金屬切削液的研制及其性能研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　金屬切削液的研制及其性能研究</p><p><b>　　專業(yè)：應用化學</b></p><p>　　摘 要：本文以低粘度潤滑劑和自來水為基礎原料，添加

2、了防銹劑、極壓劑、少量消泡劑等表面活性劑，研制出一種金屬合成切削液。該切削液稀釋后適用于多種黑色金屬的切削、研磨等。具有良好的防銹、防腐、抗硬水穩(wěn)定等性能，且無毒無味、對皮膚無刺激。產(chǎn)品各項性能指標與國外同類中、高檔產(chǎn)品相當，且環(huán)保、安全、節(jié)能、降耗。</p><p>　　關鍵詞：金屬切削液；研制；表面活性劑</p><p>　　Development of metal working f

3、luid and performance study</p><p>　　Abstract: In this paper,low viscosity lubricants and water were used as basic raw materials,rust inhibitor,extreme pressure agents,defoamers and other surface active agent

4、s were added,we developed a synthetic metal working fluid.Metal working fluid developed for many black metal working,grinding and so on.Good antirust,anticorrosion and anti-hard water stability,also non-toxic and tastele

5、ss.Performance indexes reached medium or high-grade products’s standard.Also environmental protection,safety </p><p>　　Key words: metal working fluid;development;surfactant</p><p><b>　　目

6、錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2金屬切削液的作用2</p><p>　　1.2.1金屬切削液的潤滑作用2</p><p>　　1.2.2金屬切削液的冷卻

7、作用3</p><p>　　1.2.3金屬切削液的清洗作用3</p><p>　　1.2.4金屬切削液的防銹作用3</p><p><b>　　2 實驗部分4</b></p><p><b>　　2.1實驗目的4</b></p><p>　　2.2 實驗藥品4&l

8、t;/p><p><b>　　2.3實驗儀器5</b></p><p>　　2..4實驗步驟5</p><p>　　2.4.1防銹劑的選擇5</p><p>　　2.4.2極壓潤滑劑的選擇6</p><p>　　2.4.3消泡劑的選擇6</p><p>　　2.4.4

9、表面活性劑的選擇7</p><p>　　2.5水基金屬切削液的制備8</p><p>　　2.5.1防銹劑的制備8</p><p>　　2.5.2極壓潤滑體系、表面活性劑的制備8</p><p>　　2.5.3金屬切削液的研制8</p><p><b>　　3結(jié)果與討論8</b><

10、;/p><p>　　3.1實驗數(shù)據(jù)處理8</p><p>　　3.1.1 配方試驗研究8</p><p>　　3.1.2性能檢測10</p><p>　　3.2 檢測項目結(jié)果與國標對照表11</p><p><b>　　4 展望12</b></p><p><b

11、>　　參考文獻12</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　金屬切削液是一種用在金屬切、削、磨、鉆等加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具和被加工件的工業(yè)用液體

12、，是一種在金屬切削加工過程中不可或缺的介質(zhì)。它在機械加工過程中起著潤滑、冷卻、清洗、防銹等作用。</p><p>　　金屬切削液是金屬加工潤滑劑中需求量最大的品種，廣泛應用于機械制造工業(yè)[1]。人類使用金屬切削液的歷史可以追溯到遠古時代。在那時，人們已經(jīng)知道在磨制石器、銅器和鐵器等器具時，往其上面澆水可以提高其工作效率和器具的質(zhì)量。早在古羅馬時代，人們在車削活塞泵的鑄件時就已經(jīng)知道使用橄欖油能夠?qū)ぜ鸬嚼鋮s、潤

13、滑的作用。從1775年英國的約翰·威爾金森(Jwilkinson)成功研制鏜床開始，伴隨出現(xiàn)了水和油在金屬切削加工中的應用，到1860年經(jīng)歷了漫長的發(fā)展后，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機床相繼出現(xiàn)，標志著金屬切削液已經(jīng)開始得到較大規(guī)模的應用。19世紀80年代，美國科學家F?W-Taylor發(fā)現(xiàn)并闡明了使用泵供給碳酸鈉水溶液可使切削速度提高30％～40％的現(xiàn)象和機理。在那時切削液的主要作用是冷卻和潤滑，人們把切削液稱

14、為冷卻潤滑液。</p><p>　　隨著機械加工工業(yè)的發(fā)展，我國在切削液的研究和應用等方面也有了較大的進展。五六十年代初期，一般機械加工普遍采用蘇打水，后來逐漸發(fā)展到采用乳化油，并于1965年制定了SY1374-65標準。經(jīng)過12年的應用實踐后，于1977年對該標準進行了修訂，成為SY1374-77乳化油標準?！傲濉逼陂g，我國又相繼研制出多種切削液、磨削液、攻絲液等金屬加工液，促進了機械加工行業(yè)的發(fā)展，并于19

