水基金屬切削液的製作方法
2023-10-19 03:25:57
本發明屬於機械加工冷卻潤滑領域，涉及一種金屬切削液，具體涉及一種用於金屬切削加工過程的水基金屬切削液。
背景技術：
傳統的金屬加工液主要包含切削油及切削液兩大類。切削油主要由基礎油及各種含硫磷氯極壓添加劑調配而成，有良好的潤滑和防鏽效果，但冷卻性和清洗性差，使用過程油霧大，對環境汙染大，潛在火災風險。切削液則主要分全合成、半合成、乳化液三種。全合成切削液具有良好的冷卻效果，但潤滑效果差，主要使用於輕負荷加工場合；半合成切削液能兼顧潤滑、冷卻、防鏽效果，但含有一定的基礎油，部分產品還含有一定的含氯含磷極壓添加劑；而乳化切削液則基礎油含量較高，使用周期短，廢液的後續處理麻煩。
現有的切削液大量使用硼酸、亞鈉、氯化石蠟、烷基磺酸鹽等，這些添加劑雖然能提供良好的加工效果，但是它們本身是致癌物質或會產生致癌物質，而影響人體生育，並且含有硫、磷、氯的切削液使用過程中產品易腐敗發臭，生物降解性差，廢液較難處理，對環境危害大。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的缺陷，提供一種不含硫、磷、氯，不含硼酸，高效、環保、可循環使用的水基金屬切削液。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種水基金屬切削液，由以下質量百分含量的原料製成：
所述的水基金屬切削液中，優選由以下質量百分含量的原料製成：
所述的水基金屬切削液中，優選所述的防鏽劑為癸二酸、十一碳二酸、十二碳二酸、月桂酸、檸檬酸、酒石酸、三元羧酸中的至少一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的緩蝕劑為苯駢三氮唑、苯駢三氮唑鈉、甲基苯駢三氮唑、甲基苯駢三氮唑鈉中的至少一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述有機鹼為一乙醇胺、三乙醇胺、一異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甘醇胺、羥乙基乙二胺、異丙基氨乙醇、二環己胺中的至少一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的油酸酯類潤滑劑為油酸異辛酯、三羥甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、新戊二醇二油酸酯、三羥甲基丙烷椰子油酸酯、聚合三油酸甘油酯、四聚蓖麻油酸酯中的至少一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的醯胺為二異丙醇醯胺、妥爾油一乙醇醯胺、妥爾油二乙醇醯胺、油酸三乙醇胺、油酸二乙醇胺或椰子油脂肪酸二乙醇醯胺。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的乳化劑為C12-C18醇聚氧乙烯醚、司盤80中的至少一種；所述的偶聯劑為C8-C15醇醚羧酸、C2-C3醇中的一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的油性劑為環氧油酸、植物油酸、妥爾油、二聚酸、三聚酸、二十一碳二元酸中的至少一種；所述的軟化劑為乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸四鈉中的至少一種。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的殺菌劑為乙二醇二羥甲醚、六氫化三嗪、嗎啉類殺菌劑亞甲基雙嗎啉、苯並異噻唑啉酮、正丁基苯並異噻唑啉酮、異噻唑啉酮及其烷基衍生物類殺菌劑中的至少一種；所述的消泡劑為有機矽類消泡劑、濁點低於25℃聚醚類消泡劑、C15-C18高碳醇類消泡劑中的至少一種。
本發明的水基金屬切削液為水基型，復配了多種潤滑劑、防鏽劑、油性劑、偶聯劑、軟化劑、消泡劑、殺菌劑等原料組分，其各組分之間協同作用功能強、濃縮液體系相溶性好，熱力學穩定性佳，工作液採用去離子水或自來水稀釋，製備工藝簡單，價格低廉，使用周期長。
