新型微乳化切削液的配制方法和性能研究

陳福生， 武 洋， 谷從旺

（河南平高電氣股份有限公司， 河南 平頂山 467001）

0 引言

在金屬切削過(guò)程中， 為提高加工質(zhì)量， 提高切削效率，提高工件的加工精度，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，減少刀具與工件的摩擦，延長(zhǎng)刀具使用壽命，避免材料因切削熱而產(chǎn)生的熱變形，防止設(shè)備和加工件銹蝕，要達(dá)到這些目的，采用性能優(yōu)良的切削液往往可以明顯提高切削效率，降低表面粗糙度，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 如今，很多企業(yè)都引進(jìn)先進(jìn)的加工設(shè)備，一些數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心在企業(yè)廣泛使用，機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展迅猛，使用高性能的金屬切削液勢(shì)在必行，因此開(kāi)發(fā)研制新型金屬切削液，對(duì)提高企業(yè)金屬加工液的水平，滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要，取代國(guó)內(nèi)外價(jià)格高昂的產(chǎn)品， 降低企業(yè)生產(chǎn)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

微乳切削液是介于乳化油和合成切削液之間的冷卻液，具有乳化油的潤(rùn)滑性、防銹性又具有合成切削液的冷卻性和清洗性。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劑，使其滲透、清洗能力比乳化油更強(qiáng)；與合成切削液相比，微乳切削液加入了大量的油性劑和油溶性添加劑，極大的提高了微乳切削液的潤(rùn)滑性，因此微乳化切削液的綜合性能非常優(yōu)越。

1 微乳液材料的組成

1.1 基礎(chǔ)油的選用

在實(shí)驗(yàn)中采用粘度較低的AN10 全損耗系統(tǒng)用油。使用環(huán)烷基，減一線AN10 全損耗系統(tǒng)用油效果更好，制備的母液更透亮均勻穩(wěn)定，潤(rùn)滑性能比AN5 全損耗系統(tǒng)用油要好，價(jià)格也比較便宜，能有效降低成本，適合批量生產(chǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較使用環(huán)烷基--減一線AN10 全損耗系統(tǒng)用油，是比較理想的基礎(chǔ)用油，性價(jià)比較合適，AN5 全損耗系統(tǒng)用油雖然性能更好，但價(jià)格較貴，加工成本較高，AN10全損耗系統(tǒng)用油和其它基礎(chǔ)油進(jìn)行性價(jià)比較，見(jiàn)表1。

表1 各基礎(chǔ)油在微乳液中的性價(jià)比

1.2 油溶性緩蝕劑的選用

油溶性緩蝕劑有石油磺酸鈉 （T702）、 石油磺酸鋇（T701）、環(huán)烷酸鋅（704），它們和AN10 全損耗系統(tǒng)油混合后，采用不同油溶性緩蝕劑的量能產(chǎn)生不同的效果，見(jiàn)表2。

表2 油溶性緩蝕劑在微乳液中的觀察情況

石油磺酸鈉（T702）對(duì)微乳液有良好的感受性，適量加入防銹效果非常明顯，T702 作為油溶性緩蝕劑也是很好的表面活性劑能更好地分散在體系中， 從而降低水相的積聚程度，起到良好的防銹效果。石油磺酸鋇（T701）的性能不是很好，如果和油溶性緩蝕劑環(huán)烷酸鋅（T704）匹配使用，對(duì)鋼、鑄鐵有良好的防蝕效果，對(duì)銅、鋁也起到較好的防蝕效果。

1.3 鋁、銅緩蝕劑的選用

NF815 是一種含硅的鋁材緩蝕劑，pH 值在9.7-9.8之間程堿性，不溶于油，溶于水和大多表面活性劑，在微乳液抑制鋁材腐蝕效果良好。 苯并三氮唑（T706）是一種銅材緩蝕劑，溶于水和酒精，水溫在40℃攝氏度時(shí)溶解度更好，在微乳液抑制銅材腐蝕效果良好，在切削液生產(chǎn)行業(yè)被廣泛應(yīng)用，見(jiàn)表3。

表3 鋁、銅緩蝕劑在微乳液中的觀察情況

鋁材緩蝕劑NF815、 銅材緩蝕劑苯并三氮唑（T706）必須和油溶性緩蝕劑、 水溶性防銹劑三乙醇胺一起匹配使用可達(dá)到最佳防腐效果。

1.4 水溶性防銹劑的選用

水溶性防銹劑是微乳液的主要防銹成分。 常用的種類很多， 必須從中篩選和微乳液匹配使用較好的水溶性防銹劑，通過(guò)性能對(duì)比篩選出性能良好的水溶性防銹劑，見(jiàn)表4。

