王石平，王向軍（江門市蓬江區(qū)文森裝飾材料有限公司，廣東　江門　529000）

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探討微乳化切削液研制

王石平，王向軍（江門市蓬江區(qū)文森裝飾材料有限公司，廣東江門529000）

金屬切削液是指金屬以及一般的合金材料在工業(yè)車削、切削以及鏜孔和研磨、冷鍛、熱鍛過(guò)程中通過(guò)擠壓技術(shù)處理將其制備成的我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中所需要的一種新型的潤(rùn)滑技術(shù)材料。通常情況下，這種新型的潤(rùn)滑技術(shù)材料按照合成介質(zhì)又可分為水基型材料與油基型技術(shù)材料兩種不同的材料類型。

微乳化切削液；研制；應(yīng)用

本文通過(guò)正交試驗(yàn)和優(yōu)化制備配方從而研制出一種具有自主生產(chǎn)品牌的通用性金屬切削液材料，其主要的特征就是適用范圍較廣，可以應(yīng)用于多種金屬材料的加工中，例如不銹鋼金屬材料以及鋁合金、銅、鈦合金和鋁等金屬材料，可以為這一類金屬材料的鉆孔以及切削和抹削、以及機(jī)床數(shù)控加工提供性能優(yōu)良的微乳化切削液。從制備效果分析結(jié)果看。其應(yīng)用性能可以與國(guó)內(nèi)以及國(guó)外同類型技術(shù)產(chǎn)品相媲美，特別是由于其對(duì)人體、生態(tài)無(wú)公害，對(duì)數(shù)控加工機(jī)床以及工件不會(huì)產(chǎn)生銹蝕作用，從而在實(shí)踐過(guò)程中呈現(xiàn)出很好的極壓性與防銹性，被我國(guó)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

1　前言

顧名思義，微乳化切削液［1］是將油以及水和表面活性劑、助表面活性劑等物質(zhì)按照一定的配方比例進(jìn)行融合，從而混合成為一種半透明或完全透明的熱力學(xué)穩(wěn)定體系的化學(xué)工業(yè)原料。與我國(guó)傳統(tǒng)的合成乳化物質(zhì)相比，新型的微乳化切削液不需要經(jīng)過(guò)超聲均化以及激烈的攪拌等強(qiáng)乳化過(guò)程就可以自發(fā)形成一種工業(yè)生產(chǎn)中所需的性能良好的技術(shù)材料。這種微乳化切削液在應(yīng)用生產(chǎn)過(guò)程中能耗較低，而且所需用的制備設(shè)備較少，因此可以為生產(chǎn)商節(jié)省更多的技術(shù)成本?；谖⑷榛夹g(shù)材料在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，本文接下來(lái)將重點(diǎn)對(duì)微乳化金屬切削液的制備生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析。

2　微乳化切削液制備中添加劑的選擇

2.1選擇乳化、潤(rùn)滑劑

乳化劑是由親油基團(tuán)以及親水基團(tuán)所組成，在乳化劑界面中，乳化劑分子的親油基團(tuán)吸附于油相，而乳化劑的親水基團(tuán)則吸附于水相，二者共同排列成一種優(yōu)質(zhì)的界面膜，進(jìn)而有效避免了乳化劑中乳化粒子的聚合。所以，在選擇乳化劑的過(guò)程中。技術(shù)人員應(yīng)該注意乳化劑在微乳化切削液中所發(fā)揮的降低乳化界面張力的重要作用，從而可以確保油滴表層具有很好的穩(wěn)定性。一般情況下，非離子型的乳化劑與離子型的乳化劑相比，其具有很好的抗硬水功效，因此其不會(huì)受到溶液酸堿性平衡試驗(yàn)的巨大影響；而脂肪醇類離子型的乳化劑物質(zhì)穩(wěn)定性較好，特別是其具有良好的水溶性與生物降解性。對(duì)此，本文針對(duì)不同乳化劑的不同性能以及應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析如表1，最終綜合考量添加因素以及基礎(chǔ)油的影響，并考慮到切削液在使用中的穩(wěn)定性能，選擇采用脂肪醇類的類離子型乳化劑以及水溶性的陰離子表面活性劑，本文選擇了表1中的5號(hào)配方作為本文科學(xué)研制微乳化切削液的重要乳化材料。本文所選的乳化劑為油酸三乙醇胺，而助乳化劑為正丁醇，在此配方下，得到了穩(wěn)定性好、透明度高的單相微型乳液體系，該體系是非常小的液珠以O(shè)W或WO形式形成的一種分散體，經(jīng)檢測(cè)該液珠的半徑在10mm的量級(jí)范圍內(nèi)，可以確定這種透明的體系是微乳狀液體。