15、85年制定了合成切削液的國家標準GB6144-85。</p><p>　　良好的切削液應具有潤滑、冷卻、防銹、清洗等方面的作用[2]。隨著人們對金屬切削加工質(zhì)量要求的不斷提高，人們開始采用動植物油作為切削液，由于它能在金屬表面形成較牢固的吸附膜，而且能夠大幅度地降低工件表面的粗糙度，因而得到廣泛的應用。但是動植物油易氧化變質(zhì)，使用周期短，所以人們逐漸改用脂肪油和礦物油混合而成的混合油來作為切削液。后來，含硫、磷、

16、氯等有機化合物和其它添加劑的活性、非活性極壓油應運而生，它們與金屬起化學反應，形成高熔點、低剪切強度的固體潤滑膜，提高了切削液在高溫、高壓下降低摩擦和抗燒結(jié)的能力[3]。</p><p>　　現(xiàn)代機械加工向著高速、強力、精密的方向發(fā)展，超硬、超強度等難加工材料的發(fā)展使得切削加工的難度日益增加。這兩方面的原因?qū)е虑邢骷庸み^程中的摩擦力、摩擦熱大幅度提高，這就要求金屬切削液具有更好的潤滑、冷卻、清洗、防銹性能，以便獲

17、得理想的加工表面[4]。礦物潤滑油的潤滑、防銹性能優(yōu)越，但冷卻、清洗性能較差。隨著切削速度和切削溫度的不斷提高，油基切削液已經(jīng)不能完全滿足切削要求，這時人們開始重視水劑冷卻的優(yōu)點，把油的潤滑性能與水的冷卻性能結(jié)合起來，這樣就促使了乳化液的應用。但由于乳化液的相態(tài)不穩(wěn)定而且極易腐敗變質(zhì)，因而后來又發(fā)展了全合成和半合成切削液。</p><p>　　半合成切削液在相態(tài)穩(wěn)定性和腐敗變質(zhì)問題上雖然已經(jīng)有所改進，但在配制時的

18、技術(shù)難度比較高，敏感因素也比較多：如易受環(huán)境溫度變化的影響、原材料品質(zhì)波動的影響、配制方法的影響等。</p><p>　　全合成切削液基本不存在相態(tài)穩(wěn)定性問題，而且清洗性、抗腐敗變質(zhì)性、冷卻性等均可以做得比其它品種更為優(yōu)良。隨著表面活性劑技術(shù)、界面化學、膠體化學等技術(shù)的發(fā)展，新的理論和新的功能性添加劑不斷增加，全合成切削液的潤滑性和防銹性問題可以得到解決，并且能夠賦予其一些獨特的性能，使之成為現(xiàn)代化加工車間所希望

19、使用的比較理想的切削液，這也是當今切削液技術(shù)發(fā)展的方向。</p><p>　　金屬切削液是各種機械制造不可缺少的介質(zhì)，量大面廣，產(chǎn)生的廢油液難以高度集中處理，這些廢油液以不同的形式排放到土壤、江河湖泊中，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。另外，金屬切削液在使用過程中和對廢液的處理時，也會以不同形式滲透到水域、土壤中，對人體和環(huán)境造成損害和污染。金屬加工切削液常用的酚類殺菌劑、亞硝酸鹽防銹劑等物質(zhì)，對人體和環(huán)境影響甚大，其中

20、酚類會嚴重污染水質(zhì)，亞硝酸鈉與醇胺類化合物結(jié)合，會產(chǎn)生致癌的亞硝胺，對接觸這類物質(zhì)的工人造成嚴重的健康威脅[5]。由此可見，研究環(huán)保型高效多功能全合成切削液有一定的必要性。因為只有這樣，才能滿足市場的新需求，才能讓用戶充分發(fā)揮最新機加工設備和新材料的先進性能，達到最大生產(chǎn)率，替代進口產(chǎn)品，提高我國金屬切削液的技術(shù)水平。</p><p>　　隨著先進制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)保意識的加強，人們對切削液技術(shù)提出了新的

21、要求。尤其是近年來環(huán)境保護和人類健康日益成為全社會關注的焦點，而切削液會對環(huán)境和人體造成污染和損害，因此切削液的使用和廢液處理已受到環(huán)保法規(guī)的嚴格制約。為了適應社會發(fā)展的要求，現(xiàn)代切削液的發(fā)展出現(xiàn)了一個新的方向：開發(fā)一種高性能、長壽命、低污染的切削液。目前研究開發(fā)的重點是：大力開發(fā)對生態(tài)環(huán)境和人類健康負作用小、加工性能優(yōu)越的切削液，朝著對人和環(huán)境完全無害的綠色切削液方向發(fā)展；同時，努力改進供液方法，優(yōu)化供液參數(shù)和加強使用管理，以延長切削

