CN101104831A - 微乳化型不锈钢切削液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属切削加工润滑剂技术领域的一种微乳化型不锈钢切削液，以解决现有的切削液所存在的不能很好地用于不锈钢的切削加工、危害工人健康等问题。本发明切削液由20～40w％的水、5～20w％的石蜡基矿物油或环烷基矿物油、1～15w％的烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂、5～10w％的氯化石蜡、1～10w％的石油磺酸钠、辛酸或烯基丁二酸防锈剂、5～25w％单乙醇胺与三乙醇胺混合而成的混合醇胺、5～15w％的油酸、2～10w％的多元醇月桂酸酯或多元醇油酸酯、0.1～0.5w％的苯并三氮唑、0.1～0.5w％的甲基硅油消泡剂组成。本发明专用于不锈钢的切削加工。
Description
技术领域
本发明属于金属切削加工润滑剂技术领域，涉及一种微乳化型不锈钢切削液。
背景技术
不锈钢切削液一般包括水基切削液和油基切削液。受环境的影响，近年来油基切削液的使用范围正在减少，水基切削液正在快速发展。水基切削液包括乳化型、全合成型、微乳化三种类型。
当前国内外切削液的种类有很多。如CN1142529A所述的切削液，采用煤油、机油、氯化石蜡、乳化剂、太古油、聚乙二醇、防锈成分(包括水、苯甲酸钠、亚硝酸钠、三乙醇胺)等组成。该切削液具有一定的切削和防锈作用，但由于含有亚硝酸钠，会引起工人致癌，在欧洲已经不允许使用了；同时由于氯化石蜡的含量较低，对于不锈钢的切削不够。而CN1321734A所述切削液也采用了亚硝酸钠，并且还是乳化型切削液，使用寿命较短。CN1548505A所述切削液采用基础油和油性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、防锈剂、极压添加剂、耦合剂、铜合金缓蚀剂、防腐剂、消泡剂、铝合金缓蚀剂剂等组成。该切削液用于铝合金、铜合金等易切削金属的加工，对于不锈钢的切削不适合。CN1031107A所述切削液采用石油磺酸钠(石油磺酸钡)、环烷酸铅、氯化石蜡、油酸、三乙醇胺、硼酸、钼酸钠、甲基硅油、10号机械油等组成。该切削液仅含有阴离子乳化剂，而不含有非离子乳化剂，对于硬水的适应性不佳，长时间使用会造成乳化液变质，要经常清洗和维护，增加了工人的工作量，不利于在高速、大型机床上切削加工不锈钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种微乳化型不锈钢切削液，以解决现有的切削液所存在的不能很好地用于不锈钢的切削加工、危害工人健康等问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种微乳化型不锈钢切削液，其特征在于由以下组分组成：
水 20～40w％
矿物油 5～20w％
非离子表面活性剂 1～15w％
氯化石蜡 5～10w％
防锈剂 1～10w％
混合醇 5～25w％
油酸 5～15w％
多元醇酯 2～10w％
苯并三氮唑 0.1～0.5w％
消泡剂 0.1～0.5w％
所述的矿物油为石蜡基矿物油或环烷基矿物油，40℃时运动粘度均为10～32mm2/s，所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚，所述的防锈剂为石油磺酸钠、辛酸或烯基丁二酸，所述的混合醇胺为单乙醇胺与三乙醇胺的混合物，所述的多元醇酯为多元醇月桂酸酯或多元醇油酸酯，多元醇指三羟甲基丙烷或季戊四醇，所述的消泡剂为甲基硅油。
以上组分构成本发明切削液的原液。使用时加水稀释，形成微乳化型的工作液，其性能介于乳化型切削液和全合成切削液之间。用于不锈钢的切削加工，具有如下的有益效果：(1)本发明切削液采用微乳化型的配方，配制成工作液时溶液清澈透明，工人加工时能看清楚不锈钢工件表面的状况，从而可减少报废率、提高生产效率；而现有乳化型的切削液就不能看到不锈钢工件表面的状况。(2)在不锈钢工件的加工过程中，本发明能很好地清洗掉工件表面的污物、手印、碎屑，并冲洗掉机床上的油泥、碎屑等物质，减少了后处理工序。(3)切削液中的防锈剂能很好地在不锈钢表面吸附，从而长时间地保持工件的防锈状况，既不用清洗，又不用增加工艺来防锈，是一举两得的方案。(4)本发明切削液冷却性能优良，能快速渗透到刀具和工件的表面，降低刀具的切削温度，提高刀具的使用寿命，使刀具可以连续使用，减少停工时间，降低工人的劳动强度。(5)按本发明要求配制的工作液能代替乳化型切削液使用，在同样加工量的情况下，比乳化型切削液的使用寿命长。本发明切削液不含有亚硝酸钠，对工人健康无不良影响；COD化学耗氧量≤2000mg/l，后处理容易，符合环保要求。(6)全合成切削液一般都要求较严格的管理和维护，增加了生产厂家的开支。而本发明切削液的各组分都是易于获得的(均可通过市购获得)，价格也不高，使其成本较低，具有优越的性价比。本发明切削液的原液加水稀释，可配制成稳定的工作液，在一般的金属切削机床上都可以使用，具有良好的润滑性能和较低的管理成本。
近年来，我国不锈钢的切削加工量快速增加，对于不锈钢切削液的需求也在同步增加。本发明的微乳化型不锈钢切削液专用于不锈钢的切削加工工艺中，能满足车、削、钻等多种加工场合的要求，起到润滑、防锈、清洗、冷却等作用；同时能减少环境污染，提高生产效率。因此，本发明具有很好的应用前景。