除此之外，本文考慮到微乳化切削液中的乳化油含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)油的含量，再加上其潤(rùn)滑性能較差的特點(diǎn)，因此可以通過(guò)選擇添加一種潤(rùn)滑劑來(lái)進(jìn)一步彌補(bǔ)微乳化切削液的潤(rùn)滑性不足這一缺點(diǎn)。本文所選用的潤(rùn)滑添加劑主要包括有機(jī)硼酸脂以及含氯的有機(jī)化合物、磷化物以及硫系化合物等。有機(jī)硼酸酯是一種具有多功能的綠色添加劑，不僅抗磨性較好，而且抗菌性顯著，經(jīng)常應(yīng)用于我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的防銹以及潤(rùn)滑。通過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，硼酸酯通過(guò)添加其他的反應(yīng)物以及經(jīng)過(guò)水解作用可以生成新的沉淀物質(zhì)，從而附著于切削加工工件的表層，從而形成一種良好的保護(hù)膜，進(jìn)一步提高微乳化切削液的康摩擦性能。因此，本文在綜合其他物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用三乙醇胺以及有機(jī)酸、硼酸三種物質(zhì)的合成物作為集潤(rùn)滑性以及防銹性、表面活性為一體的多功能綠色添加劑。

表1　微乳化切削液制備中乳化劑的選擇參數(shù)考察試驗(yàn)結(jié)果

2.2合理選擇基礎(chǔ)油

與其他的物質(zhì)成分相比，基礎(chǔ)油是微乳化切削液研制過(guò)程中的重要物質(zhì)成分，通常而言，其含量的最佳配合比為10～30%，由于在實(shí)際研制微乳化切削液的過(guò)程中需要添加防銹劑以及乳化劑和其他的添加物質(zhì)，因此本文考慮到微乳化液在加工切削以及存儲(chǔ)過(guò)程中的安全性，最終決定采用粘度較低以及閃點(diǎn)較高的基礎(chǔ)油，其主要的原料為白油，該油在40℃時(shí)的凝點(diǎn)以及粘度和閃點(diǎn)分別為－15℃、7.12mm2/s和138℃。

3　切削液制備方法與性能測(cè)試

3.1制備方法

通過(guò)將上述選好的微乳化切削液按照一定配方比例將硼酸以及有機(jī)酸這兩種物質(zhì)進(jìn)行混合，再與過(guò)量三乙醇胺進(jìn)行加熱反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)，最終將生成新的黃色透明合成劑，在此過(guò)程中需要在黃色透明合成劑中加入適量的水溶性組分以及乳化合成劑，通過(guò)將配置好的混合物與油溶性組分進(jìn)行混合，最終再將選取的乳化劑加入到上述混合物質(zhì)中，通過(guò)勻速均勻攪拌，從而得到本文所需要研制的棕紅色透明液體。

本文在研制過(guò)程中通過(guò)科學(xué)確定不同配方下添加劑的使用量，為了保證制備工藝的科學(xué)性，又一次對(duì)制備工藝中所添加的各類添加劑進(jìn)行了優(yōu)化平衡試驗(yàn)，從而確保微乳化切削液的綜合使用性能達(dá)到最好的狀態(tài)。如表2數(shù)據(jù)表是本文在制備微乳化切削液過(guò)程中的具體組分［2］構(gòu)成。

表2　微乳化切削液的組成

3.2性能測(cè)試

（1）本研制過(guò)程中對(duì)微乳化切削液的制備工藝進(jìn)行了腐蝕性測(cè)試。工藝流程中通過(guò)將紫銅片以及鑄鐵片和鋁合金試片按照我國(guó)工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)H/T0218中的相關(guān)制備技術(shù)要求進(jìn)行了嚴(yán)格的打磨與清潔，并將打磨好的工藝試片置入5%的微乳化切削溶液中，為其進(jìn)行玻璃蓋加罩技術(shù)處理，再放入恒溫為（55±2）℃的容器中，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的試驗(yàn)觀察，達(dá)到相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間后，將試驗(yàn)物質(zhì)取出進(jìn)行觀測(cè)分析。

