、半透明或透明的微乳化切削液%微乳化切削液是介于乳化液与合成切削液之间的产品,ISO及我国标准中微乳化切削液尚无统一标准,暂时借鉴现行的微乳化切削液国际指标(GB/T6144-85)进行性能评定,见表6。


表6实验得出微乳化切削液性能评定结果

项目

指标值

测试值

浓缩液外观

透明液体

红棕色透明液体

储存安定性(-20~0")

无油、皂析出,不分层

无油、皂析出,不分层

pH值

8-10

9

54稀释液消泡性

≤2

≤2

防锈实验(35"±2"),1级铸铁片,单片

48h无锈

48h无锈

防锈实验(35"±2"),1级铸铁片,叠片

8h无锈

8h无锈

防腐蚀实验(55"±2"),钢片,全浸

8h无锈

8h无锈

防腐蚀实验(55"±2"),紫铜片,全浸

24h 无锈

24h 无锈

防腐蚀实验(55"±2"),铝片,全浸

8h 无锈

8h 无锈


把配制的微乳化切削液样品送达本事业部机械加工车间做使用试验,使用结果表明:在机加工车间通过数控机床、数控加工中心和普通车床对微乳化切削液进行试用,经过2个月的时间,对钢、紫铜、黄铜、铝及铝合金共计60个批次进行加工,微乳化切削液体现出良好的防锈性、润滑性、冷却性、清洗性、消泡性,并且自制微乳化切削液对设备油漆无腐蚀,该切削液无毒无污染,无刺激:性气味,对人体皮肤无伤害。


四、结论

实验所得微乳化切削液为红棕色透明液体所研制的微乳化切削液具有良好的防锈性、防腐性、润滑性、冷却性、清洗性,可满足工序间防锈,且满足各项技术指标%本微乳化切削液经权威部门检测,不含国家指定的重金属和有害物质,对眼睛和皮肤无刺激,不易生长微生物,可改善工人的操作条件,对环境不造成污染。


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