表4 水溶性防銹劑在微乳液中的觀察情況

1.5 表面活性劑的選用

表面活性是使油和水乳化的關(guān)鍵性物質(zhì)， 主要有陰離子、陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑。 微乳液在熱力學(xué)上屬于不穩(wěn)定系，由于表面自由能的作用，水、油比重差和體系中布朗運(yùn)動(dòng)的影響，如果乳化劑選用不當(dāng)，那就會(huì)出現(xiàn)油滴凝聚結(jié)合現(xiàn)象，導(dǎo)致相分離（即破乳），如果選用合適的乳化劑就不會(huì)產(chǎn)生破乳。在實(shí)驗(yàn)初步選擇的表面活性劑是非離子表面活性劑司本—80， 它的HLB 值是4.3，它的親油性強(qiáng)，另一種是聚乙烯謎烷基（OP--10），它的HLB 值是14.5，它的親水性強(qiáng)，如果單獨(dú)使用一種表面活性劑，短時(shí)間微乳液能保持穩(wěn)定，但放置一段時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，說(shuō)明體系乳化不平衡，把兩種表面活性劑HLB 值相差較大相結(jié)合，兩者復(fù)配使用能保證微乳液的長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)。

1.6 pH 值調(diào)節(jié)劑的選用

微乳液pH 值應(yīng)該保持在8～9 之間，pH 值太低容易繁殖細(xì)菌，導(dǎo)致微乳液腐敗，降低微乳液的防腐性能，使工件和設(shè)備銹蝕， 但是pH 值太高會(huì)傷害操作者的皮膚，還能造成鋁材的腐蝕，鋁是兩性金屬，鋁在堿性值較高的環(huán)境里會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以必須把微乳液的pH 值控制在8～9 之間。微乳液里含有一定量的水，因此可以用水溶性的堿性材料調(diào)節(jié)pH 值。 選用三乙醇胺（TEA）是很好的pH 值調(diào)節(jié)劑，三乙醇胺（TEA）堿值保持能力強(qiáng)，它還是性能很好的水溶性防銹劑， 適當(dāng)加入不會(huì)使微乳液的體系發(fā)生膠凝和析出。 在微乳液中可以加入適量EDTA 用30%的氫氧化鉀的溶液進(jìn)行溶解來(lái)調(diào)節(jié)pH 值， EDTA 還能降低水的硬度，進(jìn)一步降低微乳液體系的表面張力，可以提高微乳液的透明度。

2 微乳化切削液配方確定

把微乳液所用的材料通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選， 保證微乳液的各項(xiàng)性能穩(wěn)定，最終確定了微乳液的配方，見(jiàn)表5。

表5 微乳化切削液配方

3 微乳化切削液性能評(píng)定結(jié)果及使用實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在ISO 金屬加工液分類標(biāo)準(zhǔn)中屬于MAF，是一類具有抗磨、防銹、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與合成切削液之間的產(chǎn)品，ISO 及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中微乳化切削液尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， 暫時(shí)借鑒現(xiàn)行的微乳化切削液國(guó)際指標(biāo)（GB/T6144-85）進(jìn)行性能評(píng)定，見(jiàn)表6。

把配制的微乳化切削液樣品送達(dá)本事業(yè)部機(jī)械加工車間做使用試驗(yàn)，使用結(jié)果表明：在機(jī)加工車間通過(guò)數(shù)控機(jī)床、 數(shù)控加工中心和普通車床對(duì)微乳化切削液進(jìn)行試用，經(jīng)過(guò)2 個(gè)月的時(shí)間，對(duì)鋼、紫銅、黃銅、鋁及鋁合金共計(jì)60 個(gè)批次進(jìn)行加工，微乳化切削液體現(xiàn)出良好的防銹性、潤(rùn)滑性、冷卻性、清洗性、消泡性，并且自制微乳化切削液對(duì)設(shè)備油漆無(wú)腐蝕，該切削液無(wú)毒無(wú)污染，無(wú)刺激性氣味，對(duì)人體皮膚無(wú)傷害。

表6 實(shí)驗(yàn)得出微乳化切削液性能評(píng)定結(jié)果

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)所得微乳化切削液為紅棕色透明液體。所研制的微乳化切削液具有良好的防銹性、防腐性、潤(rùn)滑性、冷卻性、清洗性，可滿足工序間防銹，且滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

本微乳化切削液經(jīng)權(quán)威部門檢測(cè)，不含國(guó)家指定的重金屬和有害物質(zhì)，對(duì)眼睛和皮膚無(wú)刺激，不易生長(zhǎng)微生物，可改善工人的操作條件，對(duì)環(huán)境不造成污染。