可生物降解的環(huán)保型鎂合金微乳化切削液的制備

陳郁明，周建輝，周玉成，孫雪飛（廣州市聯(lián)諾化工科技有限公司，廣東 廣州 511475）

可生物降解的環(huán)保型鎂合金微乳化切削液的制備

陳郁明，周建輝*，周玉成，孫雪飛
（廣州市聯(lián)諾化工科技有限公司，廣東 廣州 511475）

開發(fā)了一種可生物降解的環(huán)保型鎂合金微乳化切削液，考察了基礎(chǔ)油、緩蝕劑、螯合劑、防銹劑、潤滑劑、表面活性劑和其他添加劑對切削液潤滑性能的影響，篩選出最優(yōu)的微乳化切削液配方（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）：環(huán)烷基基礎(chǔ)油30.0%，改性有機(jī)醇類螯合劑1.5%，復(fù)合緩蝕劑2.5 %，三乙醇胺8.0%，長碳鏈多元羧酸防銹劑5.0%，聚合油酸合成酯潤滑劑16.0%，多元油酸合成酯潤滑劑6.0%，AEO類脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑2.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚類乳化型低泡表面活性劑3.0%，殺菌劑1.0%，消泡劑0.1%，水 24.4%。所開發(fā)的鎂合金微乳化切削液在潤滑、抗硬水、防腐防銹、消泡性能以及使用壽命等各項性能指標(biāo)方面皆優(yōu)于市售的Castrol和Master產(chǎn)品，且價格便宜，其生物降解率為92%，抗硬水能力可達(dá)8 330 mg/L，屬于綠色環(huán)保、高效實(shí)用的鎂合金加工專用微乳化切削液。

鎂合金；切削液；微乳液；制備；生物降解；環(huán)保

First-author’s address: Guangzhou Landnok Chemical Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511475， China

鎂在常用金屬中密度最小，是鐵的 1/4、鋁的 2/3，而且鎂的比強(qiáng)度大，因此被廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、光學(xué)儀器、機(jī)械設(shè)備、計算機(jī)、手機(jī)、音響器材、航空、航海及國防等領(lǐng)域［1-2］，被稱為 21世紀(jì)最具價值的綠色環(huán)保金屬結(jié)構(gòu)材料之一。鎂在常用金屬中是標(biāo)準(zhǔn)電極電位最負(fù)的金屬（-1.73 V），當(dāng)與其他金屬接觸時，易發(fā)生電偶腐蝕［3-4］。即使Fe、Ni、Co、Cu等金屬以微量雜質(zhì)狀態(tài)存在，也會引起鎂合金的嚴(yán)重腐蝕。因此，鎂合金切削加工用油液的性能在鎂合金的加工中顯得至關(guān)重要。

市場現(xiàn)有鎂合金切削液普遍存在潤滑性能不足、鎂合金抗腐蝕性能不強(qiáng)、礦物油含量高、油液生物降解性差、價格貴等缺點(diǎn)，因此，鎂合金切削液，尤其是微乳化切削液的研究與開發(fā)，對提高我國鎂合金微乳化切削液的技術(shù)水平，降低環(huán)境污染程度，取代國外產(chǎn)品，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

1　實(shí)驗

1.1試驗材料與儀器

主要試劑（均為工業(yè)級）見表1。

表1　配制鎂合金切削液所用到的試劑Table 1 Agents used for preparing cutting fluid for magnesium alloy

主要儀器：連華5B-3F（V8）COD型快速測定儀，瑞華THZ-82型氣浴恒溫振蕩器，常熟雙杰JJ200型電子天平，上海雷磁PHS-3E型pH計，廈門天機(jī)MS-10J型四球摩擦試驗機(jī)，上海人和MASTER-α手持折光儀。

1.2切削液的制備

將定量的胺與防銹劑溶解于少量的自來水中，加熱攪拌至完全溶解均勻，按一定順序加入緩蝕劑、潤滑劑、基礎(chǔ)油、余量的水以及螯合劑、表面活性劑、殺菌劑和消泡劑等助劑，攪拌均勻至澄清，5%稀釋液呈透明或半透明澄清狀，即為微乳化切削液。