（2）在此過(guò)程中本文又對(duì)其進(jìn)行了防銹試驗(yàn)，本試驗(yàn)過(guò)程采用我國(guó)微乳化切削液的GB/T6144-2010制備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［3］進(jìn)行測(cè)試分析，按照其中的要求將疊片以及鑄鐵單片放置于一定的容器中進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于單片防銹試驗(yàn)要采用吸管吸取一定量的試液置于試片中，然后再將試片放置于干燥的容器中，經(jīng)過(guò)恒溫為 （35±2）℃的恒溫箱保存試驗(yàn)24h后將試片取出進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)。而對(duì)于疊片的防銹試驗(yàn)要采用吸管吸取少量的試液置于試片中，然后再采用其他的試片將其表面打磨光滑與疊片置于一起一同放置于干燥的容器中，經(jīng)過(guò)恒溫為（35 ±2）℃的恒溫箱保存4h，然后取出對(duì)其進(jìn)行觀察分析。

（3）本研究過(guò)程中對(duì)切削液的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)在MS-800型四球式試驗(yàn)機(jī)上采用硬度為59～61HRC以及直徑為12.7mm的二級(jí)GCr15軸承鋼球進(jìn)行潤(rùn)滑試驗(yàn)，將具體的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)速：1450r/min下試驗(yàn)10s，然后在顯微鏡下科學(xué)讀取底球的磨斑直徑［4］。

4　切削液的使用效果評(píng)價(jià)

本文經(jīng)過(guò)試驗(yàn)之后再將所研制的新型微乳化液送往廣西某切削數(shù)控軸承加工車間進(jìn)行性能效果測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型微乳化液切削同進(jìn)口產(chǎn)品類似，不僅可以滿足該車間數(shù)控切削加工技術(shù)工藝的生產(chǎn)要求，而且工件表面的質(zhì)量較好，對(duì)技術(shù)工藝的生產(chǎn)人員不會(huì)造成任何的損傷，最主要的優(yōu)點(diǎn)是其不會(huì)對(duì)數(shù)控切削機(jī)床產(chǎn)生溶蝕作用，因此工作的廢液較少，更有利于技術(shù)人員的加工處理。

如表3是微乳化切削液性能技術(shù)指標(biāo)及對(duì)比情況。

表3　微乳化切削液性能技術(shù)指標(biāo)及對(duì)比情況

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，微乳化切削液是一種新型的水基型金屬加工液，這種潤(rùn)滑技術(shù)材料不僅有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)潤(rùn)滑液材料應(yīng)用過(guò)程中的不足之處，又有效融合了新型合成切削液與乳化液這兩種技術(shù)材料的優(yōu)點(diǎn)，因此在應(yīng)用實(shí)際中具有諸多應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。例如其具有良好的滲透性以及潤(rùn)滑性、清洗性、防銹性以及使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以在我國(guó)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)成為一種合成切削液與乳化油的最佳替代產(chǎn)品。

［1］陳郁明，周建輝，周玉成，孫雪飛.可生物降解的環(huán)保型鎂合金微乳化切削液的制備［J］.電鍍與涂飾，2015，04：181～188.

［2］蔣淦相，熊紅旗，賈繼欣，高 燕.多功能長(zhǎng)效極壓乳化切削液的研制［J］.潤(rùn)滑與密封，2015，06：104～110+132.

［3］張 俊，孟 瑤.緩蝕劑在微乳化切削液中對(duì)鋁合金防腐蝕性能的研究［J］.輕金屬，2011，04：55～59.

［4］王浩慶，陳波水，方建華.鎂合金微乳化切削液的研制［J］.合成潤(rùn)滑材料，2011，38.

王向軍（1965-），男，工程師，本科，主要從事新化學(xué)產(chǎn)品開發(fā)和研究等方面的工作。

TG501.5

A

2095-2066（2016）12-0240-02

2016-3-25

王石平（1970-），男，工程師，碩士，主要從事化學(xué)工程和工藝設(shè)計(jì)、新化學(xué)產(chǎn)品開發(fā)和研究等方面的工作。