22、液的使用壽命，減少廢液排放量；此外，還應進一步研究廢液的回收利用和無害化處理技術(shù)；開發(fā)傳統(tǒng)切削液的替代品，并加強實用化技術(shù)、經(jīng)濟性評價和適用范圍等方面的研究[6]。</p><p>　　1.2金屬切削液的作用</p><p>　　金屬切削液作為機械加工重要的配套材料，它在機械加工中主要起冷卻，潤滑，清洗和防銹四個作用。</p><p>　　1.2.1金屬切削液的潤滑

23、作用</p><p>　　在金屬加工過程中，由于刀面和金屬工件之間會頻繁快速摩擦，會導致刀具過度磨損。切削液的潤滑作用就是它能減少前刀面和切屑、后刀面與已加工表面間的摩擦，并能在其中形成吸附性潤滑膜，從而能減少刀具前面與后面上的摩擦與粘結(jié)。切削液的潤滑作用和其滲透性有關，滲透性相對較好的切削液能及時滲入到刀尖切削區(qū)形成潤滑膜，這樣就能以降低切削阻力和摩擦系數(shù)，使其潤滑性能更好。</p><p&

24、gt;　　通常油基切削液的潤滑性能比水基的好，若在油基切削液中加入油性和極壓添加劑后，其潤滑性能更好。這是由于油性添加劑中帶有極性基的長鏈有機化合物（如高級脂肪酸，高級醇等），通過極性基在金屬表面上形成一層吸附膜，起到刀具與工件、切屑隔絕的作用，從而減小摩擦與切削力。但應注意的是，對于低速、溫度較低、精密切削的場合使用油性添加劑時，溫度不能超過200℃時，否則吸附膜會因遭到破壞而失去潤滑作用。</p><p>　

25、　1.2.2金屬切削液的冷卻作用</p><p>　　切削加工時，切削區(qū)產(chǎn)生的大量切削熱，它不但使刀具容易磨壞，而且容易產(chǎn)生局部燒傷、退</p><p>　　火或發(fā)暗，影響產(chǎn)品加工質(zhì)量。因此，在切削加工過程中，應及時降低切削溫度。降低切削溫度的方法有兩種：一是減少摩擦，從而減少切削熱的產(chǎn)生，如利用切削液的潤滑作用；二是使已產(chǎn)生的切削熱從產(chǎn)生的地方迅速帶走，即利用金屬切削液的冷卻作用。試驗證

26、明，利用金屬切削液的冷卻作用是降低切削熱的主要因素。</p><p>　　金屬切削液的冷卻作用主要是通過和發(fā)熱的刀具、切屑和工件間的對流和汽化作用將切削熱帶走，從而有效地降低了切削時的溫度，以達到減小工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度，提高刀具的加工精度和耐用度。相對來說，水基的切削液冷卻性能比油基的要好。</p><p>　　切削液的冷卻性能和它的導熱性、比熱、汽化熱、汽化速度、液體的流量

27、以及流速度有關。因此，改變液體流速和流量等流量條件，能有效地提高切削液的冷卻效果。同時，金屬切削液對刀尖切削區(qū)的浸潤性能直接影響其冷卻效果。一般來說，浸潤性好的金屬切削液能迅速擴散到刀具與工件，或刀具與切屑接觸的縫隙中，而使其迅速冷卻，達到較好的冷卻效果。此外，切削液的冷卻效果的好壞還與其泡沫有關（因為泡沫內(nèi)是空氣，空氣的導熱性相對來說比水差），金屬切削液的泡沫越多，其冷卻性能就越差。 因此，在合成切削液時常需添加少量的乳化硅油消泡劑，

28、以減少使用時所產(chǎn)生的泡沫。</p><p>　　1.2.3金屬切削液的清洗作用</p><p>　　在金屬切削加工過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生一些細小的切屑、金屬粉末及砂輪砂?；夷┑取Ｓ绕涫窃谠诩庸よT鐵及磨削加工時這種現(xiàn)象更為嚴重。這些切屑、鐵粉、磨屑、油污、沙粒等的產(chǎn)生，常常會黏附在工件、刀具或砂輪的表面及縫隙中，同時也會沾污機床（磨床）和工件等，使刀具或砂輪的切削刃口變鈍，而影響切削效果。為了防

29、止這些細小切屑及灰末互相粘結(jié)并粘結(jié)在工件、刀具和機床（磨床）上，這就要求金屬切削液應有良好的清洗作用。一般說來，油基金屬切削液黏度越低，其清洗能力就越強。而含有表面活性劑的水基切削液清洗也具有較強的清洗能力。金屬切削液的清洗作用是通過減少細小切屑及灰末的粘結(jié)和利用液流的機械清洗作用來達到將細屑和灰末沖走的目的。</p><p>　　1.2.4金屬切削液的防銹作用</p><p>　　在金屬