下面结合具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的说明。具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。
具体实施方式
本发明的微乳化型不锈钢切削液(简称为切削液)，由以下组分组成：
水 20～40w％
矿物油 5～20w％
非离子表面活性剂 1～15w％
氯化石蜡 5～10w％
防锈剂 1～10w％
混合醇胺 5～25w％
油酸 5～15w％
多元醇酯 2～10w％
苯并三氮唑 0.1～0.5w％
消泡剂 0.1～0.5w％
以上组分构成本发明切削液的原液。其中，w％表示重量百分数。
所述的水包括自来水、蒸馏水、去离子水。水的硬度一般不高于100wppm，pH值在6.3～7.5之间，氯离子含量为20wppm以下。wppm表示以重量计的百万分之几含量。
矿物油为石蜡基矿物油或环烷基矿物油，40℃时运动粘度均为10～32mm2/s。
非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚；市售的这两类非离子表面活性剂均可以使用。表面活性剂的主要作用是帮助其它添加剂溶于水中，清洗刀具表面。常见的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂(聚氧乙烯醚类)等。本发明采用所述的非离子表面活性剂，可使切削液加水稀释后处于很好的微乳化状态。
氯化石蜡用作切削液的极压抗磨剂，具有较强的极性及较好的极压性能，主要是针对不锈钢加工的特殊要求而添加。含有硫或磷的极压剂也有极压抗磨作用，但对于不锈钢的切削加工，氯化石蜡是较好的选择。
防锈剂为石油磺酸钠、辛酸或烯基丁二酸。烯基丁二酸一般为十二烯基丁二酸或十四烯基丁二酸。所述防锈剂不仅能有效减少切削加工中被加工不锈钢工件的锈蚀，而且还能保护机床不被锈蚀。
混合醇胺为单乙醇胺与三乙醇胺的混合物。这两种化合物的纯度均要求为95w％以上，两者之间的重量配比主要根据切削液(原液)的pH值来确定；本发明要求切削液的pH值为8.5～10.0。
油酸和多元醇酯组成油性剂，具有良好的油性，在不锈钢加工件表面能很好地吸附，提供一定的润滑作用。其中，多元醇酯为多元醇月桂酸酯或多元醇油酸酯，多元醇指三羟甲基丙烷或季戊四醇。
苯并三氮唑主要起防锈、缓蚀的作用。
消泡剂为甲基硅油。
以上所述本发明切削液的各组分，均可通过市购获得，无特殊要求。其中，非离子表面活性剂、氯化石蜡、石油磺酸钠、辛酸、烯基丁二酸、油酸、多元醇酯、苯并三氮唑等均为工业级纯度的化合物。
本发明切削液的制备方法如下：先将混合醇胺和水在室温下混合后，再将其它组分加入。之后，在50～60℃的温度下搅拌30～50分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得本发明的切削液(原液)；该切削液为油状透明液体。使用时，在室温下将切削液加水稀释、混合均匀，得到微乳化型的工作液；切削液原液占工作液总重的2～10w％。用于稀释的水包括自来水、蒸馏水、去离子水。水的硬度一般不高于120wppm，pH值在6.3～7.6之间，氯离子含量为25wppm以下。
实施例
以下实施例1～实施例7中，所用的水为自来水，水的硬度为50wppm，pH值为7.0，氯离子含量为15wppm。矿物油牌号为N32，氯化石蜡产品代号为T301，石油磺酸钠产品代号为T702，单乙醇胺与三乙醇胺的纯度均为98w％。甲基硅油采用锦州康泰添加剂公司生产的T901牌号的甲基硅油消泡剂。各实施例中所用的非离子表面活性剂、氯化石蜡、石油磺酸钠、辛酸、十二烯基丁二酸、油酸、多元醇酯、苯并三氮唑等均为工业级纯度的化合物。以上所有物质均通过市购获得。各实施例中，混合醇胺(单乙醇胺与三乙醇胺)和水均在室温下混合。
实施例1
将9w％的三乙醇胺、5w％的单乙醇胺和40w％的水混合后，再加入5w％的氯化石蜡、10w％的脂肪醇聚氧乙烯醚(牌号AEO-10)、5w％的石油磺酸钠、15w％的油酸、5w％的季戊四醇四月桂酸酯、5w％的矿物油、0.5w％的苯并三氮唑、0.5w％的甲基硅油，在60℃的温度下搅拌30分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液A(指切削液原液，以下实施例同此)。
实施例2
将21w％的三乙醇胺、3w％的单乙醇胺和35w％的水混合后，再加入7w％的氯化石蜡、5w％的脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-10)、8w％的辛酸、10w％的油酸、5w％的季戊四醇四月桂酸酯、5.6w％的矿物油、0.2w％的苯并三氮唑、0.2w％的甲基硅油，在60℃的温度下搅拌40分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液B。
实施例3
将15w％的三乙醇胺、4w％的单乙醇胺和38w％的水混合后，再加入5w％的氯化石蜡、10w％的脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-10)、5w％的十二烯基丁二酸、15w％的油酸、2w％的三羟甲基丙烷三月桂酸酯、5.2w％的矿物油、0.5w％的苯并三氮唑、0.3w％的甲基硅油，在55℃的温度下搅拌30分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液C。
实施例4