其中，採用防鏽劑用於切削過程防鏽抗氧化，可顯著提高水基切削液的防鏽性能及抗硬水性能；緩蝕劑同樣用於防鏽，強化了防鏽性能，並且緩蝕劑主要能增強潤滑劑成膜性能；有機鹼使得切削液為鹼性溶液，有利於切削液的穩定，並且鹼性環境有利於抗菌防黴，增強殺菌劑的效果；醯胺可顯著提高水基切削液的乳化穩定性，對產品的防鏽清洗效果也具有促進作用；乳化劑可顯著提高切削液的高溫穩定性能，從而有利於切削過程中工件的清洗和冷卻，有利於濃縮液儲存的穩定性；油性劑與油酸酯復配可顯著提高切削液的潤滑性能，與醇胺反應後可提高切削液的防鏽性能對切削液的乳化穩定性也有一定的促進作用；偶聯劑可以顯著提高切削液體系的滲透性和潤溼性，使切削液能快速的滲入切削區，起潤滑、冷卻和帶走切屑的清淨作用；軟化劑可提高切削液的抗硬水性能，對延長切削液防鏽周期和使用周期具有促進作用；殺菌劑可有效抑制切削液的黴變腐敗，從而延長切削液的使用周期；消泡劑可提高切削液的消泡和抑泡性能，以滿足高端精密工具機對金屬切削加工的表面精度要求；採用的潤滑劑為油酸酯類潤滑劑，可在金屬表面形成分子吸附膜，潤滑抗磨性能良好，可降低切削時的磨擦阻力，不腐蝕有色金屬，其吸附潤滑能力可與含氯極壓潤滑相當，可完全替換含氯極壓潤滑劑，易於生物降解，並且不含硫、磷、氯，不會造成環境汙染。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現詳細說明本發明的具體實施方式。
以下結合優先實施例進一步說明本發明技術方案：
一種水基金屬切削液，由以下質量百分含量的原料製成：
所述的水基金屬切削液中，優選由以下質量百分含量的原料製成：
所述的水基金屬切削液中，優選所述的防鏽劑為癸二酸、十一碳二酸、十二碳二酸、月桂酸、檸檬酸、酒石酸、三元羧酸中的至少一種。優選癸二酸、十一碳二酸、十二碳二酸中的至少一種。防鏽劑可顯著提高水基切削液的防鏽性能及抗硬水性能。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的緩蝕劑為苯駢三氮唑、苯駢三氮唑鈉、甲基苯駢三氮唑、甲基苯駢三氮唑鈉中的至少一種。優選苯駢三氮唑。緩蝕劑具備優良的防鏽性能的同時，對潤滑作用也有協同作用。
所述的水基金屬切削液中，優選所述有機鹼為一乙醇胺、三乙醇胺、一異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甘醇胺、羥乙基乙二胺、異丙基氨乙醇、二環己胺中的至少一種。優選一乙醇胺、三乙醇胺、二環己胺中的至少一種。有機鹼進行一步提高水基切削液的防鏽緩蝕性能、鹼穩定性，同時對抗菌防黴效果也有協同作用。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的油酸酯類潤滑劑為油酸異辛酯、三羥甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、新戊二醇二油酸酯、三羥甲基丙烷椰子油酸酯、聚合三油酸甘油酯、四聚蓖麻油酸酯中的至少一種。優選四聚蓖麻油酸酯、油酸異辛酯、三羥甲基丙烷油酸酯中的至少一種，油酸酯類潤滑劑可顯著提高水基切削液的潤滑抗磨性能。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的醯胺為二異丙醇醯胺、妥爾油一乙醇醯胺、妥爾油二乙醇醯胺、油酸三乙醇胺、油酸二乙醇胺或椰子油脂肪酸二乙醇醯胺。優選妥爾油二乙醇醯胺、油酸三乙醇醯胺中的一種。醯胺可顯著提高水基切削液的乳化穩定性，對產品的防鏽清洗效果也具有促進作用。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的乳化劑為C12-C18醇聚氧乙烯醚、司盤80中的至少一種；優選脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、AEO-9中的至少一種。C12-C18醇聚氧乙烯醚是指碳鏈長度在12-18的醇聚氧乙烯醚。乳化劑可顯著提高切削液的高溫穩定性能，從而有利於切削過程中工件的清洗和冷卻，有利於濃縮液儲存的穩定性。AEO-9、AEO-3分別屬於脂肪醇聚氧乙烯醚的一種，屬於非離子表面活性劑，是天然脂肪醇與環氧乙烷加成物。司盤80為山梨醇酐油酸酯。