30、切削加工過程中，經(jīng)常會因為工件和環(huán)境介質(zhì)中的一系列腐蝕性物質(zhì)接觸（如水、氧、二氧化碳、硫化氫、氯離子、游離酸堿以及切削液分解或氧化變質(zhì)產(chǎn)生的油泥等），要使金屬表面被腐蝕。這就需要金屬切削液具有一定的防銹能力，以保護工件和機床部件不發(fā)生腐蝕。</p><p>　　通常金屬腐蝕（又稱生銹）按其腐蝕作用機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是指金屬表面的原子直接與反應物的分子相互作用。如：金屬和非電解質(zhì)液體或干燥氣體

31、相互作用而被腐蝕。電化學腐蝕是指當金屬與周圍的電解質(zhì)溶液相接觸時，發(fā)生了電化學作用而引起的腐蝕。如：金屬在酸、堿、鹽溶液和海水中發(fā)生的金屬；在潮濕空氣中發(fā)生的大氣腐蝕；在地下土壤中發(fā)生的腐蝕以及在與不同金屬接觸處發(fā)生的腐蝕等。</p><p>　　由于金屬切削液中含有緩蝕劑，使其在金屬表面形成一層氧化膜或吸附膜，起到與外界其它介質(zhì)相隔離的作用，因而能起到防止金屬的腐蝕。</p><p>　

32、　除此以上，金屬切削液還具有不會對機床涂漆部件產(chǎn)生不良影響、穩(wěn)定性好、貯藏時不產(chǎn)生分層、析油等現(xiàn)象、對細菌、霉菌有一定的抵抗性、不易發(fā)臭和變質(zhì)、對人體和環(huán)境安全、無刺激性氣味及便于回收等特點。</p><p><b>　　2 實驗部分</b></p><p><b>　　2.1實驗目的</b></p><p>　　在金屬加

33、工過程中，為了提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延長加工機械使用壽命，達到經(jīng)濟效益的最大化，就必須減少加工機械與工件之間的摩擦，及時帶走摩擦過程中產(chǎn)生的大量的熱，并達到規(guī)定時間的短期防銹蝕效果，以及帶走生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢削和油圬，必須使用一種具有潤滑、冷卻、防銹、清洗作用的介質(zhì)—金屬切削液。目前國內(nèi)主要使用的金屬切削液是以石油分餾得到的機油再適當添加極壓抗磨而制成的油品，就是我們常說的金屬切削油（或油基金屬切削液）。這種金屬切削液雖然具

34、有潤滑、冷卻、防銹、清洗等作用，但存在著許多缺陷，如在使用過程中會產(chǎn)生的煙霧，其散發(fā)出的刺鼻氣味還會危害工人的健康；冷卻性不夠，隨著加工苛刻度的提高，切削油很難及時帶走產(chǎn)生的大量的熱；使用后的廢油難以處理，容易造成環(huán)境污染等。為克服以上幾個問題，研制一種環(huán)保型金屬合成切削液迫在眉睫。</p><p>　　本實驗的目的是以低粘度潤滑劑和自來水為基本原料，添加適當?shù)姆冷P劑、極壓劑、消泡劑等表面活性劑，研制出一種具有良

35、好的防銹、防腐、抗硬水穩(wěn)定性能，且無毒無味、對皮膚無刺激的金屬合成切削液。研制出的金屬切削液稀釋后應該可用于黑色等多種金屬的切削、研磨等。此外，還需對所研制的新型環(huán)保型金屬切削液進行各項性能指標的檢測，其檢測結(jié)果應與國外同類中、高檔產(chǎn)品相當或更好，以達到了環(huán)保、安全、節(jié)能、降耗的效果。</p><p><b>　　2.2 實驗藥品</b></p><p>　　實驗中所

36、需藥品見表2-1。</p><p><b>　　表2-1 實驗藥品</b></p><p><b>　　2.3實驗儀器：</b></p><p>　　電動攪拌機 上海比朗儀器有限公司 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 SHZ-D(III)

37、 河南鞏義市英峪予華儀器廠</p><p>　　恒溫干燥箱 嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司</p><p>　　低溫冰箱 無錫晟澤理化器械有限公司</p><p>　　BZHR-180型表面張力儀

38、 承德市科承試驗機有限公司</p><p>　　電子天平 靖江市方園電子衡器廠</p><p>　　恒溫水浴鍋 上海江儀儀器有限公司</p><p>　　四球極壓摩擦實驗機 大