将9w％的三乙醇胺、5w％的单乙醇胺和40w％的水混合后，再加入5w％的氯化石蜡、10w％的烷基酚聚氧乙烯醚(牌号OP-10)、10w％的石油磺酸钠、10w％的油酸、5w％的季戊四醇四月桂酸酯、5.2w％的矿物油、0.3w％的苯并三氮唑、0.5w％的甲基硅油，在50℃的温度下搅拌50分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液D。
实施例5
将9w％的三乙醇胺、5w％的单乙醇胺和35w％的水混合后，再加入10w％的氯化石蜡、15w％的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、10w％的辛酸、5w％的油酸、5w％的季戊四醇四油酸酯、5.2w％的矿物油、0.3w％的苯并三氮唑、0.5w％的甲基硅油，在60℃的温度下搅拌30分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液E。
实施例6
将10w％的三乙醇胺、5w％的单乙醇胺和28w％的水混合后，再加入10w％的氯化石蜡、10w％的脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-10)、2w％的辛酸、5w％的油酸、10w％的三羟甲基丙烷三油酸酯、19.3w％的矿物油、0.2w％的苯并三氮唑、0.5w％的甲基硅油，在60℃的温度下搅拌30分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液F。
实施例7
将3w％的三乙醇胺、3w％的单乙醇胺和35w％的水混合后，再加入5w％的氯化石蜡、10w％的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、3w％的十二烯基丁二酸、13w％的油酸、10w％的三羟甲基丙烷三油酸酯、17.2w％的矿物油、0.5w％的苯并三氮唑、0.3w％的甲基硅油，在60℃的温度下搅拌30分钟，直至完全透明、无沉淀物，即制得切削液G。
对实施例1～7制得的切削液A～G，以及CN1142529A实施例1所述的切削液，分别在室温下加水稀释、混合均匀，得到工作液；切削液原液占工作液总重的5w％。稀释所用的水为自来水，水的硬度为100wppm，pH值为7.2，氯离子含量为20wppm。对本发明切削液的性能进行测试考察，将所得的技术质量指标数据同专利CN1142529A实施例1所述的切削液进行对比，结果见表1。
表1
| 项目 | 外观 | pH值 | 最大无卡咬负荷PB(N) | 工作液性能(切削液原液占工作液总重的5w％) | COD值(mg/l) | 抗菌试验 | |||
| 铸铁防锈(单片，叠片) | 消泡性(ml/min) | 乳化液安定性 | 工作液外观 | ||||||
| 切削液A | 油状透明液体 | 9.2 | ≥700 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液B | 油状透明液体 | 9.0 | ≥700 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液C | 油状透明液体 | 9.0 | ≥700 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液D | 油状透明液体 | 9.2 | ≥700 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液E | 油状透明液体 | 9.0 | ≥760 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液F | 油状透明液体 | 9.0 | ≥760 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| 切削液G | 油状透明液体 | 9.0 | ≥760 | A级(24h) | ≤2 | 无分层 | 透明状微乳化液 | ≤2000 | 通过 |
| CN1142529A实施例1 | 油状透明液体 | 9.0 | ≥600 | A级(24h) | ≤2 | 漂油 | 乳化型不透明液体 | 4500 | 未通过 |
| 检验方法 | 目测 | GB6144-85 | GB6144-85 | GB6144～85 | GB6144-85 | SH/0365-92 | 目测 | GB/T11914-89 | ASTMD3946 |
Claims (2)
1.一种微乳化型不锈钢切削液，其特征在于由以下组分组成：
水 20～40w％
矿物油 5～20w％
非离子表面活性剂 1～15w％
氯化石蜡 5～10w％
防锈剂 1～10w％
混合醇胺 5～25w％
油酸 5～15w％
多元醇酯 2～10w％
苯并三氮唑 0.1～0.5w％
消泡剂 0.1～0.5w％
所述的矿物油为石蜡基矿物油或环烷基矿物油，40℃时运动粘度均为10～32mm2/s，所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚，所述的防锈剂为石油磺酸钠、辛酸或烯基丁二酸，所述的混合醇胺为单乙醇胺与三乙醇胺的混合物，所述的多元醇酯为多元醇月桂酸酯或多元醇油酸酯，多元醇指三羟甲基丙烷或季戊四醇，所述的消泡剂为甲基硅油。
2.根据权利要求1所述的微乳化型不锈钢切削液，其特征在于：所述的烯基丁二酸为十二烯基丁二酸或十四烯基丁二酸。
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