MAF_1_微乳型水基切削液的研制_孙成杰

续表 序号
4 5 6
防锈剂
羧酸胺盐 B 羧酸钾盐 苯甲酸钠
浓度/ % 0. 5 0. 5 0. 5
外观
透明 透明 透明
pH值 7. 0～7. 5
7. 0 7. 0～7. 5
单片锈蚀 (铸铁) (35 ±2) ℃ 无锈 一点锈 均锈
从表 2 结果可见 ,硼酸胺盐 、脂肪酸胺盐 、羧酸 胺盐的防锈性能较好 。 1. 5 微乳液油性剂的选择
表 4 MP4 在不同浓度下在水中的摩擦系数
MP4 浓度/ %
0. 1
0. 2
0. 5
1. 0
摩擦系数
0. 0754 0. 0672 0. 0645 0. 0601
注 :试验是在 M - 20 摩擦试验机上用钢作为试验件 。
从表 4 可见 ,在水中加入 0. 1 %的 MP4 ,便能显 著的降低水的摩擦系数 ,能为切削液提供良好的普 通载荷的边界润滑性能 。 1. 6 微乳液极压抗磨剂的选择
在切削加工时 ,被加工的金属会发生塑性和弹 性变形 ,由于刀具与工件的不断摩擦 ,产生了大量的 切削热 ,这些热量严重的影响了刀具寿命和切削效 率 ,尤其在重负荷 、强力切削和极苛刻的机械加工中 显得更为突出 。因此 ,降低切削温度 ,提高切削效果 是切削加工中的一个重要问题 。为解决上述问题 , 必须通过润滑和冷却来实现 ,而采用一般润滑油是 不能满足要求的 ,必须加入极压抗磨添加剂及其它 的功能添加剂来完成 。在冲击性负荷或高温高负荷 条件下 ,极压抗磨剂起决定性作用 ,它与摩擦部分的 金属表面生成极压润滑膜 (金属化学膜) ,把两金属 表面隔开 ,从而防止金属磨损和烧结 。
1. 2. 1 微乳型水基切削液的形成机理
加杀菌剂 、消泡剂充分搅拌即得到微乳型水基切削
微乳液是介于乳化油和合成切削液的新型金属 液浓缩液 。
加工液产品 ,它的稀释液又称半合成液 。
1. 3 微乳液基础油的选择
当油和水与相当大量的离子型表面活性剂及助
基础油的作用主要是起润滑作用 ,同时也是油
级范围 。这种体系称之为微乳状液 。微乳液的性质 中需加大量的表面活性剂 、防锈剂 、乳化剂等 ,一定
不同于通常的乳状液 。微乳液的液珠很小可将微乳 程度上势必会增加产品的粘度 ,尤其是亲水性较强
液看作单分散体系 。由于大量的表面活性剂和助表 的阴离子乳化剂对矿物油有明显的稠化作用 ,甚至
面性剂的存在从而使油 —水界面张力降至极低 ,因 成膏状 。因此 ,微乳液应选用粘度较低的润滑油基
表 1 MAF - 1 # 微乳型水基切削液技术指标
项 目
技术指标
试验方法
浓缩液 外观
橙色透明 目 测
续表
项 目
技术指标
试验方法
贮存安定性1) 5 %稀释液 p H 值 乳液安定性 皂
通过 目测 (无沉淀 、无分层)
8～10 无
GB/ T 6144 SH/ T 0579
油
696 441
686 441 471
392 470 470 431
D33902mNin/ mm 铜片腐蚀 (150 ℃,3h) / 级
0. 42
3b
0. 45
3a
0. 63
2d
0. 87
3b
0. 71
1b
1B
1B
1B
0. 62
1b
从表 5 的结果来看 ,考虑到微乳液对多种加工 材料的适用性 ,选择含氯及含磷添加剂作为极压抗 磨剂 。 1. 7 微乳液表面活性剂的选择
现将常用的一些极压抗磨剂在同一种基础油中 加入 1. 0 %后 ,用四球试验机进行评定 ,结果见表 5 。
表 5 几种极压抗磨剂的抗磨性能
类别
含磷剂 P - 1 P - 2 含硫剂 S - 1 S - 2 S - 3 含氯剂 Cl - 1 Cl - 2 Cl - 3 基础油
PB/ N
表 3 几种水溶性防锈剂的防锈试验
序号
防锈剂
浓度/ %
外观
pH值
单片锈蚀 (铸铁) (35 ±2) ℃2
羧酸胺盐 A
0. 5
3
脂肪酸胺盐
0. 5
透明 乳白色 透明
7. 0～7. 5 7. 0～7. 5 7. 0～7. 5