1.3技術(shù)性能指標(biāo)

鎂合金結(jié)構(gòu)的特殊性與相應(yīng)切削液的潤滑性、生物降解性等特殊性能，暫根據(jù)國內(nèi)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 7453-1994《微乳化切削液》、國標(biāo)GB/T 6144-2010《合成切削液》、IP 287 Determination of Rust Prevention Characteristics of Water Mix Metal Working Fluids—Chip/filter Paper Method、CEC-L-103-12 Biological Degradability of Lubricants in Natural Environment、石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SH/T 0365-1992《乳化油》和 SH/T 0762-2005《潤滑油摩擦系數(shù)測定法（四球法）》以及美國材料與試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) ASTM D2881-03（2009） Standard Classification for Metal Working Fluids and Related Materials，綜合制定適用于鎂合金微乳化切削液的暫行技術(shù)性能指標(biāo)，具體見表2。

1.4腐蝕性能測試

按照J(rèn)B/T 4323.1-1999《水基金屬清洗劑》與JB/T 4323.2-1999《水基金屬清洗劑 試驗方法》，將3塊試片分別放在分析天平上稱重為m1（g），用尼龍絲扎結(jié)牢固，吊掛于500 mL廣口瓶中，試片不得互相接觸。把工作液預(yù)熱至（70 ± 2） °C后加入廣口瓶中，并使工作液液面高于試片頂端約10 mm，加蓋后置于（70 ± 2） °C烘箱下恒溫放置2 h。趁熱取出試片，用蒸餾水漂洗后再用無水乙醇清洗2次，立即熱風(fēng)吹干，與新打磨清洗好的試片對比檢查外觀，去掉尼龍絲稱重為m2（g）。腐蝕質(zhì)量變化Δm與腐蝕率分別按式（1）與式（2）計算。要求至少2塊試片質(zhì)量變化差值＜±2 mg，腐蝕率≤1.0%，且外觀級別為0級，表面無明顯變色，才為合格。

1.5析氫測試

鎂合金金屬切削液析氫測試［5］裝置見圖1。實(shí)驗前先調(diào)整滴定管內(nèi)水位至刻度線上，實(shí)驗時將漏斗口垂直于試樣樣品表面放置，漏斗把產(chǎn)生的氣泡導(dǎo)入滴定管中，根據(jù)觀察前后滴定管的液位差確定收集的氣體量。

表2　鎂合金微乳化切削液性能測試用標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Technical standards for testing performances of micro-emulsion cutting fluid for magnesium alloy

圖1　析氫測試裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of set-up for hydrogen evolution test

1.6生物降解性能測試

生物降解性能的測定參照CEC-L-103-12的生物搖床試驗法。

培養(yǎng)液的制備：取100 g花園土溶于1 000 mL自來水中，充分?jǐn)嚢韬蟪恋? h，用粗濾紙過濾，棄去最初的500 mL濾液，其余濾液經(jīng)二次過濾后備用。

在3 000 mL大燒杯中用自來水配制出2 000 mL 5%稀釋的清洗劑工作液，并加入8 mL的培養(yǎng)液攪拌均勻，用COD快速測定儀測定工作溶液初始COD值C0。取10個250 mL錐形瓶，分別加入200 mL的工作溶液樣品，用棉球封好，放置于恒溫20 °C的搖床內(nèi)振蕩，記錄實(shí)驗開始時間，在第28 d時，用COD快速測定儀測定工作溶液的最終COD值Cf，工作溶液的生物降解率η按式（3）計算：