所述的偶聯劑為C8-C15醇醚羧酸、C2-C3醇中的一種，C8-C15醇醚羧酸指碳鏈長度為8-15的醇醚羧酸；C2-C3醇為甘油、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇等小分子醇。優選揮發性小無氣味的甘油、乙二醇中的一種。偶聯劑可以顯著提高切削液體系的滲透性和潤溼性，使切削液能快速的滲入切削區，起潤滑、冷卻和帶走切屑的清淨作用。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的油性劑為環氧油酸、植物油酸、妥爾油、二聚酸(二聚脂肪酸，分子式為C36H68O4)、三聚酸(十八碳二烯酸三聚體)、二十一碳二元酸(5(6)-羧基-4-己基-2-環己烯-1-辛酸為主的混合物，由美國Westvaco公司開發，為商品)中的至少一種，優選價廉易得的油酸、妥爾油中的一種；所述的軟化劑為乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸四鈉中的一種。可提高切削液的抗硬水性能，對延長切削液防鏽周期和使用周期具有促進作用。
所述的水基金屬切削液中，優選所述的殺菌劑為乙二醇二羥甲醚、六氫化三嗪、嗎啉類殺菌劑亞甲基雙嗎啉、苯並異噻唑啉酮、正丁基苯並異噻唑啉酮、異噻唑啉酮及其烷基衍生物類殺菌劑中的至少一種；優選六氫化三嗪、苯並異噻唑啉酮中的至少一種；可有效抑制切削液的黴變腐敗，從而延長切削液的使用周期。
所述的消泡劑為有機矽類消泡劑、濁點低於25℃聚醚類消泡劑、C15-C18高碳醇類消泡劑中的至少一種。優選有機矽乳液、聚醚類消泡劑中丙二醇嵌段聚醚、格爾伯特醇中的至少一種。可提高切削液的消泡和抑泡性能，以滿足高端精密工具機對金屬切削加工的表面精度要求。
實施例1、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：十一碳二酸5.5％
緩蝕劑：苯駢三氮唑1％
有機鹼：三乙醇胺13％、二環己胺2％
潤滑劑：油酸異辛酯18％、四聚蓖麻油酸酯11％
醯胺：妥爾油一乙醇醯胺3.5％
乳化劑：AEO3 0.7％、AEO9 2.3％
油性劑：二聚酸(二聚脂肪酸)6％
偶聯劑：甘油2％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉1％
殺菌劑：苯並異噻唑啉酮2％
消泡劑：有機矽乳液0.2％
去離子水：餘量
水基切削液的製備方法包括以下步驟：
A、先將軟化劑加入去離子水中，溶解製得透明軟化水，再加入防鏽劑、緩蝕劑、有機鹼，攪拌溶解得透明防鏽水；
B、將潤滑劑、醯胺、油性劑混合，攪拌均勻得透明潤滑體系；
C、將潤滑體系加入到防鏽水中，邊加邊攪拌，然後邊攪拌邊依次加入乳化劑、偶聯劑、殺菌劑。混合均勻後得透明液體，再加入消泡劑，並快速攪拌直到液體透明無顆粒懸浮得成品切削液。
後續實施例均按實施例1的製備方法進行配製。
實施例2、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：十一碳二酸4.5％
緩蝕劑：甲基苯駢三氮唑1％
有機鹼：三乙醇胺12％、一乙醇胺2％
潤滑劑：新戊二醇二油酸酯18％、四聚蓖麻油酸酯10％
醯胺：妥爾油二乙醇醯胺3.5％
乳化劑：AEO3 2.3％、AEO9 1.1％
油性劑：環氧油酸1％、二聚酸5％
偶聯劑：乙二醇3％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉1％
殺菌劑：六氫化三嗪2％
消泡劑：丙二醇嵌段聚醚1％
去離子水：餘量
實施例3、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：十二碳二酸5.5％
緩蝕劑：苯駢三氮唑0.5％
有機鹼：三乙醇胺11％、一乙醇胺3％、二環己胺2.0％
潤滑劑：季戊四醇油酸酯19％、四聚蓖麻油酸酯12％
醯胺：二異丙醇醯胺3％
乳化劑：AEO3 1.2％、AEO9 1.6％
油性劑：油酸1％、二聚酸6％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉2％
殺菌劑：正丁基苯並異噻唑啉酮2％
消泡劑：有機矽乳液0.2％
去離子水：餘量
實施例4、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：癸二酸5.5％
緩蝕劑：苯駢三氮唑鈉0.5％
有機鹼：三乙醇胺10％、二甘醇胺3.5％、二環己胺1.5％
潤滑劑：油酸異辛酯21％、四聚蓖麻油酸酯12％