39、連世隆電子設備有限公司</p><p>　　攻絲扭矩實驗機 濟南益華摩擦學測試技術(shù)有限公司</p><p>　　帶塞量筒（100mL），溫度計（100℃、200℃），燒杯，玻璃棒，滴液管，四頸燒瓶，1-14pH試紙，8.2-10.0精密pH試紙，玻璃蓋皿。</p><p><b>　　2..4實驗步驟&l

40、t;/b></p><p>　　2.4.1防銹劑的選擇</p><p>　　日前，常用的防銹添加劑主要由水溶性防銹劑和油溶性防銹劑兩大類。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、鉻酸鹽、植酸、苯甲酸鈉和無水碳酸鈉等。他們與金屬發(fā)生作用，并在金屬表面生成不溶性的致密的氧化膜，阻止金屬的電化學腐蝕。油溶性防銹劑主要有磺酸鹽、羧酸及其金屬皂鹽類、酯醇類、胺類、磷酸酯等，

41、如石油磺酸鋇、環(huán)烷酸鋇、環(huán)烷酸鋅、油酸山梨糖醇單酯（斯盤-80）、十七烯基咪唑啉、十二烯基丁二酸等。它們均為極性很強的化合物，能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面化學反應生成保護膜，抑制氧及水對金屬的接觸。</p><p>　　現(xiàn)對一些常用的防銹添加劑進行一系列參數(shù)檢測，以確定經(jīng)濟價值高，環(huán)保無污染，效果優(yōu)異的防銹劑。常用的防銹添加劑檢測數(shù)據(jù)見表2-2。（表中數(shù)據(jù)均為5%稀釋液所得結(jié)果，防銹實驗嚴格按照國標GB/T614

42、4-85 水基金屬切削液所述的防銹實驗進行測定）</p><p>　　表2-2 不同防銹劑性能檢測結(jié)果</p><p>　　由表2-2的檢測結(jié)果表明，當以亞硝酸鈉作防銹添加劑時，防銹時間短，毒性較大，也易引起過敏；以三聚磷酸鈉作防銹添加劑時，雖然基本無泡，但防銹時間超短，且會引起富營養(yǎng)化而污染環(huán)境，因此都不是作為防銹添加劑的最好選擇。而硼酸、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和十二烯基丁二酸無論

43、是從防銹時間考慮，還是從發(fā)泡情況或環(huán)保角度看，都是作為防銹添加劑較好的選擇，因此，可以它們以一定比例混合來制備防銹劑。經(jīng)多次實驗表明，當用二乙醇胺(或三乙醇胺)和硼酸、十二烯基丁二酸按比例混合制得的防銹劑劑應用于產(chǎn)品時，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，故無實際意義；而以一乙醇胺、硼酸、十二烯基丁二酸按1:3:1的比例混合，使其發(fā)生酯化反應，這時所得的硼酸酯是一種優(yōu)異的水基防銹劑，它兼有潤滑、抗磨、防銹和環(huán)境友好等功能，而且硼酸醇胺鹽還具有一定的抗腐作用

44、，是產(chǎn)品長效添加劑的一種。因此，可選取一乙醇胺、硼酸、十二烯基丁二酸作為防銹劑的原料。</p><p>　　2.4.2極壓潤滑劑的選擇</p><p>　　當載重或沖擊負荷過大，局部高溫接近到200℃以上時，金屬表面吸附膜會被破壞而失去潤滑作用，此時切削液中必需采用極壓潤滑劑，以維持潤滑膜強度。常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯、碘、硼等的有機化合物，它們可在高溫下與金屬表面發(fā)生化學反應而生成

45、化學吸附膜，比物理吸附膜的熔點高得多，可防止極壓潤滑狀態(tài)下金屬摩擦界面的直接接觸，起到減小摩擦、保持潤滑的作用。現(xiàn)選取部分市場上常用于金屬合成切削液中的極壓潤滑劑，對其性能進行測試，測試結(jié)果如表2-3所示。</p><p>　　表 2-3 極壓潤滑劑性能比較</p><p>　　由表2-3的檢測結(jié)果表明，硫脲、牛脂、氯化石蠟的水溶性較差，且易造成環(huán)境污染，太古油和礦物乳化油雖然它們的擠壓潤

46、滑性較好，但是也會造成環(huán)境污染，因此都不能作為良好的極壓潤滑劑。而油酸一乙醇胺具有良好的滲透性和浸潤性，有助于進入高溫高壓下的加工面，形成極壓潤滑膜，同時還具有防銹及潤滑作用，生產(chǎn)過程中無三廢產(chǎn)生，是具有發(fā)展前景的一類極壓潤滑劑。因此，可選用油酸一乙醇胺作為極壓潤滑劑。</p><p>　　2.4.3消泡劑的選擇</p><p>　　在金屬加工過程中泡沫的產(chǎn)生有很大的破壞性，它不僅防礙液面