2　結(jié)果與討論

2.1基礎(chǔ)油的篩選及用量確定

基礎(chǔ)油是微乳液的主要組分，一般含量為10% ～ 30%，種類一般是合成油、礦物油、植物油。植物油雖然潤滑性和生物降解性好，但是其酸值大，容易造成酸化腐敗、成本高。它用量少時，極大地降低微乳液的潤滑性；相反，用量大時會降低清洗性。礦物油屬于石蠟基油，潤滑性良好，但黏度較大，主要應(yīng)用于乳化油中。合成油主要有環(huán)烷基、石蠟基與芳香基化合物。環(huán)烷基化合物具有潤滑性好、生物降解性高、適用范圍寬、兼容性好、毒性低、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在微乳液的研制中應(yīng)用廣泛。基礎(chǔ)油的選擇主要依據(jù)黏度指標(biāo)［6］。一般而言，黏度高，形成的油膜厚，減摩效果好；但基礎(chǔ)油黏度偏高，體系的乳化性變差，O/W（油/水）微乳液中的油性微粒在金屬表面上難以快速鋪展形成完整的油膜，反而導(dǎo)致金屬加工使用時產(chǎn)品潤滑性下降。同時，由于微乳液中需要加入大量的防銹劑、潤滑劑等添加劑，而基礎(chǔ)油應(yīng)具有較佳的溶解性能，黏度低的油分子間作用力小，對其他油溶性物質(zhì)有較強(qiáng)的溶解能力，因此，微乳液應(yīng)選用黏度較低的基礎(chǔ)油［7］。為了保證貯存和運(yùn)輸?shù)陌踩砸约安煌瑓^(qū)域不同溫度的適用性，通過實(shí)驗，確定選用運(yùn)動黏度在25 ～ 30 mm2/s （40 °C），閃點(diǎn)190 ～ 200 °C，傾點(diǎn)-35 ～ -40 °C的環(huán)烷基化合物為基礎(chǔ)油。同時，為保證體系的潤滑性、生物降解性和乳化穩(wěn)定性，經(jīng)試驗對比，含30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）基礎(chǔ)油的微乳化切削液產(chǎn)品均能滿足上述要求。

2.2緩蝕劑與螯合劑的篩選及用量對比

鎂合金無論在酸性、中性還是弱堿性介質(zhì)中都不耐蝕，螯合劑可在一定程度上降低水的硬度，降低水中鈣、鎂離子對鎂合金的腐蝕，而緩蝕劑可在一定程度上阻隔水及空氣與鎂合金所產(chǎn)生的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，所以螯合劑和緩蝕劑的篩選及其應(yīng)用對鎂合金用切削液而言尤為重要。

首先考察兩種螯合劑對鎂合金的腐蝕情況，篩選出最優(yōu)的螯合劑后，再考察其分別與 5種緩蝕劑的協(xié)同使用效果，從而篩選出最優(yōu)的螯合劑與緩蝕劑組合。螯合劑對鎂合金緩蝕效果的影響見表3。

表3　兩種螯合劑對鎂合金緩蝕效果的影響Table 3 Influence of two kinds of chelators on corrosion inhibition of magnesium alloy

表3結(jié)果表明，在配方中當(dāng)改性有機(jī)醇類螯合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.5%時，鎂合金的外觀級別為1，基本合格，說明鎂合金表面的腐蝕較輕，表面光亮度基本良好。而EDTA螯合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少為2.0%時才能達(dá)到幾乎相同的效果。這說明水的硬度越高，鎂合金在溶液中的溶解越快。所以體系中螯合劑的量越多；水的硬度越低，越有利于抑制鎂合金在切削加工中的腐蝕溶解。但以含量為2.0%的EDTA螯合劑添加到切削液體系中時，微乳液狀態(tài)不穩(wěn)定，體系難以澄清，而且5%稀釋液泡沫較多，冷卻性能下降，不利于鎂合金的切削加工。因此，從微乳液體系的性能與產(chǎn)品成本等方面考慮，選1.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性有機(jī)醇類螯合劑為佳，并以此為基礎(chǔ)繼續(xù)考察其與不同緩蝕劑的協(xié)同緩蝕效果。試驗結(jié)果見表4。

表4　螯合劑協(xié)同不同緩蝕劑對鎂合金緩蝕效果的影響Table 4 Influence of the coordination of chelator with different corrosion inhibitors on corrosion inhibition of magnesium alloy

