新型微乳化切削液的配制方法和性能

李秀峰

（河北省冶金研究院，河北石家莊 050031）

新型微乳化切削液的化學(xué)性質(zhì)介于乳化油和切削液之間，因此新型切削液有較高的潤(rùn)滑性和防銹性。與乳化油相比，新型切削液因合成原材料中會(huì)使用大量的表面活性劑，所以新型切削液的實(shí)際滲透能力比乳化油更強(qiáng)。與合成切削液相比，新型切削液因原材料中加入大量油性劑，所以潤(rùn)滑性更高。

1 微乳液材料的組成

1.1 基礎(chǔ)油的選用

本實(shí)驗(yàn)中所使用的基礎(chǔ)油為黏度較低的AN20全損耗油，且使用減一線AN20全損耗油的效果會(huì)更好，制備出的母液會(huì)更加透亮且質(zhì)地均勻。AN20全損耗油會(huì)比AN6全損耗油多出高潤(rùn)滑的性能，價(jià)格也比較便宜，可以降低制備成本。通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，減一線AN20油在性能上遠(yuǎn)高于AN32油和AN油，是本次新型微乳化切削液實(shí)驗(yàn)最理想的基礎(chǔ)用油，將AN20全損耗系統(tǒng)用油和其他基礎(chǔ)油進(jìn)行性價(jià)比較。

1.2 油溶性緩蝕劑的選用

本次實(shí)驗(yàn)所使用的油溶性緩蝕劑主要有磺酸鈉（T0）、磺酸鋇（T1）和環(huán)烷酸鋅（T2），將它們和AN20全損耗系統(tǒng)油混合后，所產(chǎn)生的實(shí)際效果見表1。由此可以得出實(shí)驗(yàn)溶液穩(wěn)定性較強(qiáng)[1]。

表1 油溶性緩蝕劑在微乳液中的觀察情況

1.3 鋁、銅緩蝕劑的選用

NF816是一種含有硅元素的鋁制緩蝕劑，該緩沖劑的pH值位于9.6～9.7呈堿性，具有不溶于油、溶于水和大多表面活性劑的特性，在新型微乳化切削液中抑制鋁材腐蝕效果良好。苯并三氮唑（Q1）是一種以銅為主要材料的緩蝕劑，可溶于水和酒精，最佳溶解溫度為40℃，在新型微乳化切削液中抑制銅材腐蝕效果良好。鋁、銅緩蝕劑在微乳液中的實(shí)際效果見表2。

表2 鋁、銅緩蝕劑在微乳液中的觀察情況

由表3數(shù)據(jù)可知，NF816與Q1必須與緩蝕劑和防銹劑一起使用才可以達(dá)到最佳的防腐效果[1]。

1.4 水溶性防銹劑的挑選

水溶性防銹劑是新型切削液具有防銹功能的主要成分。現(xiàn)階段市面上常用的防銹劑種類很多，在配置新型微乳化切削液時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)水溶性防銹劑進(jìn)行挑選，進(jìn)而對(duì)比出最為適合新型微乳化切削液的水溶性防銹劑，實(shí)驗(yàn)選用的三種水溶性防銹劑防銹效果見表3。

表3 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

新型微乳化切削液的水乳化主要需要表面活性劑的作用，表面活性劑分布著大量的陰離子、陽(yáng)離子以及非離子。新型微乳化切削液在熱力學(xué)上屬于不穩(wěn)定系種，因?yàn)楸砻婊钚詣┠軌蜃杂勺饔盟⒂偷缺戎夭钶^大的物質(zhì)進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)，所以如果表面活性劑挑選不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致新切削液內(nèi)部出現(xiàn)油滴凝聚的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)初期選用的是非離子表面活性劑（斯盤80非離子表面活性劑），該活性劑的HLB值處于4.3～4.5，因此該表面活性劑的親油性較強(qiáng)。選用的另一種表面活性劑是烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），該活性劑的HLB值處于14.4～14.6，因此該表面活性劑的親水性較強(qiáng)。在新型微乳化切削液的實(shí)驗(yàn)中，如果單獨(dú)使用其中一種表面活性劑，則在短時(shí)間內(nèi)可以保持微乳液的相對(duì)穩(wěn)定，但是經(jīng)過一段時(shí)間的靜止后就會(huì)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，對(duì)此，應(yīng)當(dāng)將兩種表面活性劑相結(jié)合，利用復(fù)配活性劑的方式來維持微乳液的穩(wěn)定[3]。