47、觀察，使切削液流動復雜化，還能降低切削液潤滑性和冷卻效果。產(chǎn)生泡沫的主要原因在于金屬切削液中所添加的表面活性劑。因此，在配方中添加消泡劑，以減小或消除由表面活性劑的而引起的泡沫就顯得尤為重要。目前，合成金屬切削液中主要使用的消泡劑大致有三種，即乳化柴油，有機硅類消泡劑，聚醚類消泡劑。其主要性能見表2-4所示。</p><p>　　表2-4 消泡劑性能比較</p><p>　　由表2-4的檢

48、測結(jié)果表明，聚醚類消泡劑雖然能起到環(huán)保的作用，但水溶性較差；乳化柴油的水溶性雖好，但是難降解，而有機硅類消泡劑不但水溶性好，而且消泡抑泡效果強，同時又滿足環(huán)保性要求，可作為金屬切削液中添加的消泡劑。此次實驗所使用的是南京聯(lián)硅化工有限公司所生產(chǎn)的USI-1250型有機硅消泡劑。</p><p>　　2.4.4表面活性劑的選擇</p><p>　　表面活性劑在水基金屬切削液中最主要的用途就是作

49、乳化劑。用作乳化劑的表面活性劑通常為陰離子型和非離子型表面活性劑，如聚乙二醇二油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯山梨醇酯、油酸三乙醇胺、石油磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽等。而且陰離子型和非離子型表面活性劑復配使用，能起到顯著降低切削液表面張力的作用。多種乳化劑復配，可以發(fā)揮它們的協(xié)同效應，從而提高乳化效率，有助于減少乳化劑的用量；而且具有不同HLB值的非離子表面活性劑復配時，其增溶能力超過其中任何一個。</p>

50、;<p>　　現(xiàn)選取部分市場上常用于合成水基金屬切削液的表面活性劑，對其性能進行測試，以便于挑選出最合適的表面活性劑。測試結(jié)果如表2-5所示。</p><p>　　表2-5 表面活性劑性能比較</p><p>　　由表2-5的檢測結(jié)果表明，烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚的水溶性不夠理想，生物降解性也較差，不適合用于金屬切削液中；烷基苯磺酸鹽雖然水溶性較好，也有一定的生物降

51、解能力，但應用于產(chǎn)品時，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，使得產(chǎn)品外觀不美觀，因此也不易選作金屬切削液的表面活性劑；而以6501和石油磺酸鈉復配而成的表面活性劑，除水溶性較好，也有一定的生物降解性好以外，還能降低表面張力顯著，使得切削液能夠快速進入切削區(qū)，起到良好的冷卻和抗粘附磨損的作用。因此，可作為金屬切削液中表面活性劑的首選。</p><p>　　綜上所述，在合成水基金屬切削液時，可以一乙醇胺、硼酸、十二烯基丁二酸作為防銹劑的

52、原料，以油酸一乙醇胺作為極壓潤滑劑，以USI-1250型有機硅作為消泡劑，以6501和石油磺酸鈉復配后所得的混合物作為表面活性劑，再加入其他輔助材料，來合成環(huán)保型的水基金屬切削液。</p><p>　　2.5水基金屬切削液的制備</p><p>　　2.5.1防銹劑的制備</p><p>　　1）準確稱取18g一乙醇胺至250mL的三頸燒瓶中，在電熱爐上加熱至110

53、℃后加入6g的硼酸，保持溫度，緩慢攪拌30分鐘； </p><p>　　2）在上述反應物中加入6g十二烯基丁二酸，保持上述溫度，緩慢攪拌15分鐘，即得。</p><p>　　2.5.2極壓潤滑體系、表面活性劑的制備</p><p>　　1）取100mL燒杯，準確稱取8g油酸，加熱后加入4g一乙醇胺，加熱攪拌溶解后，待用；</p><p>　　

54、2）取100mL燒杯，準確稱取3.2g石油磺酸鈉，加入1.8g6501凈洗劑并用電熱爐加熱至80度，攪拌反應15分鐘后，待用。</p><p>　　2.5.3金屬切削液的研制</p><p>　　1）在裝有制備好防銹劑的250mL的三頸燒瓶中，先加入上述由油酸和一乙醇胺所合成的產(chǎn)物，保持溫度，緩慢攪拌15分鐘，然后加入由6501凈洗劑和石油磺酸鈉所合成的產(chǎn)物，加熱攪拌15分鐘；準確稱取49

55、.8g去離子水，加入該三頸燒瓶中。</p><p>　　2）加入0.3g苯并三氮唑、1.8g殺菌劑、0.2g鉬酸鈉、0.4g乙二胺四乙酸鹽、0.5g消泡劑，繼續(xù)攪拌5分鐘，即制得環(huán)保型的水基金屬切削液。</p><p><b>　　3結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　3.1實驗數(shù)據(jù)處理</b></p&g