表4結(jié)果表明，與含量為1.5%的改性有機(jī)醇類螯合劑復(fù)配使用的情況下，丙炔醇的烷氧基化物緩蝕劑和氟硅酸鹽類改性緩蝕劑的緩蝕效果明顯較差，且微乳液體系穩(wěn)定性不好；含氮類高分子改性緩蝕劑、含磷類高分子改性緩蝕劑和非磷非硅類高分子改性緩蝕劑對鎂合金的緩蝕效果良好，體系穩(wěn)定、透明，適用性強(qiáng)。由于含氮類高分子改性緩蝕劑屬于對有色金屬通用的緩蝕劑，在金屬加工液行業(yè)中已被證明對鎂合金有一定的緩蝕效果，在1.0%的用量時即可達(dá)到相應(yīng)的緩蝕效果，在2.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時腐蝕率可低至0.7%，鎂合金的緩蝕效果好，體系穩(wěn)定。從成本與性能角度考慮，含氮類高分子改性緩蝕劑以含量為1.0%時最佳。含磷類高分子改性緩蝕劑的添加量在1.5%時即可達(dá)到0.8%的腐蝕率，添加量在2.0%時更可低至0.5%的腐蝕率，緩蝕效果顯著且價格便宜；但由于含磷物質(zhì)對環(huán)境污染較大，因此不考慮使用。非磷非硅類高分子改性緩蝕劑對環(huán)境基本無污染，且其緩蝕效果優(yōu)異，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時其腐蝕率為1.0%，在2.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時腐蝕率低至0.8%。因此，為使緩蝕性能更優(yōu)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5%的改性有機(jī)醇類螯合劑復(fù)配使用的情況下，考察了由質(zhì)量比為 2∶3的含氮類高分子改性緩蝕劑與非磷非硅類高分子改性緩蝕劑組成的復(fù)配緩蝕劑的緩蝕性能。果然，當(dāng)復(fù)合緩蝕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時，鎂合金腐蝕率可低至0.5%?？紤]到成本因素，復(fù)合緩蝕劑取1.5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為佳。

2.3防銹劑與pH的確定

加工過程中，軸承零件和機(jī)床易受周圍介質(zhì)（如水分、氧氣、酸性物質(zhì)）及空氣中灰塵的侵襲而產(chǎn)生銹蝕［8］。在高溫、高濕季節(jié)或潮濕地區(qū)，這種銹蝕尤為突出。因此，要求切削液本身應(yīng)具有良好的防銹性能。切削液pH高，防銹性能好，反之，則防銹性能低。當(dāng)pH低于8，微乳液容易滋生細(xì)菌、真菌等，使體系酸化腐敗，導(dǎo)致其發(fā)臭、破乳、分層、失去潤滑性。而pH太高，會傷害操作者皮膚并容易腐蝕鎂合金。因此，將微乳切削液體系的pH控制在9.0 ～ 9.5范圍內(nèi)較佳。目前，水溶性防銹劑中以應(yīng)用三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺等堿劑復(fù)配有機(jī)酸化合物而成的胺鹽為主。對于堿劑，單乙醇胺易分解，堿性太高，體系pH范圍控制調(diào)節(jié)難度大；二乙醇胺堿性稍弱，但不穩(wěn)定且分解速率快；三乙醇胺堿性弱，基本不分解，但其容易與體系中的金屬（尤其是鉻等有毒重金屬）配位而析出，導(dǎo)致體系中金屬離子含量增多，金屬腐蝕加重，加大體系對鎂合金的腐蝕。因此，通過實(shí)驗確定使用8%的三乙醇胺作為復(fù)合防銹劑中的堿劑，可以最大限度地降低金屬離子的析出。試驗考察了含量為5%的不同有機(jī)酸與三乙醇胺復(fù)配組成復(fù)合防銹劑的防銹性能。不同有機(jī)酸對鎂合金防銹性能的影響見表5。

表5　不同有機(jī)酸防銹劑對鎂合金防銹性能的影響Table 5 Influence of different organic acids anti-rust agents on corrosion protection of magnesium alloy