一点锈 四点锈 无锈
第 3 期 孙成杰等. MAF - 1 # 微乳型水基切削液的研制 4 5
无
防锈性试验 (35 ℃±2 ℃) / 级
GB/ T 6144 附录 A
单片 24h
A
叠片 8h
A
铁屑 2h
合格
腐蚀试验 (55 ℃±2 ℃) / 级
GB/ T 6144
钢片 48h
A
铜片 4h
A
铝片 4h
A
消泡性/ mL·(10min) - 1 四球试验 PB/ N 攻丝效率2) / %
在普通载荷 (油膜厚度为 10 - 4～10 - 5 mm) 的切 削条件下 ,切削液的润滑性主要通过油性剂来实现 的 。同时油性剂也是切削液在边界润滑状态下保持 最小油膜所不可缺少的 。油性剂的极压基与金属表 面的亲和性较大 ,与金属发生了半物理 、半化学的吸 附 ,在金属表面形成比较坚国而又薄的单分子层 ,从 而降低切削液在边界条件下的摩擦系数 ,达到提高 加工表面光洁度的目的 。根据各类油性剂及微乳液 的特点 ,选用 MP4 (磷酸脂) 作为油性剂 ,其不同浓 度的摩擦系数见表 4 。
在我国虽然机电一体化起步较晚 ,但近些年随 着机床和加工设备的不断引进 ,我国的机械加工业 得到了迅猛的发展 。由于金属加工机械不断使用高 技术 ,原先的金属加工液已与之不相适应 。因此研 究和开发此产品 ,对提高我国金属加工液的水平 ,满 足市场需要 ,取代国外产品具有重要的现实意义和 明显的经济效益 。 1 研究部分 1. 1 MAF - 1 # 微乳型水基切削液的暂行技术指标
表面活性剂一起混合可自发的形成透明或半透明的 溶性添加剂 、表面活性剂等的载体 。虽然微乳液中
体系 。这些体系是非常小的液珠以 O/ W 或 W/ O 基础油的含量远远低于乳化油中的基础油含量 ,但
的形式形成的分散体 。液珠的半径在 10 nm 的量 它直接影响产品的外观 、乳化分散性能等 。微乳液
2004 年 6 月 润 滑 油 第 19 卷第 3 期
J un. 2004
Lubricating Oil
Vol. 19 ,No. 3
文章编号 :100223119 (2004) 0320043205
MAF - 1 # 微乳型水基切削液的研制
此微乳液是热力学上的稳定体系 。
础油 。同时 ,为了保证运输 、储存的安全 ,微乳液的
在乳状液形成的过程中 ,由于表面活性剂的参 闪点不宜太低 ,除非特殊要求 ,一般情况下 ,煤油 、柴
与使油 - 水界面张力大幅度下降 ,若表面活性剂的 油这些低闪点的石油产品不宜作基础油 。
量足够多 ,达到临界胶束浓度 ( C. M. C) 两者间的界
1. 2 微乳型水基切削液的制备
收稿日期 :2003 - 11 - 28 。 作者简介 :孙成杰 (1964 - ) ,女 ,工程师 ,1987 年毕业于华东理工
大学工业催化专业 ,多年从事润滑油研发工作 ,已公开发表论文数 篇。
44 润 滑 油 2004 年第 19 卷
≯
2
≮ 500
≮ 100
GB/ T 6144 GB/ T 12583 沪 Q/ SHF 005
抗菌性2)
通过 附录 B
油漆适应性2)
通过 JB/ Z 1470
水质适应性 (水硬度 ≯500μg/ g) 透明及半透明 目测
毒性试验2)
通过 GB/ T 7919
注 :1) 一周后目测 ; 2) 属保证项目 ,每四年测定一次 。
HV I 150 半透明
HV I 500 膏状
结合以上分析及表 2 结果可见 ,微乳液浓缩液 的基础油选用 HV I 75 较合适 。 1. 4 微乳液防锈剂的选择
