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的快速發展，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金屬切削液產品要求更高。為滿足機械制造業不斷進步和發展的需求，筆者研制合成具有潤滑、防銹、清洗、殺菌等多功能的長效環保微乳金屬切削液，以滿足機械制造業切削精度更精密、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。

根據表1和表2測定結果，表明FEP和BP具有優良的極壓抗磨性能。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，以免發生電解現象而破壞乳液。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，能優先吸附在金屬表面或與表面發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，結果表明研制的極壓微乳切削液透明穩定，具有優良的抗磨性、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。

［1］ 熊紅旗,林心勇,戴恩期．環境友好無氯極壓微乳切削液的研制與應用［J］．潤滑與密封，2011，36（1）：102-106．

［2］ 侯萬果，王燦輝，段欣生，等．微乳切削液中防銹劑的研究［J］．軸承，2011（1）：30-32．

［3］ 陳遠霞,周海．長壽命極壓通用型微乳切削液的研制［J］．化工技術與開發，2008，37（7）：13-15,8．

［4］ 程秀蓮,李廣宇,莊園．通用型高性能微乳切削液的研制［J］．潤滑與密封，2010,35（6）：101-103．

［5］ 杜郢．微乳切削液防銹性研究 ［J］．潤滑與密封,2006,31（3）：146-147,153．

［6］ 馮君茜，胡德棟．極壓微乳化切削液的研制與應用［J］．潤滑與密封，2005，30（9）：157-161．

［7］ 王浩慶 ,陳波水,方建華．鎂合金微乳化切削液的研制 ［J］．合成潤滑材料，2011,38（1）：4-6．

［8］ 汪玉瑫 ,崔龍,劉國軍．微乳型切削液的研制［J］．汽車工藝與材料，2010（6）26-30．