中國石化潤滑油有限公司上海研究院

汽車零部件制造業(yè)是切削液的最大終端用戶之一[1]。與其他材料相比，鋁合金密度小、強度高，具備減重效果好的優(yōu)勢，符合國內(nèi)外環(huán)保要求、汽車輕量化及新能源汽車的規(guī)劃[2]。近年來已有越來越多的車型采用了全鋁車身或鋼鋁混合車身[3，4]。但鋁合金化學活性較強，質(zhì)地較軟，黏性強，生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的問題也比較多[5]，為了降低刀具與鋁合金之間的摩擦，往往需要加入具有不同功能的切削液[6]。

高含油量的乳化液加工時存在使用壽命短、加工時能見度較差、易腐敗發(fā)臭、廢液較難處理等問題。全合成型切削液在使用過程中有潤滑性不夠等情況。半合成切削液的潤滑、清洗和冷卻性能介于乳化液和合成切削液之間，綜合了乳化液和合成液的優(yōu)點，彌補了它們的不足，性能優(yōu)異，通用性強[7]。

針對上述市場需求，有必要及時開發(fā)半成型鋁合金切削液。目前根據(jù)客戶工藝材質(zhì)現(xiàn)狀和用液需求，本文研制了一種具有優(yōu)異的防銹性和消泡性等性能的半合成鋁合金切削液，以滿足設(shè)備的使用要求。目前產(chǎn)品已成功實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

配方研制

半合成切削液是透明穩(wěn)定、均勻分散的油水混合體系，在表面活性劑及耦合劑的共同作用下自發(fā)形成的[8]。研制的關(guān)鍵是基礎(chǔ)油與各功能添加劑的合理選擇和復配，以達到良好的防銹性、防腐蝕性和潤滑冷卻等性能。

基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油是半合成切削液的主要組成部分，其對切削濃縮液的調(diào)配、儲存穩(wěn)定性以及稀釋液的現(xiàn)場維護影響很大。不同類型的基礎(chǔ)油由于烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴含量的不同，其化學和物理性質(zhì)如傾點、黏度指數(shù)和苯胺點等方面有明顯不同。與石蠟基油相比，環(huán)烷基油環(huán)烷烴含量高，正構(gòu)烷烴含量少且芳烴含量低，具有獨特的理化性能，密度在0.9 g/cm3左右，與水的密度接近，對添加劑的溶解能力強，容易乳化并且有較好的乳化穩(wěn)定性[9]。為使配方達到適宜的有效成分和潤滑性，故基礎(chǔ)油選用對添加劑有良好的相溶性且較為穩(wěn)定的環(huán)烷基油作為基礎(chǔ)油原料。

乳化劑的選擇

乳化劑是半合成切削液最主要的添加劑之一。非離子型乳化劑在水中溶解后不電離，根據(jù)親水基團類型不同可分為多元醇型和聚氧乙烯型。該乳化劑穩(wěn)定性比較好，受酸堿和強電解質(zhì)等的影響較少[10]。陰離子型乳化劑為在水中解離產(chǎn)成帶有烷基或芳基的負電荷親水基團的乳化劑，常見如磺酸鹽等，有利于增強切削液的防銹性能。陽離子型乳化劑通常在全合成切削液使用[8]。選用陰離子型乳化劑和非離子型乳化劑，兩種類型混合使用既可以維持濃縮液穩(wěn)定性，又可以增強乳化效果。乳化劑的配伍性考察結(jié)果見表1。

由表 1 可見，4號方案原液外觀均一透明，稀釋液狀態(tài)符合指標要求，因此選用4號方案作為乳化劑體系。

表1 乳化劑的配伍性考察

防銹防腐蝕劑的選擇

切削液在實際使用過程中一般需要用90%以上的水進行稀釋，為保護機床、刀具和工件不受切削液的侵蝕，需要在切削液中加入合適的防銹劑，從而在金屬表面形成保護膜，防止銹蝕問題的發(fā)生。防銹劑一般有兩大類：無機防銹劑和有機防銹劑。無機防銹劑主要針對的是工序間防銹，防銹周期短，常見的可分為亞硝酸鹽和硼酸鹽等幾種類型。有機防銹劑有羧酸及其鹽類和有機胺等幾類。通過配伍性和防銹性考察，選用由醇胺和有機酸復配生成的羧酸胺鹽和同樣具有優(yōu)異的防銹性能的硼酸酯類作為防銹劑。防銹劑加劑量考察結(jié)果見表 2。

由表2可知，2號方案可使3%稀釋液達到防銹性合格，因此選擇2號方案作為配方組成。

鋁合金有較強化學活性等情況，在加工過程會與環(huán)境中水、空氣、切削液分解氧化產(chǎn)生的腐蝕性產(chǎn)物等接觸，發(fā)生電化學反應(yīng)，致使材料表面受到腐蝕產(chǎn)生黑斑等問題。為了保護工件表面，鋁合金材料切削時需要加入鋁腐蝕抑制劑。硅酸鹽和磷酸酯是常用的鋁腐蝕抑制劑，硅酸鹽在配方中比較容易析出產(chǎn)生沉淀，穩(wěn)定性較差[11]。因此，選用磷酸酯類作為配方的鋁腐蝕抑制劑。鋁防腐蝕劑加劑量考察結(jié)果見表3。

由表3可知，3號方案原液外觀透明均一，防腐蝕性合格且加劑量最少，因此選擇3號方案作為配方組成。

表2 防銹劑的配伍性考察

表3 防腐蝕劑的配伍性考察

其他添加劑的選擇

切削液中含有大量的表面活性劑，為了降低泡沫對刀具的影響并減少泡沫溢出造成的切削液損失，需要在切削液中加入適量的消泡劑。同時為了保證切削液的抗菌性，需要在切削液中加入適量的殺菌劑。

產(chǎn)品性能評價

主要理化性能

對研制半合成鋁合金切削液進行主要理化性能指標檢測，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，研制的產(chǎn)品具有優(yōu)異的防銹性和消泡性等性能。

鋁合金防腐蝕試驗

對研制半合成鋁合金切削液進行鋁合金防腐蝕試驗，結(jié)果見表5。

由表5可見，采用GB/T 6144全浸試驗時，LY12鋁、2024鋁、6061鋁和7075鋁都顯示A 級，表明研制的半合成切削液具有優(yōu)異的鋁防腐蝕性。

應(yīng)用情況

研制的半合成鋁合金切削液在浙江某汽車零部件有限公司進行了試用，用于車輪轂、剎車鼓緊固件加工。應(yīng)用結(jié)果表明，產(chǎn)品潤滑性、冷卻性及防銹性能優(yōu)良，加工產(chǎn)品的精度和光潔度較高，可滿足產(chǎn)品工藝技術(shù)要求。

表4 主要理化性能

表5 鋁合金防腐蝕試驗結(jié)果

結(jié)論

☆通過對乳化劑、防銹劑等添加劑的合理配伍，研制產(chǎn)品不含硫、氯、亞硝酸鹽和苯酚等物質(zhì)，對操作者及環(huán)境無損害。

☆理化性能和鋁合金防腐蝕試驗的測試結(jié)果表明，半合成鋁合金切削液具有優(yōu)異的防銹防腐蝕性能，乳化穩(wěn)定性良好。

☆實際應(yīng)用表明，研制產(chǎn)品可用于車用零部件加工，滿足實際工況下的加工要求和工序間防銹要求。