56、t;<p>　　3.1.1 配方試驗研究</p><p>　　通過對添加劑類型的篩選，得出選用硼酸醇胺鹽作為防銹添加劑，油酸--乙醇胺作為極壓潤滑添加劑，6501和石油磺酸鈉作為表面活性劑，南京聯(lián)硅化工有限公司所生產(chǎn)的USI-1250型作為消泡劑。為進一步明確制備環(huán)保型水基金屬切削液的最佳配方比例，現(xiàn)以金屬切削液的穩(wěn)定性、腐蝕性、防銹性、最大無卡咬負荷作為考核指標，采用正交實驗法進行配方實驗。實驗時

57、以上述選定的添加劑加入量的不同，采用3因素4水平，進行正交實驗，因素水平見表3-1，實驗優(yōu)化設計表見表3-2。</p><p>　　表3-1 因素水平表</p><p>　　表3-2 實驗優(yōu)化設計表</p><p>　　表3-2中：PB值所代表的是最大無卡咬負荷。</p><p>　　產(chǎn)品穩(wěn)定性中：A代表無相變、分層及膠狀，透明或半透明均勻狀

58、液體；B代表有分層現(xiàn)象、膠狀及相變的不透明液體。</p><p>　　鑄鐵防銹性中：A表示產(chǎn)品無銹，光澤如新；B代表產(chǎn)品無銹但輕微失光；C代表產(chǎn)品輕銹和輕微失光。</p><p>　　防腐性中：A所表示的是產(chǎn)品不變色，B所表示的是產(chǎn)品輕微變色，C所表示的是產(chǎn)品有點發(fā)黑。</p><p>　　在產(chǎn)品研制過程中，必須秉承一劑多用的原則。由表3-2結(jié)果可知，只要對選用的幾

59、種添加劑進行合理的配伍，都能使產(chǎn)品達到較好的防銹、清洗、潤滑、冷卻等效果。</p><p>　　一般在配制水基金屬切削液時，防銹劑的用量在30％～35％的范圍即可；極壓添加劑量在5％～6％的范圍內(nèi)；由于表面活性劑的影響，產(chǎn)品會產(chǎn)生一些泡沫，因此，在產(chǎn)品中需添加少量的消泡劑。由于鋁及鋁合金的防腐蝕性，因鋁合金的多樣化也變得復雜化，為保險起見，產(chǎn)品中還添加了0.3％的鋁緩蝕劑。由表3-2正交實驗結(jié)果可以得出，12號配

60、方各項性能指標優(yōu)良，能達到產(chǎn)品的使用要求。因此，環(huán)保型水基全合成切削液的配方組成如下見表3-3。</p><p>　　表3-3 環(huán)保型水基全合成切削液的配方</p><p><b>　　3.1.2性能檢測</b></p><p>　　根據(jù)國家標準GB6144-85對實驗制得的環(huán)保型水基金屬切削液進行各項性能檢測，確定水基金屬切削液屬于Ⅱ類(防銹

61、型)。根據(jù)此項標準檢測各項性能。</p><p>　　1. 濃縮物外觀檢測和貯存安定性檢測</p><p>　　外觀檢測：在室溫下，用l00mL帶塞量筒，量取100mL被測濃縮物，靜置24小時后，檢查外觀。</p><p>　　檢測結(jié)果：無分層、沉淀，呈均勻液態(tài)。</p><p>　　貯存安定性檢測：取50mL全合成金屬切削液，置于l00mL

62、帶塞量筒中，將其放于70士3℃恒溫干燥箱中5小時，取出冷至室溫放置3小時，然后再置于-12±3℃的低溫冰箱中24小時，取出靜置回至室溫1小時后，觀察。</p><p>　　觀察結(jié)果：無分層相變及膠狀等。</p><p><b>　　2. 透明度檢測</b></p><p><b>　　(1) 稀釋液制備</b>&

63、lt;/p><p>　　取50g所得的水基金屬切削液，置于1000mL燒杯中，加入950g去離子水，得到稀釋液。</p><p><b>　　(2) 透明度檢測</b></p><p>　　在250mL的燒杯中加入全合成型金屬切削液稀釋液，液層高度為75±3 mm。然后，把一個明亮的5W220V燈泡對準燒杯底部，從燒杯的上部透過切削液觀看

64、電燈泡。</p><p>　　觀察結(jié)果：能夠清晰地看到燈絲，說明透明度為透明。</p><p><b>　　3. pH值的檢測</b></p><p>　　取8.2-10.0精密pH試紙，浸入稀釋液0.5秒取出，對照比色卡讀數(shù)為8.7。</p><p><b>　　4. 消泡性檢測</b></

