分析金屬加工液中有機(jī)醇胺對(duì)產(chǎn)品使用性能影響

朱建強(qiáng)，鄧勇躍，陳衛(wèi)忠，江堯華

（江蘇潤(rùn)美新材料有限公司，江蘇 連云港 222100）

隨著加工工藝的不斷變化，工件質(zhì)量高精尖的要求提升，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加工的衛(wèi)生環(huán)境和環(huán)保問題的逐漸重視，環(huán)保、健康、穩(wěn)定的產(chǎn)品，以及科學(xué)、系統(tǒng)、合理的管理維護(hù)方式是所有金屬加工液企業(yè)正面臨的挑戰(zhàn)。金屬加工液（Metalworking fluids）具有潤(rùn)滑、冷卻、防銹、清洗等諸多作用，其作為金屬加工領(lǐng)域的優(yōu)化材料，應(yīng)用產(chǎn)品在加工中能夠提高加工質(zhì)量、效率，減少加工設(shè)備能耗。但是金屬加工液本身會(huì)影響到工作人員的人身健康，加工廢液沒有得到有效處理，還會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。金屬加工液中的有機(jī)醇胺含量，對(duì)產(chǎn)品使用性能有非常直觀的影響，因此，需要在加工階段了解有機(jī)醇胺特性，從而充分發(fā)揮金屬加工液優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化產(chǎn)品使用性能。

1 金屬加工液與有機(jī)醇胺

常見的金屬加工液包括切削液、乳化液、切削油、淬火劑等。參考礦物油含量將金屬加工液類別劃分為四類：礦物油含量在90%～95%之間的純油類金屬加工業(yè)；含量大于50%的乳化類；含量在5%～50%之間的半合成類；不含礦物油的全合成金屬加工液[1]。

從制造業(yè)角度分析，提高生產(chǎn)加工環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。我國(guó)作為國(guó)際市場(chǎng)中制造業(yè)產(chǎn)值相對(duì)較高的國(guó)家，金屬加工液需求量較高。但是金屬加工液在其使用過程中又往往成為危害職業(yè)健康與安全、造成環(huán)境污染的源頭[2]。

在制造業(yè)產(chǎn)品加工中，為了優(yōu)化金屬加工液的性能，其還需要添加防銹劑、有機(jī)醇胺與表面活性劑等其他的添加劑。所有可使用的添加劑中，有機(jī)醇胺pH值、金屬保護(hù)性、乳化性相對(duì)穩(wěn)定，也因此成為金屬加工液一種最常見的原料，廣泛應(yīng)用于乳化液、半合成液等產(chǎn)品生產(chǎn)中。有機(jī)醇胺產(chǎn)品的合理選擇是能否達(dá)到金屬加工液所期望性能的一個(gè)關(guān)鍵因素，與之有關(guān)的性能包括堿值儲(chǔ)備性、緩沖性、pH值穩(wěn)定性等[3]。

2 金屬加工液中有機(jī)醇胺的應(yīng)用

2.1 基本原理

在產(chǎn)品加工時(shí)，可以通過PHS-25雷磁pH計(jì)檢測(cè)金屬加工液的pH值，再以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)金屬加工液的腐蝕性、防銹保護(hù)性。原子吸收光譜儀可檢測(cè)出鈷金屬離子濃度，作為切削工具鈷金屬溶出性分析的參考依據(jù)。應(yīng)用比色法得到溶液變色情況，以此作為磨削工具膠黏劑、砂粒溶出性分析的參考依據(jù)。利用pH計(jì)、聞測(cè)兩種方式檢測(cè)有機(jī)醇胺硼酸鹽pH值、氣味，從而分析其生物穩(wěn)定性。綜合各項(xiàng)性能與檢測(cè)數(shù)值，了解金屬加工液中的有機(jī)醇胺對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響[4]。

2.2 有機(jī)醇胺對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響

2.2.1 pH值穩(wěn)定性

添加有機(jī)醇胺主要是為了賦予金屬加工液所需的堿值儲(chǔ)備性能，保持金屬加工液pH值的穩(wěn)定性，而且有機(jī)醇胺可以為金屬加工液提供足夠的緩沖能力。通過觀察發(fā)現(xiàn)2-氨基-2-甲基丙醇、一乙醇胺的堿性最強(qiáng)，三乙醇胺堿性較弱。伯胺的堿性和提高pH值的能力比叔胺強(qiáng)。此外，根據(jù)不同體積分?jǐn)?shù)下醇胺水溶液檢定得出的pH值可知，三乙醇胺溶液pH值隨其體積分?jǐn)?shù)變化相對(duì)較小，保持pH值穩(wěn)定性能力相對(duì)較強(qiáng)[5]。

2.2.2 金屬腐蝕與保護(hù)