表 5表明，防銹效果最好的是長碳鏈多元羧酸防銹劑，最差的是二元羧酸防銹劑，而且防銹劑分子中羧酸基數(shù)量越多、碳鏈越長，則其防銹性能越好。防銹劑在金屬表面的吸附有物理吸附和化學(xué)吸附，而組合特殊胺的作用就是典型的物理吸附。5種不同防銹劑顯然都是化學(xué)吸附，防銹效果主要取決于各自不同的化學(xué)吸附能力。而 5種防銹劑都屬于羧酸型防銹劑，都能與金屬表面生成鹽而牢固地吸附在金屬表面，從而有效阻止銹蝕的產(chǎn)生。一元羧酸與金屬表面產(chǎn)生的結(jié)合力不強(qiáng)，因此金屬表面容易銹蝕。由于疏水鏈越長的水溶性有機(jī)分子緩蝕效果越好，因此長碳鏈一元羧酸防銹劑的防銹效果比短碳鏈一元羧酸防銹劑好。多元羧酸防銹劑的防銹性均比一元羧酸防銹劑好，其原因主要是多元羧酸與金屬表面產(chǎn)生的結(jié)合力較一元羧酸強(qiáng)，多元羧酸整個分子的碳鏈都鋪展在金屬表面，且呈網(wǎng)狀牢固地結(jié)合在一起，而一元羧酸是單個地排列在金屬表面，單個分子疏水鏈遠(yuǎn)沒有多元羧酸疏水鏈的面積大。按照羧酸的數(shù)量推斷，二元羧酸防銹劑的防銹性能應(yīng)該比一元羧酸防銹劑好，但表 4的數(shù)據(jù)表明其防銹性能卻不如一元羧酸，這可能是由于該防銹劑的性能主要體現(xiàn)在極壓潤滑的優(yōu)異性上。因此，采用5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的長碳鏈多元羧酸防銹劑與8%三乙醇胺的組合作為特殊胺復(fù)合使用。

2.4潤滑劑的篩選

在金屬加工過程中，為降低被加工金屬可能產(chǎn)生的彈性和塑性形變，需要在切削液中加入潤滑劑與極壓劑以降低摩擦，使金屬表面光潔度好，加工尺寸精度高。經(jīng)試驗，含S、P、Cl、B的極壓潤滑劑均對鎂合金有較大程度的腐蝕，因此，以N46#抗磨液壓油為基礎(chǔ)油，選用非S、P、Cl、B的合成脂肪酸酯為潤滑劑，考察其含量為5%的5種不同合成脂肪酸酯潤滑劑的潤滑性能， 結(jié)果見表6。

表6　5種不同脂肪酸酯潤滑劑對鎂合金加工潤滑性能的影響Table 6 Influence of five kinds of aliphatic acid ester lubricants on processing of magnesium alloy

5種潤滑劑都有極性比較強(qiáng)的羧基，能夠使本來在金屬表面吸附能力不強(qiáng)的N46#抗磨液壓油在金屬表面形成較厚的、強(qiáng)度高的油膜，在試驗負(fù)荷較小時，摩擦表面以液體潤滑為主，在試驗負(fù)荷達(dá)到一定程度，由于摩擦表面只有一層極薄的潤滑膜，不能以液體潤滑劑內(nèi)摩擦完全代替金屬表面的干摩擦，因此，此時需要潤滑劑具有較強(qiáng)的邊界潤滑性。潤滑劑中羧基的摩爾含量越大，聚合度越高，其黏度就越大，在低負(fù)荷運(yùn)行時液體內(nèi)潤滑越強(qiáng)，在高負(fù)荷運(yùn)行時邊界潤滑越強(qiáng)。但潤滑劑的黏度越大，越不利于微乳液體系中各種添加劑組分的兼溶性和穩(wěn)定性。由于產(chǎn)品中潤滑劑用量不少，因此，價格也是其使用中要考慮的重要因素。