1.6 pH調(diào)節(jié)劑的選用

新切削液的pH應(yīng)當(dāng)保持在8～9，因pH太低就會(huì)使新型微乳化切削液呈現(xiàn)酸性，容易滋生細(xì)菌，從而導(dǎo)致微乳液出現(xiàn)腐敗，造成微乳液防腐性能低下的現(xiàn)象，并且新型微乳化切削液過酸還會(huì)銹蝕設(shè)備。同時(shí)，如果新型微乳化切削液pH過高，則會(huì)對(duì)操作者的皮膚造成傷害，且還會(huì)造成鋁材設(shè)備的腐蝕，所以新型微乳化切削液的配置必須要控制pH處于8～9。由于微乳液中含有一定的水分，因此新型微乳化切削液的酸堿性可以采用水溶性的酸堿材料進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 新型微乳化切削液配方確定

2.1 新型微乳化切削液的配制

將新型微乳化切削液所使用的材料通過配比實(shí)驗(yàn)的方式逐步進(jìn)行篩選，規(guī)劃出新型切削液的各項(xiàng)性能處于穩(wěn)定區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)，新型微乳化切削液的配制見表4。本文設(shè)計(jì)的新型切削液以S1表示，將pH偏低且使用一段時(shí)間的切削液設(shè)為S2，將pH偏高且使用過一段時(shí)間的切削液設(shè)為S3，將鋁合金放置在上述三種切削液中浸泡下的侵蝕情況見圖1。

表4 新型切削液配方

圖1 鋁合金在三種切削乳化液中浸泡的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct隨時(shí)間變化圖

2.2 新型微乳化切削液性能評(píng)定結(jié)果

在國(guó)際金屬加工液的分類中，該新型切削液屬于MAF類別中的一種，具有高抗磨和高防銹等能力。現(xiàn)階段ISO和我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中并未明確規(guī)定出微乳化切削液的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此本實(shí)驗(yàn)暫借現(xiàn)行的微乳化切削液的國(guó)際指標(biāo)進(jìn)行性能評(píng)定，見表5。

表5 實(shí)驗(yàn)得出微乳化切削液的評(píng)定結(jié)果

將本實(shí)驗(yàn)配制的新型切削液樣品投入到機(jī)械加工車間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后可以發(fā)現(xiàn)，通過將新型微乳化切削液投入到加工車間的數(shù)控機(jī)床和普通車床進(jìn)行試用，在2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，加工機(jī)床對(duì)鋼、黃銅以及鋁合金的加工共計(jì)60個(gè)批次，作用在設(shè)備上的新型微乳化切削液呈現(xiàn)出良好的防銹性、潤(rùn)滑性、冷卻性以及清洗性等性能，因此可以說明本實(shí)驗(yàn)制作的新型微乳化切削液能夠達(dá)到國(guó)際指標(biāo)中的性能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3 結(jié)論

經(jīng)本實(shí)驗(yàn)研制的新型微乳化切削液具有清洗性、防銹性、冷卻性、防腐性以及潤(rùn)滑性等優(yōu)秀性能，可以滿足加工設(shè)備的正常使用。并且本新型微乳化切削液還經(jīng)專業(yè)部門的跟蹤檢測(cè)，確保溶液中不會(huì)存在任何對(duì)人有害的重金屬，對(duì)人體的眼睛和皮膚無直接刺激和間接刺激，適宜廣泛推廣和應(yīng)用。