對(duì)比鋁金屬腐蝕程度可知，當(dāng)金屬加工液pH值超過8.5時(shí)，鋁金屬表面氧化鋁膜穩(wěn)定性較差，容易因高堿性加工液導(dǎo)致鋁金屬受到腐蝕。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在（55±2）℃環(huán)境下，選擇容量為100g、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的醇胺水溶液，采用檸檬酸將pH值調(diào)整到8.8，將提前打磨好的鋁標(biāo)準(zhǔn)試片放入到醇胺水溶液中浸泡24h[6]。利用原子吸收光譜儀檢測(cè)醇胺水溶液中的鋁離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)觀察可以發(fā)現(xiàn)，二甘醇胺、二乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、一乙醇胺對(duì)鋁金屬的腐蝕較小，其溶解的鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0×10-5%。三乙醇胺對(duì)鋁金屬的腐蝕程度最高，鋁離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)2.35×10-4%。

對(duì)比銅金屬腐蝕程度可知，金屬加工液中的有機(jī)醇胺可能會(huì)和銅金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，隨之在銅表面生成氧化銅膜，從而腐蝕銅金屬。在堿性條件下，銅金屬離子容易結(jié)合有機(jī)醇胺形成不同形式的絡(luò)合物，從而在金屬加工液內(nèi)發(fā)生溶解，造成加工液溶液變色。

根據(jù)ASTM D130腐蝕性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試金屬加工液性能。在溶液測(cè)試環(huán)節(jié)，需要用到100g、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的醇胺溶液，同時(shí)設(shè)定溫度為（55±2）℃。將已經(jīng)打磨完畢的銅標(biāo)準(zhǔn)試片放入醇胺溶液中浸泡24h，利用原子吸收光譜儀檢測(cè)醇胺溶液銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)。最終可以發(fā)現(xiàn)二甘醇胺不會(huì)在紫銅表面形成嚴(yán)重腐蝕，一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇對(duì)紫銅的腐蝕程度較高。

對(duì)比鐵金屬防銹保護(hù)性能可知，新生態(tài)的金屬表面和大氣中的水分發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生銹斑。當(dāng)添加了有機(jī)醇胺類物質(zhì)后，降低了金屬表面催化活性，一定程度上減緩了銹斑的產(chǎn)生速度。金屬加工液有機(jī)醇胺和金屬之間發(fā)生作用，隨即在金屬表面生成不溶性的致密氧化膜，該氧化膜可有效隔斷空氣中的水蒸氣，解決金屬電化學(xué)腐蝕的問題。按照防銹性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的醇胺溶液，設(shè)定測(cè)試溫度為（35±2）℃，濕度為95%，將測(cè)試時(shí)間調(diào)整為3h。檢測(cè)結(jié)果表明，有機(jī)醇胺可以起到鑄鐵防銹作用，一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇具有較好的氣相防銹性能。

2.2.3 儀器與工具使用期限

碳化鎢工具鈷金屬溶出將直接影響到工具的實(shí)際使用期限。對(duì)于溶入加工液中的鈷而言，其有可能造成操作人員過敏等癥狀，威脅操作人員的人身健康。同時(shí)，鈷在廢液處理階段，也會(huì)因處理不合理導(dǎo)致環(huán)境污染。一般而言鈷溶出量一旦有所增多，將導(dǎo)致pH值降低，繼而出現(xiàn)金屬加工液變色的情況。選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的醇胺溶液，其中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的鈷粉，利用檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值到9.0，然后在磁力攪拌下反應(yīng)時(shí)間21d，最后使用原子吸收光譜儀檢測(cè)有機(jī)醇胺溶液中的鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)二甘醇胺鈷溶出小，2-氨基-2-甲基丙醇溶液對(duì)于鈷的保護(hù)效果小于一乙醇胺。三種乙醇胺溶液中，乙醇胺和鈷離子結(jié)合后會(huì)生成絡(luò)合物，鈷粉表面附著的鈷進(jìn)入溶液后可以改變?nèi)芤旱念伾?，而二甘醇胺?-氨基-2-甲基丙醇溶液無明顯顏色變化。

砂輪的主要原料為膠黏劑和磨料，考慮到金屬加工液包含的活性物質(zhì)可能會(huì)使膠黏劑發(fā)生溶解，導(dǎo)致磨料脫落和砂輪變形，縮短其使用期限。為此，將綠碳化硅GC砂輪放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的醇胺溶液中，再以檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值至9.00，在（50±2）℃的恒溫條件下浸泡7d。通過比色法觀察溶液顏色的變化情況，最終發(fā)現(xiàn)五種金屬加工液中常用的醇胺對(duì)綠碳化硅GC砂輪無明顯的溶出反應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

從溶液性能角度來說，金屬加工液中添加有機(jī)醇胺，可以起到改善與優(yōu)化金屬加工液穩(wěn)定性的效果，從產(chǎn)品使用性能角度而言，有機(jī)醇胺會(huì)從多個(gè)維度影響金屬加工液性能。為此，加工制造環(huán)節(jié)需要正確認(rèn)知有機(jī)醇胺對(duì)產(chǎn)品使用性能的干擾，利用金屬加工液具有的多重優(yōu)勢(shì)，從本質(zhì)上提高產(chǎn)品性能，一方面可以延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，另一方面有助于提高金屬加工液應(yīng)用水平，為今后制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中有機(jī)醇胺的使用積累經(jīng)驗(yàn)，繼而推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的飛速發(fā)展。