表6表明，PB值越高，摩擦因數(shù)越低，潤滑性能越好。聚合油酸合成酯潤滑劑和蓖麻油合成酯潤滑劑的PB值較其他潤滑劑高，說明其潤滑性能優(yōu)異。多元油酸合成酯潤滑劑的潤滑性能較油酸合成酯潤滑劑好，恰恰說明了潤滑劑中羧基的摩爾分?jǐn)?shù)越大，潤滑性能越好。但由于蓖麻油合成酯潤滑劑的價格較高，從潤滑性和價格等因素考慮，同時考慮加工工件與機(jī)械設(shè)備的多樣性，以適量的聚合油酸合成酯潤滑劑和多元油酸合成酯潤滑劑搭配使用效果較佳，且該兩種潤滑劑的生物降解率都不低于95%，生物降解性能優(yōu)異。

2.5表面活性劑的復(fù)配

表面活性劑的復(fù)配使用可提高體系的加工潤滑效果和乳化穩(wěn)定性，從成本與微乳液體系綜合性能等角度考慮均十分有利。表面活性劑的復(fù)配對微乳液區(qū)面積分?jǐn)?shù)與微乳液結(jié)構(gòu)類型和狀態(tài)都有一定的影響。幾種不同HLB值的表面活性劑復(fù)配使用后，混合體系的HLB值介于幾種表面活性劑的HLB值之間［9］。對于固定的油水體系，通常都有一個最佳的HLB值，在這一HLB值下的表面活性劑會對體系產(chǎn)生最佳的乳化效果。因此，可選擇兩種或兩種以上不同親水性或親油性的表面活性劑復(fù)配使用，以獲得最佳的表面活性劑組分。歐盟依據(jù)現(xiàn)有物質(zhì)法規(guī)93/793/EEC對壬基酚（NP、OP等）進(jìn)行了風(fēng)險評估，結(jié)果顯示NP與OP系列的表面活性劑基本不被分解，且殘留物可致毒，對人體與環(huán)境都會造成十分不良的影響。經(jīng)試驗，選擇非NP、OP系列，生物降解性均≥95%，HLB值分別為4和8的AEO類脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑和脂肪醇聚氧乙烯醚類乳化型低泡表面活性劑復(fù)配使用。

2.6其他添加劑的使用

由于微乳液中含有大量的油與水，在這種體系下容易滋生真菌與細(xì)菌，導(dǎo)致微乳液酸化、腐敗，最終變質(zhì)而不能使用，因此，體系中需要加入少量的殺菌劑。同時，由于要保證微乳液兌水稀釋使用時優(yōu)異的冷卻性，泡沫越少，冷卻性越好，因此，必須加入少量的消泡劑。加入輔助添加劑的種類與用量的多少，在日常使用中應(yīng)經(jīng)過有效的論斷，以保證微乳切削液具有優(yōu)異的冷卻性、長效性、油液狀態(tài)穩(wěn)定性和低泡性等性能。

2.7微乳化切削液配方的確定

根據(jù)以上試驗結(jié)果，最終確定生物降解型環(huán)保鎂合金微乳化切削液的配方（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）如下：

其中，緩蝕組合物由40%的含氮類高分子改性緩蝕劑與60%的非磷非硅類高分子改性緩蝕劑組成。

2.8鎂合金微乳化切削液的性能對比

參照鎂合金微乳化切削液的暫行技術(shù)性能指標(biāo)，對自制的可降解型環(huán)保鎂合金微乳化切削液進(jìn)行綜合性能檢測，并分別比較了Castrol和Master的鎂合金微乳化切削液產(chǎn)品，測試結(jié)果見表7。

表7　鎂合金微乳化液產(chǎn)品性能對比Table 7 Comparison between performances of different micro-emulsion cutting fluid products for magnesium alloy