防锈是金属加工液所要求的主要性能之一 。而 在金属表面上吸附的润滑油分子 ,由于吸附得不牢 固 ,可能被水和氧的分子所置换 ,从而发生锈蚀 。加 入防锈剂于润滑油中 ,这些防锈剂分子就会由于极 性吸附 ,在金属表面形成一层吸附保护膜 。由于水 也是极性分子 ,所以防锈剂的极性必须很强大 ,使其 不被水分子置换 。这样 ,防锈剂分子由于隔开了水 和氧与金属的接触 ,也就防止了锈蚀的发生 。当然 防锈现象还涉及到其它一些因素 ,但极性吸附是防 锈的主要原理 。有些防锈剂如苯三唑 ,它对铜不是 由于吸附而是由于苯三唑对铜有一种特殊的化学反 应 (络合反应) 能力 ,从而防止了铜的锈蚀 。几种水 溶性防锈剂的防锈试验结果见表 3 。
孙成杰1 ,黄宁2 ,曹美娟3
(1. 中国石油润滑油研究开发中心 ,辽宁 大连 116032 ; 2. 中国石油大连石化分公司 ,辽宁 大连 116032 ;3. 苏州特种油品有限公司 ,江苏 苏州 215002)
摘要 :以低粘度润滑剂和自来水为基本原料 ,添加以防锈剂 、极压剂 、消泡剂 、表面活性剂 ,研制成透明的 MAF 1 # 微乳型水基切削液 ,采用两相混合法的制备工艺 。研制的微乳液经稀释后适用于黑色等多种金属的切削 、磨 削等工艺 ,具有良好的防锈 、防腐 、抗硬水稳定性能 ,且无毒无味 、对皮肤无刺激 ,能满足工件加工的润滑性 、防锈 性和光洁度要求 ,并能延长其使用周期 。
众所周知 ,水中的钙 、镁离子会与表面活性剂发 生反应 ,产生浑浊 、浮渣 、沉淀等问题 ,从而导致乳化 液稳定的破坏 ,因此 ,配方中加入的表面活性剂应能 抗硬水 ,并且对防锈性能影响不大 。
如将表面活性剂体系的总界面张力定义为 γt , 无表面活性剂时油 - 水界面张力为 γa ,有表面活性 剂时油 - 水界面张力为 μ,则有如下相互关系 :
γt = γa - μ 当γa > μ 时 ,界面张力为正值 ,体系形成乳状 液 ,液滴总是趋于聚结 。 当γa =μ时 ,界面张力为零 ,体系达到平衡 。 当γa < μ 时 ,界面张力将是负值 ,虽然这一现 象可能是暂时的 ,不能稳定存在 ,但通过扩大界面 、 加大液体分散度 ,可使体系越趋于平衡 ,最终形成微 乳液 。此时 ,界面张力由负值变为零 。微乳液的形 成是一个自发过程 ,其分散相微粒不会聚结 、分层 。 1. 2. 2 微乳液的制备 微乳液是用油 、水 、表面活性剂 、助表面活性剂
MAF - 1 # 微乳型水基切削液在 ISO 金属加工 液分类标准中属 MAF 类 ,是一类具有抗磨 、防锈 、 半透明或透明的极压型微乳化切削液 ,但 ISO 及我 国标准中微乳液一直没有产品标准 ,根据微乳型水 基切削液的发展状况及日本的 J IS K2241 标准 ,制 订了微乳型水基切削液的暂行技术指标 ,见表 1 。
将水 、表面活性剂 、防锈剂 、乳化剂分别加入
面上将挤满一层紧密 、定向排列的单分子膜 ,则界面 HV I 75 、HV I 100 、HV I 150 、HV I 500 中调配微乳液
能有可能减小到零 ,此时形成了乳状液 。在添加性 浓缩液 ,结果见表 2 。
质完全不同的第二种助表面活性剂后 ,就可以使界 面张力进一步降低至很小 ,甚至会出现瞬间的负值 。
等组成的 。在制备中选择了两相混合法 。将阴离子
表面活性剂 、水溶性防锈剂 、助表面活性剂溶于水相
中 ,极压剂 、油性剂溶于油相中 ,边搅拌边将油相滴 加到水相中 ,再加非离子表面活性剂搅拌至透明后 ,
表 2 不同基础油对微乳液浓缩液的影响
项 目 外观
HV I 75 橙色透明
HV I 100 透明
关键词 :微乳液 ; 切削液 ; 极压剂 ; 润滑剂 ; 防锈剂 ; 研制 中图分类号 : TE626. 31 文献标识码 :A
前言 微乳化切削液由于它既有像乳化切削液那样的
润滑性 、防锈性 ,又有像合成切削液那样的清洗性 、 渗透性 、长寿命等优异的综合性能 ,所以作为高技术 加工机械的切削液被国内外机械加工业所承认 。它 的杰出的通用性 ,在从西方引进的机械加工设备中 , 切削液大部分采用微乳化切削液 。它可以广泛用于 金属切削 、研磨等工艺 ,也可以用于冲压 、深拔 、冷煅 和热煅 、挤压 、模压等成型工艺 。