醯胺：油酸三乙醇胺2.5％
乳化劑：AEO3 2.1％、AEO9 1.5％
油性劑：植物油酸1％、二聚酸5.5％
偶聯劑：異丙醇2％
軟化劑：乙二胺四乙酸二鈉2％
殺菌劑：異噻唑啉酮2％
消泡劑：有機矽乳液0.2％
去離子水：餘量
實施例5、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：月桂酸6.5％
緩蝕劑：苯駢三氮唑0.5％
有機鹼：三乙醇胺9.5％、三異丙醇胺2％、二環己胺1.5％
潤滑劑：油酸異辛酯30％、四聚蓖麻油酸酯10％
醯胺：椰子油脂肪酸二乙醇醯胺2.5％
乳化劑：AEO3 1.8％、AEO9 2.7％
油性劑：油酸1％、二聚酸4.5％
偶聯劑：甘油1％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉2％
殺菌劑：乙二醇二羥甲醚1.5％
消泡劑：有機矽乳液0.2％
去離子水：餘量
實施例6、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：三元羧酸3.5％
緩蝕劑：甲基苯駢三氮唑鈉1％
有機鹼：三乙醇胺12％、一異丙醇胺2％
潤滑劑：三羥甲基丙烷油酸酯21％、四聚蓖麻油酸酯7％
醯胺：妥爾油二乙醇醯胺6.5％
乳化劑：AEO9 3％
油性劑：油酸2％、二聚酸3.5％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉1％
殺菌劑：苯並異噻唑啉酮3％
消泡劑：有機矽乳液0.1％、格爾伯特醇0.2％
去離子水：餘量
實施例7、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：十一碳二酸2％
緩蝕劑：苯駢三氮唑0.2％
有機鹼：二異丙醇胺9％、2-氨基-2-甲基-1-丙醇1％
潤滑劑：油酸異辛酯35％、四聚蓖麻油酸酯10％
醯胺：椰子油脂肪酸二乙醇醯胺7％
乳化劑：司盤80 6％
油性劑：妥爾油2％、二聚酸2％
殺菌劑：六氫化三嗪1％
消泡劑：有機矽乳液0.1％
去離子水：餘量
實施例8、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：酒石酸7％
緩蝕劑：甲基苯駢三氮唑1％
有機鹼：2-氨基-2-甲基-1-丙醇12％、二甘醇胺2％、
潤滑劑：三羥甲基丙烷油酸酯20％
醯胺：油酸二乙醇胺6.5％
乳化劑：AEO3 2％
偶聯劑：C15醇醚羧酸5％
油性劑：植物油酸2％、二聚酸3.5％
軟化劑：乙二胺四乙酸四鈉1％
殺菌劑：苯並異噻唑啉酮3％
消泡劑：有機矽乳液0.2％
去離子水：餘量
實施例9、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：檸檬酸5％
緩蝕劑：苯駢三氮唑鈉2％
有機鹼：羥乙基乙二胺10％、異丙基氨乙醇10％
潤滑劑：油酸異辛酯18％、四聚蓖麻油酸酯7％
醯胺：妥爾油二乙醇胺7％
乳化劑：AEO9 3.5％
偶聯劑：C8醇醚羧酸5％
油性劑：植物油酸5％、二聚酸4％
軟化劑：乙二胺四乙酸二鈉3％
殺菌劑：亞甲基雙嗎啉1.5％
消泡劑：聚醚2％
去離子水：餘量
實施例10、一種水基切削液，由如下質量百分比的原料製成：
防鏽劑：十一碳二酸7％
緩蝕劑：苯駢三氮唑1％
有機鹼：三乙醇胺15％、二甘醇胺5％
潤滑劑：聚合三油酸甘油酯7％、季戊四醇油酸酯20％
醯胺：妥爾油二乙醇醯胺2％
乳化劑：AEO9 2％
油性劑：三聚酸2.5％、二十一碳二元酸1.5％
殺菌劑：苯並異噻唑啉酮2％、六氫化三嗪3％
消泡劑：有機矽乳液0.2％、格爾伯特醇0.3％
去離子水：餘量
對比實施例1：市售某公司採用硼酸、氯化石蠟、石油磺酸鈉等原料配製的用於鑄鐵、碳鋼、不鏽鋼等黑色金屬切削加工的極壓半合成切削液。
對比實施例2：市售某公司採用硼酸、氯化石蠟、石油磺酸鈉、磷酸酯等原料配製的用於鋁及其合金、銅及其合金、鑄鐵等金屬切削加工的通用半合成切削液。
對實施例1-實施例10及對比實施例1-2所得的切削液進行對比實驗，試驗中的主要指標如下表：
接上表
從上表可以看出：與採用礦物油油、含氯及硼酸的切削液相比，本發明的切削液濃縮液及稀釋液均有更好的儲存穩定性及硬水穩定性，無論是對鑄鐵、紫銅還是鋁片，本發明的切削液均能產生良好的防鏽、防腐效果，稀釋液外觀透明。