表7表明，自制的生物降解型鎂合金微乳化切削濃縮液的使用壽命較長，是Castrol和Master產(chǎn)品使用壽命的 2倍，這是各種原料與添加劑均勻復(fù)配的最佳效果。在消泡性與腐蝕試驗中，自制微乳液體現(xiàn)出優(yōu)異的冷卻性能與材料保護(hù)性能。PB與μ兩個數(shù)據(jù)顯示，自制產(chǎn)品具有更加優(yōu)異的潤滑性能。由于使用的原料中具有抗硬水的功能，因此，自制微乳液可耐8 330 mg/L的硬水度，這是市場上鮮有的，它使得產(chǎn)品的銷售地域更廣闊，普遍適用性更強(qiáng)。自制產(chǎn)品的生物降解率可達(dá)92%，這是Castrol和Master的鎂合金微乳化切削液所不能媲美的，在環(huán)境保護(hù)越來越重視的中國或者歐美國家，該產(chǎn)品的環(huán)保性更優(yōu)、更受歡迎。析氫量的數(shù)據(jù)表明，在緩蝕劑與螯合劑等各種助劑優(yōu)異的協(xié)調(diào)作用下，微乳液對鎂合金的腐蝕性最低，這是該款產(chǎn)品較Castrol和Master產(chǎn)品更優(yōu)異的最突出之處。同時，自制的鎂合金微乳化切削液在價格上相對便宜，體系穩(wěn)定性好，使用壽命長。

3　結(jié)論

所制備的生物降解型環(huán)保鎂合金微乳化切削液使用了潤滑性好、生物降解性較強(qiáng)、乳化穩(wěn)定性好的環(huán)烷基基礎(chǔ)油，并根據(jù)鎂合金的加工特點(diǎn)，選用不含S、P、Cl、B的合成脂肪酸酯復(fù)配為潤滑劑組分，在非NP、OP系列表面活性劑復(fù)配協(xié)調(diào)作用下，使切削液的潤滑性能得到最大程度地發(fā)揮；選用的螯合劑、緩蝕劑等組分保證了鎂合金加工中的低腐蝕率。該微乳化切削液泡沫低，冷卻性能佳，使用壽命長，對加工刀具與機(jī)床油漆保護(hù)性好。由于其生物降解性好，該切削液用于鎂合金加工后，經(jīng)過簡單處理，可在一定條件下直接排放，基本不污染環(huán)境。

生物降解型鎂合金微乳化切削液的各項綜合性能等均優(yōu)于市售Castrol和Master的鎂合金微乳化切削液，且價格相對便宜，市場應(yīng)用范圍廣，潛力大。

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［ 編輯：韋鳳仙 ］

Preparation of biodegradable environmental-friendly micro-emulsion cutting fluid for magnesium alloys

CHEN Yu-ming， ZHOU Jian-hui*， ZHOU Yu-cheng， SUN Xue-fei

A biodegradable environmental-friendly micro-emulsion cutting fluid for magnesium alloys was developed.The influence of base oil， corrosion inhibitor， chelator， anti-rust agent， lubricant， surfactant， and other additives on lubrication property of the cutting fluid were studied.The optimal formulation was determined as follows： naphthenic base oil 30.0wt%，modified organic alcohol chelator 1.5wt%， composite corrosion inhibitor 2.5wt%， triethanolamine 8.0wt%， long carbon chain polycarboxylic acid anti-rust agent 5.0wt%， polymerized glycerol trioleate lubricant 16.0wt%， polyoleate lubricant 6.0wt%，AEO fatty alcohol polyoxyethylene ether surfactant 2.5wt%， emulsion-type low-foam fatty alcohol polyoxyethylene ether surfactant 3.0wt%， fungicide 1.0wt%， defoamer 0.1wt%， and water 24.4wt%.In comparison with the marketable commercial products of Castrol and Master， the developed micro-emulsion cutting fluid for magnesium alloys has lower price but better performance in aspects of lubrication， hard water resistance， anti-corrosion， defoamation， and service life.Its biodegradation rate is 92.0% and hard water resistance reaches 8 330 mg/L.The green and highly efficient micro-emulsion cutting fluid is a special-purpose cutting fluid for magnesium alloys.

magnesium alloy； cutting fluid； micro-emulsion； preparation； biodegradation； environmental-friendly

TG501.5

A

1004 - 227X （2015） 04 - 0181 - 08

2014-04-08

2014-11-06

陳郁明（1974-），男，廣東廣州人，工程師，主要從事金屬加工用潤滑油的研究開發(fā)與銷售。通信作者：周建輝，工程師，（E-mail） zhoujianhui1985@163.com。