機械制造用微乳切削液的研制及應用*

□ 呂俊凡 □ 鐘 明 □ 黃 奮

1．廣西大學 化學化工學院 南寧 530001

2．南寧凱林杰機械化工有限公司 南寧 530001

金屬切削液是機械制造過程中機加工必不可少的潤滑材料，隨著我國機械制造企業(yè)的快速發(fā)展，機加工設備越來越先進，加工精度要求越來越高，加工材質越來越多樣化，這就對金屬切削液提出了更高的要求，尤其對潤滑性、清洗性、防銹性等性能比傳統(tǒng)金屬切削液產品要求更高。為滿足機械制造業(yè)不斷進步和發(fā)展的需求，筆者研制合成具有潤滑、防銹、清洗、殺菌等多功能的長效環(huán)保微乳金屬切削液，以滿足機械制造業(yè)切削精度更精密、切削材料多樣化、切削溫度更高、對切削液的使用壽命質量更嚴苛的要求。

微乳化切削液具有像乳化切削液那樣的潤滑性、防銹性，又有像合成切削液那樣的清洗性、滲透性、長壽命等優(yōu)良的綜合性能［1-4］，所以微乳化切削液作為應用于先進機加工的切削液產品，被國內外機械加工業(yè)所承認。它可以廣泛用于機械制造中鐵合金、鋁合金、鋅合金、銅合金、鈦合金等金屬的切削和研磨等各種加工工藝，也可以用于沖壓、深拔、冷鍛和熱鍛、擠壓、模壓等成型工藝。

1 潤滑極壓劑的合成及性能檢測

1．1多功能潤滑極壓劑——富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）的合成

1．1．1 富馬酸二乙醇酰胺的合成

在250L反應釜中，先加入70kg富馬酸，逐漸升溫至60℃，然后分批加100kg的二乙醇胺，充以N2作保護氣，開動攪拌器，隨后逐漸升溫至160℃，在此溫度下反應6h，至不再有冷卻水析出時，停止加熱，室溫下自然冷卻出料，產品呈棕紅色油狀液體。

1．1．2 富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）的合成

先將稱好的20kg五氧化二磷溶于適量苯中，隨后在250L反應釜中加入中間體富馬酸二乙醇酰胺170kg，開動攪拌器，分批逐滴加入苯和五氧化二磷的混合溶液，充以N2作保護氣，保持溫度80℃，反應4 h。產品室溫下自然冷卻，呈淡棕紅色軟膏狀物體。

1．2 多功能極壓抗磨添加劑——妥爾油酸二乙醇胺（BP）的合成

稱取80kg的妥爾油酸放入250L反應釜中，充N2作保護氣，以苯作溶劑，加熱使之熔化，并開動攪拌器，小心升溫至110℃左右，分批把90kg的二乙醇胺加入反應器中，升溫到160℃左右，在此溫度下反應約5h，至不再有冷卻水析出時，停止加熱，自然冷卻即得粗產品。經提純后得到棕黃色黏稠狀液體。

1．3 FEP和BP的極壓抗磨性能檢測

將極壓抗磨添加劑在68#基礎油中配成1%濃度，用四球實驗機依據(jù)GB/T3142進行極壓值（PB）和燒結負荷（PD）試驗，結果見表1和表2。

根據(jù)表1和表2測定結果，表明FEP和BP具有優(yōu)良的極壓抗磨性能。本研究將它們作為微乳化切削液的極壓抗磨添加劑。

表1 四球試驗（30min,28℃）

表2 四球極壓試驗（1760r／min,10s,28℃）

2 微乳液基礎油的選擇

基礎油主要起潤滑作用，同時也是油溶性添加劑、表面活性劑等的載體。雖然微乳液中基礎油的含量遠遠低于乳化油中的基礎含油量，但是它直接影響產品的外觀、乳化穩(wěn)定分散等性能。因此，微乳液應選用黏度較低的潤滑油作為基礎油。同時，為了保證運輸、儲存的安全，微乳液的閃點不宜太低，除非特殊要求，一般情況下，煤油、柴油這些低閃點的石油產品不宜作基礎油。本研究采用68#潤滑液壓油作為微乳液基礎油。

3 微乳液防銹添加劑的篩選［5-7］

防銹添加劑主要有水溶性防銹劑和油溶性防銹劑2大類，水溶性添加劑有亞硝酸鈉、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸鹽等。它們與金屬發(fā)生作用，并在金屬表面生成不溶性的致密氧化膜，阻止金屬的電化學腐蝕。這類防銹劑多是電解質，用于乳液時，用量不宜過大，以免發(fā)生電解現(xiàn)象而破壞乳液。油溶性防銹劑主要有磺酸鹽、高分子羧酸及其金屬皂鹽和胺鹽類、酯醇類、胺類、磷酸酯等。它們是極性很強的化合物，能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面發(fā)生化學反應生成保護膜，抵制氧及水對金屬的接觸，本研究選擇了高分子羧酸及其胺鹽衍生物作為防銹添加劑。

4 微乳切削液表面活性劑選擇

根據(jù)油相及材料的選擇，乳化這些極壓劑所需的親水親油平衡值（HLB）為9～14之間。根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑復配，其乳化效果較好［8］，本研究選擇了OP-10及JFC作為分散穩(wěn)定添加劑。

5 殺菌劑的選擇

微乳液容易滋長微生物，使加工液變質腐敗，縮短使用壽命，因此，微乳液自身體系的抑菌功能是非常重要的性能。本研究自主研制的富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）和妥爾油酸二乙醇胺（BP）極壓抗磨劑，經抗菌試驗表明兩者具有優(yōu)良的抑菌殺菌性，無需外加殺菌劑，可保證微乳切削液使用壽命長達1年以上。

6 復合配方的確定

（1）根據(jù)以上實驗結果，以68#基礎油，加入一定量的極壓抗磨劑、防銹劑、表面活性劑、消泡劑、pH穩(wěn)定劑、金屬離子絡合劑等，將其用水溶解，基本組成見表3。

7 微乳切削液的理化性能

按微乳切削液標準JB/T7453-1994對產品進行檢測，結果見表4。

表3 微乳切削液的組成（濃縮液）

表4 檢測結果

檢測結果表明：該產品具有優(yōu)良的潤滑性、防銹性、冷卻性、清洗性，完全符合JB/T7453-1994標準。

8 微乳切削液的應用

本產品應用于中國火箭運載研究院等航天企業(yè)的各種加工中心設備上，對各種材質零件（鑄鐵、不銹鋼、鋁合金、鋅合金、鈦合金等）進行加工，已用于神舟6、7、8、9、10號系列火箭運載飛船和天宮號系列飛船的制造。產品應用于上汽通用五菱、柳工、玉柴、云內動力等全國眾多機械制造企業(yè)，結果表明研制的極壓微乳切削液透明穩(wěn)定，具有優(yōu)良的抗磨性、潤滑防銹性及清洗抗泡性，產品使用壽命長（1年以上無需排放），得到用戶的首肯和好評。

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