王燦輝，侯萬(wàn)果，田前進(jìn)，王中原，曹孝陳

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 化工材料開(kāi)發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039;2.常熟長(zhǎng)城軸承有限公司，江蘇 常熟 215500)

金屬磨削液是軸承零件磨削加工使用的重要附料，選用合適的磨削液可以起到良好的潤(rùn)滑、冷卻、清洗和防銹作用，從而提高磨具的使用壽命，保證軸承零件加工精度和表面質(zhì)量，提高加工效率，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效果[1-2]。然而普通乳化油類磨削液在使用時(shí)除可能危害操作人員的身體健康外，還會(huì)造成生態(tài)環(huán)境污染[3]。因此，在保證磨削液使用性能的基礎(chǔ)上，研發(fā)對(duì)人體無(wú)害，處理后不污染環(huán)境的環(huán)保型微乳化磨削液就成為實(shí)現(xiàn)軸承綠色制造的一個(gè)重要內(nèi)容。

1 微乳化液機(jī)理

微乳化液含油量一般為5%～30%，遠(yuǎn)小于乳化油的含油量，是介于乳化油和合成磨削液之間的中間產(chǎn)品[4]，實(shí)際上仍然屬于乳化液，是水包油的乳化液(O/W)。從稀釋液的外觀和液滴直徑上可以較為直觀地區(qū)別出其與普通乳化液的差異(表1)。

表1 微乳化液和普通乳化液的稀釋液區(qū)別

從表1可以看出，一般分散相液滴直徑在0.1 μm以下的分散相體系即稱微乳化液，外觀呈半透明或透明狀。

由于表面活性劑的增溶作用，使油/水的界面張力降至零左右，短期內(nèi)甚至為負(fù)值。為了維持熱力學(xué)的穩(wěn)定，只有液滴分散得更小，總界面面積才能更大。因此，微乳化液能自發(fā)形成，且比普通乳化液更穩(wěn)定，這也是微乳化液使用壽命較普通乳化液長(zhǎng)的原因之一。

2 環(huán)保型配方的設(shè)計(jì)及選擇

為滿足磨削液的基本性能要求，同時(shí)使磨削液的制造工藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，原料來(lái)源豐富，需對(duì)配方組分進(jìn)行合理選擇。

2.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油主要起潤(rùn)滑作用，同時(shí)也是油溶性添加劑和表面活性劑的載體。雖然微乳化磨削液中基礎(chǔ)油的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于乳化油中基礎(chǔ)油的含量，但它直接影響產(chǎn)品的外觀及乳化穩(wěn)定分散等性能。在基礎(chǔ)油的選擇方面，可考慮選擇礦物油，但必須了解各自的特點(diǎn)，例如：芳烴油易于產(chǎn)生腐蝕，刺激皮膚；環(huán)烷基油溶解性能優(yōu)良，但價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)的資源也相對(duì)較少；石蠟基油黏溫性能好，來(lái)源廣泛，相對(duì)容易買到?？紤]微乳化磨削液中需要加入大量的乳化劑和防銹劑等，一定程度上勢(shì)必增加磨削液的黏度，因此綜合考慮確定選用黏度較低的石蠟作為本例的基油。同時(shí)，為了保證運(yùn)輸和儲(chǔ)存的安全，微乳化磨削液的閃點(diǎn)不宜太低，試驗(yàn)所用的石蠟基油技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2，其紅外光譜如圖1所示。

表2 石蠟基油技術(shù)指標(biāo)

圖1 石蠟基油的紅外光譜

2.2 防銹劑的選擇

常用的水溶性防銹劑有無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽兩類。無(wú)機(jī)鹽主要有亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽和鉬酸鹽等，其中亞硝酸鹽、磷酸鹽因其毒性而受到限制；硅酸鹽容易凝膠；硼酸鹽溶解度極??；鉬酸鹽價(jià)格昂貴，而且大量的無(wú)機(jī)鹽還會(huì)形成鹽析。因此，無(wú)機(jī)鹽只能作為輔助添加劑。常用的有機(jī)防銹劑為羧酸鹽或有機(jī)胺。一元羧酸防銹能力差；二元羧酸防銹性雖好，但通常為短鏈分子，潤(rùn)滑性差，且非飽和的羧酸鹽在水中性能不穩(wěn)定。有機(jī)胺類為黑色金屬有效的緩蝕劑，但因有臭味而影響了其使用的廣泛性[5-6]。作為水溶性的防銹劑，分子中不但要有起防銹作用的極性基團(tuán)，而且要求分子具有一定的水溶性，疏水鏈越長(zhǎng)的有機(jī)分子緩蝕效果越好，但隨著烷基鏈的增長(zhǎng)，其在水中的溶解度卻減小。為了增加有機(jī)胺的水溶性，常用的方法是將有機(jī)胺與適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)酸反應(yīng)生成有機(jī)酸的胺鹽，其在水中的溶解度要大得多，并且具有很好的緩蝕性能。試驗(yàn)選用鏈長(zhǎng)合適的有機(jī)羧酸與有機(jī)胺反應(yīng)而得到的低毒、水溶性好、pH值緩沖性能佳和防銹優(yōu)異的化合物作為防銹劑。

