半合成鋁合金切削液的研制及應(yīng)用

2020-12-30 08:28:34

石油商技 2020年6期

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

汽車零部件制造業(yè)是切削液的最大終端用戶之一[1]。與其他材料相比，鋁合金密度小、強度高，具備減重效果好的優(yōu)勢，符合國內(nèi)外環(huán)保要求、汽車輕量化及新能源汽車的規(guī)劃[2]。近年來已有越來越多的車型采用了全鋁車身或鋼鋁混合車身[3，4]。但鋁合金化學活性較強，質(zhì)地較軟，黏性強，生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的問題也比較多[5]，為了降低刀具與鋁合金之間的摩擦，往往需要加入具有不同功能的切削液[6]。

高含油量的乳化液加工時存在使用壽命短、加工時能見度較差、易腐敗發(fā)臭、廢液較難處理等問題。全合成型切削液在使用過程中有潤滑性不夠等情況。半合成切削液的潤滑、清洗和冷卻性能介于乳化液和合成切削液之間，綜合了乳化液和合成液的優(yōu)點，彌補了它們的不足，性能優(yōu)異，通用性強[7]。

針對上述市場需求，有必要及時開發(fā)半成型鋁合金切削液。目前根據(jù)客戶工藝材質(zhì)現(xiàn)狀和用液需求，本文研制了一種具有優(yōu)異的防銹性和消泡性等性能的半合成鋁合金切削液，以滿足設(shè)備的使用要求。目前產(chǎn)品已成功實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

配方研制

半合成切削液是透明穩(wěn)定、均勻分散的油水混合體系，在表面活性劑及耦合劑的共同作用下自發(fā)形成的[8]。研制的關(guān)鍵是基礎(chǔ)油與各功能添加劑的合理選擇和復(fù)配，以達到良好的防銹性、防腐蝕性和潤滑冷卻等性能。

基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油是半合成切削液的主要組成部分，其對切削濃縮液的調(diào)配、儲存穩(wěn)定性以及稀釋液的現(xiàn)場維護影響很大。不同類型的基礎(chǔ)油由于烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴含量的不同，其化學和物理性質(zhì)如傾點、黏度指數(shù)和苯胺點等方面有明顯不同。與石蠟基油相比，環(huán)烷基油環(huán)烷烴含量高，正構(gòu)烷烴含量少且芳烴含量低，具有獨特的理化性能，密度在0.9 g/cm3左右，與水的密度接近，對添加劑的溶解能力強，容易乳化并且有較好的乳化穩(wěn)定性[9]。為使配方達到適宜的有效成分和潤滑性，故基礎(chǔ)油選用對添加劑有良好的相溶性且較為穩(wěn)定的環(huán)烷基油作為基礎(chǔ)油原料。

乳化劑的選擇

乳化劑是半合成切削液最主要的添加劑之一。非離子型乳化劑在水中溶解后不電離，根據(jù)親水基團類型不同可分為多元醇型和聚氧乙烯型。該乳化劑穩(wěn)定性比較好，受酸堿和強電解質(zhì)等的影響較少[10]。陰離子型乳化劑為在水中解離產(chǎn)成帶有烷基或芳基的負電荷親水基團的乳化劑，常見如磺酸鹽等，有利于增強切削液的防銹性能。陽離子型乳化劑通常在全合成切削液使用[8]。選用陰離子型乳化劑和非離子型乳化劑，兩種類型混合使用既可以維持濃縮液穩(wěn)定性，又可以增強乳化效果。乳化劑的配伍性考察結(jié)果見表1。

由表 1 可見，4號方案原液外觀均一透明，稀釋液狀態(tài)符合指標要求，因此選用4號方案作為乳化劑體系。

表1 乳化劑的配伍性考察

防銹防腐蝕劑的選擇

切削液在實際使用過程中一般需要用90%以上的水進行稀釋，為保護機床、刀具和工件不受切削液的侵蝕，需要在切削液中加入合適的防銹劑，從而在金屬表面形成保護膜，防止銹蝕問題的發(fā)生。防銹劑一般有兩大類：無機防銹劑和有機防銹劑。無機防銹劑主要針對的是工序間防銹，防銹周期短，常見的可分為亞硝酸鹽和硼酸鹽等幾種類型。有機防銹劑有羧酸及其鹽類和有機胺等幾類。通過配伍性和防銹性考察，選用由醇胺和有機酸復(fù)配生成的羧酸胺鹽和同樣具有優(yōu)異的防銹性能的硼酸酯類作為防銹劑。防銹劑加劑量考察結(jié)果見表 2。

由表2可知，2號方案可使3%稀釋液達到防銹性合格，因此選擇2號方案作為配方組成。

鋁合金有較強化學活性等情況，在加工過程會與環(huán)境中水、空氣、切削液分解氧化產(chǎn)生的腐蝕性產(chǎn)物等接觸，發(fā)生電化學反應(yīng)，致使材料表面受到腐蝕產(chǎn)生黑斑等問題。為了保護工件表面，鋁合金材料切削時需要加入鋁腐蝕抑制劑。硅酸鹽和磷酸酯是常用的鋁腐蝕抑制劑，硅酸鹽在配方中比較容易析出產(chǎn)生沉淀，穩(wěn)定性較差[11]。因此，選用磷酸酯類作為配方的鋁腐蝕抑制劑。鋁防腐蝕劑加劑量考察結(jié)果見表3。

由表3可知，3號方案原液外觀透明均一，防腐蝕性合格且加劑量最少，因此選擇3號方案作為配方組成。