65、p><p>　　將試液倒入100mL的量筒中，使液面在70mL處，蓋好塞，上下?lián)u動1分鐘，上下?lián)u動的距離約為1/3米，搖動頻本約為100-120次/分鐘。在室溫下靜置l0分鐘，觀察液面殘留泡沫休積。泡沫體積為小于1.0mL。</p><p>　　5. 表面張力的檢測</p><p>　　用BZHR-180型表面張力儀進行檢測，測得表面張力為39.5N/m。</p&

66、gt;<p><b>　　6. 腐蝕性檢測</b></p><p>　　將實驗用的試片(鑄鐵片、紫銅片和鋁合金片)，分別全浸于已配制好的稀釋液中，加蓋玻璃罩，移置到已恒溫到55±2℃的恒溫器內(nèi)，紫銅和鋁合金片16小時，一級灰口鑄鐵片48小時，結(jié)果見表3-4。</p><p>　　表3-4 腐蝕性檢測</p><p>&l

67、t;b>　　7. 防銹性檢測</b></p><p>　　(1) 單片試驗：取一片實驗用一級灰口鑄鐵片，用滴液管吸取稀釋液，按梅花格式滴入五滴，于試片磨光面上，每滴直徑約為4-5mm，然后將試片置于干燥器隔板上加玻璃皿蓋，再合上干燥器蓋，置于已恒溫到35±2℃的恒溫箱中，48小時后取出觀察。結(jié)果為，五點均無任何銹蝕。A級。</p><p>　　(2) 疊片試驗：

68、將試驗用一級灰口鑄鐵試片平放在干燥器隔板上，試片的磨光面向上，用滴液管吸取稀釋液，涂布在試片上，然后，再用另一塊試片的磨光面重疊其上。合上干燥器蓋，置于已恒溫到35士2℃的恒溫箱中，16小時后觀察，結(jié)果為2試驗片均無銹蝕或疊印。A級。</p><p>　　8. 最大無卡咬負荷PB值的檢測</p><p>　　四球機表面金屬盤用無水乙醇徹底擦凈，待揮發(fā)干后，于表面金屬盤上倒上稀釋液，放下四球

69、，開動機器，3分鐘后測得數(shù)值為326 Kg。</p><p>　　9. 對機床油漆的適應性</p><p>　　取250ml燒杯，加入稀釋液，將試驗用的涂布了機床油漆的試驗片，全浸入燒杯中，置于35±2℃的恒溫箱中，48小時后取出觀察試驗片表面油漆。</p><p>　　觀察結(jié)果：無任何失光和變色。</p><p>　　3.2 檢測

70、項目結(jié)果與國標對照表</p><p>　　將上述檢測結(jié)果對國家標準進行對照，對照結(jié)果見表3-5。</p><p>　　表3-5 檢測項目結(jié)果與國家標準對照表</p><p>　　由表3-5的對照結(jié)果可知，通過優(yōu)化組成后研制出來的環(huán)保型水基金屬切削液的各項檢測指標均達到國家標準，有的檢項還超過了國家標準水平。由此可得，經(jīng)本次實驗配制所得的環(huán)保型水基金屬切削液是可行的，

71、可用于產(chǎn)生實際。 </p><p><b>　　4 展望</b></p><p>　　隨著機械加工業(yè)的迅猛發(fā)展，外資企業(yè)不斷地增加，國內(nèi)廠家不斷地引進先進的機床和加工設備，機械加工業(yè)已進入高速、高效、高精度加工時代。金屬材料種類日益增多、加工刀具日漸復雜、緊急加工的工況條件更加苛刻、環(huán)境生態(tài)適應性及人體安全方面提出了新的規(guī)范，所有這些都對金屬切削液提出了新課題、新挑戰(zhàn)

72、。</p><p>　　針對金屬切削液的合成方法，主要研究最適合生產(chǎn)簡便、經(jīng)濟合理、具有現(xiàn)實意義的合成方法。此外對此合成操作方法進行優(yōu)化，以獲得最大的收率。</p><p>　　此全合成型金屬切削液具備了環(huán)保、無毒，具有良好的防銹、防腐、抗硬水穩(wěn)定性能等特點，不含難降解的礦物油，不含對環(huán)境水質(zhì)影響嚴重的磷元素，不含亞硝酸鈉等強致癌物質(zhì)，符合現(xiàn)代化的一些技術(shù)指標要求。</p>

73、<p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]張二水.切削液的技術(shù)進步及發(fā)展趨勢[J].石油商技, 2009,27(1): 28-33.</p><p>　　[2]張康夫,余大南.防銹油脂與乳化切削油[M].北京: 國防工業(yè)出版社,1979.117.</p><p>　　[3]薛中,夏淦珍,林心勇.環(huán)保型高效多功能

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