2.3 乳化劑的選擇

由于微乳化磨削液中含有較多的乳化劑，使其滲透和清洗能力大大增強(qiáng)。乳化劑是由多種表面活性劑構(gòu)成，而表面活性劑具有在界面上分離的特性，因此乳化劑在微乳化磨削液中除降低表面張力外，更重要是可保持油滴的表面盡可能地穩(wěn)定。在O/W型微乳化磨削液中，即使碰撞也不會(huì)引起液滴的增大。使用表面活性劑時(shí)還要考慮毒性，其毒性用半致死量表示，陰離子表面活性劑約為1～3 g/kg，個(gè)別可達(dá)到4～6 g/kg；陽(yáng)離子表面活性劑約為0.2～2.0 g/kg，其毒性要比陰離子大得多；而非離子表面活性劑則為10～50 g/kg，毒性最小。本試驗(yàn)選用由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、醚類和高級(jí)磺酸鹽等配合而成的復(fù)合表面活性劑作為乳化劑。

2.4 殺菌劑的選擇

微乳化液本身具有微生物和菌類滋生繁衍的條件，容易腐敗變質(zhì)。殺菌劑的作用在于抑制細(xì)菌和毒菌的滋生，殺滅液體中已存在的細(xì)菌，延長(zhǎng)磨削液的使用壽命。出于環(huán)保的要求，許多國(guó)家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑。本試驗(yàn)選用主要成分為三嗪類化合物的殺菌劑，是一種性能卓越的水基、低毒性廣譜殺菌劑，具有對(duì)金屬無(wú)腐蝕性和對(duì)皮膚無(wú)刺激的優(yōu)點(diǎn)。

2.5 穩(wěn)定劑的選擇

微乳化液的平衡性涉及儲(chǔ)存和使用兩個(gè)方面，使用前以高濃度濃縮狀態(tài)存在，其中各組分之間會(huì)發(fā)生所謂的時(shí)效化學(xué)變化并產(chǎn)生緩慢析出或沉淀現(xiàn)象，使用中機(jī)油泄漏或混入金屬屑，都將影響其性能。本試驗(yàn)選用一種含有長(zhǎng)鏈醇和醚類、具有氧化穩(wěn)定性好、凝固點(diǎn)低及溶油性佳的物質(zhì)作為穩(wěn)定劑。

2.6 消泡劑的選擇

泡沫在軸承零件加工過(guò)程中有很大的破壞性，不僅妨礙液面觀察，使磨削液流動(dòng)性復(fù)雜化，還降低潤(rùn)滑和冷卻效果。本試驗(yàn)選用有聚醚改性硅油組分的復(fù)合型消泡劑，其適用性強(qiáng)，用量少，能提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.7 復(fù)合配方的確定

通過(guò)一系列配方調(diào)配和性能測(cè)試研究，最終確定了微乳化磨削液的配方，其基本組成見(jiàn)表3。

表3 微乳化磨削液的組成(濃縮液)

3 性能檢測(cè)

3.1 腐蝕性試驗(yàn)

將鑄鐵片、紫銅和鋁合金試片(試片的制備依據(jù)SY 2755—76S《防銹油脂防銹實(shí)驗(yàn)片的制備方法》)全浸于5%磨削液中，加蓋玻璃罩，移置到(55±2) ℃的恒溫器內(nèi)，連續(xù)試驗(yàn)到規(guī)定時(shí)間后，取出試片進(jìn)行觀察。

3.2 疊片防銹性試驗(yàn)

將準(zhǔn)備好的試片平放在干燥隔板上(不要堵孔)，試片的磨光面朝上，用滴液管吸取試液，涂抹在試片上；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(35 ±2)℃的恒溫箱中，8 h后打開(kāi)試片，用脫脂棉蘸取無(wú)水乙醇擦除試液，立即觀察。

3.3 單片防銹性試驗(yàn)

用吸液管吸取試液，按梅花格式滴5滴在試片磨光面上，每滴直徑約為4～5 mm。然后將試片置于干燥器隔板上(注意不要堵孔)，加蓋容積為100～150 mL的玻璃罩，然后合上干燥器蓋，置于(35 ±2) ℃的恒溫箱中，連續(xù)試驗(yàn)24 h取出進(jìn)行觀察。

表4是研制的微乳化磨削液的各項(xiàng)性能指標(biāo)。從表中可以看出，研制的微乳化磨削液各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了GB/T 6144—1995的要求。

表4 產(chǎn)品性能技術(shù)指標(biāo)

4 應(yīng)用效果

該微乳化液已經(jīng)在一些軸承企業(yè)得到了應(yīng)用，取得了很好的效果。在實(shí)際的磨削過(guò)程中體現(xiàn)了良好的潤(rùn)滑、清洗、冷卻和防銹性能，有效改善了工件加工表面的粗糙度，降低了損耗，并具有較長(zhǎng)的使用壽命。表5是軸承磨加工使用不同類型磨削液的性能對(duì)比。

表5 微乳化磨削液與乳化油、合成磨削液的性能對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

研制的微乳化磨削液是棕紅色均勻透明液體，具有良好的潤(rùn)滑性、防銹性、冷卻性和清洗性，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。該微乳化磨削液使用壽命長(zhǎng)，能滿足軸承零件磨削加工的需要；不含對(duì)人體有害的物質(zhì)，有良好的環(huán)保性。