水基金属加工液润滑添加剂

层的抗剪切强度极弱, 从而在运动的金属界面间 起到减摩作用。作为水基金属加工液中的极压剂, 希望活性物质含量高, 反应活性强, 能快速形成 极压润滑膜。但活性物质含量过高, 反应活性过 强, 可能会对金属表面造成腐蚀。这就需要平衡 润滑剂极压性与腐蚀性的关系, 来满足加工要求。 据文献报道 [ 1] , 主要措施是根据不同的加工工艺 和不同的加工材料, 选择不同反应活性的极压剂, 如切削加工要求的极压剂活性一般, 而拉拔、轧 制则要求极压剂活性强。铸铁、铜和铝等材料对 极压剂的活性要求一般, 而碳钢、模具钢和不锈 钢等对极压剂的活性要求较高。
合成 润 滑材 料
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文章编号: 1672- 4364 ( 2005) 04- 0015- 04
国内有机硼抗磨剂的研究进展
王明江 1 李云鹏2 段庆华 2
( 1 中国石油化工股份有限 公司重庆一坪润滑油分公司, 重庆 400039; 2 北京石油化工科学研究院, 北京 100083)
润滑剂的安全性已经实施材料安全数据表管 理 (M SDS, M ateria l Sa fety Data Sheet) , 润滑剂制 造商必须提供产品的安全数据表给用户, 内容包 括产品的 理化特 性 ( 如 pH 值, 闪 点, 易 燃度, 反应活性等 ), 对 使用者的健康 ( 如致 癌, 畸变 等 ) 可能产生的危害, 产品的危险程度, 产品的 燃爆性能, 毒性和环境危害, 以及安全使用、泄 漏应急救护处置和法律法规等多方面信息。M SDS 是传递化学品危害信息的重要文件, 是管理润滑 剂的有效方法。
针对具体的加工 工况, 加工液的 pH 值都要 求在一定的范围内, 通常希望 pH 值为 8~ 10, 这 是因为 pH 值过低, 设备和工件 易锈蚀; 若碱性 太强, 会腐蚀皮肤, 引起脱脂, 不益于操作者的
健康; 并且在这样的碱性环境下, 不容易产生细 菌, 有利于金属 加工液的维护, 延长使 用寿命。 这就要求润滑剂不能与 pH 值调节剂、防锈剂等 成分发生反应, 不仅造成润滑剂被消耗而丧失润 滑性能, 还可能不利于维持 pH 值相对稳定的加 工液缓冲体系, 进而可能会影响到体系的防锈性、 杀菌性、消泡性、稳定性等。因此选用合成酯作 为水基加工液润滑添加剂使用时, 必须考虑其水 解稳定性, 确保在碱性条件下不会分解变质, 从 而保持其润滑性能。又例如某些含活性元素的水 溶性润滑剂, 由于在水中会发生水解反应产生腐 蚀性酸, 加剧水基润滑液的腐蚀性, 需使用碱性 磺酸盐或水溶性高分子化合物替代 [ 7] 。
4 经济性 润滑剂是加工液中含量较多的组分, 因而使
用时必须考虑成本。然而单纯以润滑剂的价格高 低来选择润滑剂并不一定是最经济的, 还应考虑 到它的加工性能、对整个加工液体系添加剂的用 量与成本的影响以及加工液使用寿命等。润滑性 能差的添加剂虽然可能单价较低, 但会导致使用 剂量的增多, 也可能无法满足加工要求, 而减少 加工刀具的使用寿命, 增加产品总成本。而且随 着人们环保意识不断增强, 污水排放标准日趋严 格, 金属加工液的处理越来越难, 致使废液更换 费用和污水处理费用也变得不堪忍受。这就必须 调整加工液的配方, 不使用对环境有毒、有害的 化学物质, 以减轻后处理的压力。此外, 理想的 润滑剂还应使金属加工液向着通用化和专业化发 展, 减少产品、设备和工艺管理维护费用, 从而 提高生产效益, 提高产品竞争力。因此, 选用润
因此, 润滑剂的毒性成为选择时必须考虑的 一个重要因素。首先选用的润滑剂必须做到毒性 低、不引起皮肤过敏、不引起遗传疾病、不引起 细胞病变尤其癌变。如过去被广泛使用的短链氯 化石蜡极压剂被怀疑有致癌作用, 其使用受到了 严格的限制 [ 10] ; 传统含硫、磷、氯化合物的极压 抗磨效果好, 但在水中易水解引起腐蚀, 而且有 异味, 对皮肤敏感, 不受操作者欢迎。其次, 选
水溶性聚醚类由于其逆溶性质而表现出良好 的润滑性以及与 极压剂有良好的 协同性 [ 2, 3] , 在 金属加工液中得到越来越多的应用。但由于分子 内含有活泼氢, 易腐蚀铝等软金属, 不宜用于铝 和铝合金加工 [ 4] ; 而含硫极压剂极易腐蚀铜, 一 般也不用于铜材加工。
此外, 还可选用通过分子改性或根据 / 分子 设计观点 0 合成的多效润滑剂, 即把赋予水溶性
收稿*日期: 2005 - 10 - 15 作者简介: 邱金华, 男, 助理工程师, 现 后勤工程 学院油 料应用化学专业在读硕士生, 从事金属加工液的研究。
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邱金华等 1 水基金属加工液 润滑添加剂的使用
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作用的亲水性基团、赋予油性作用的吸附性基团 和赋予极压、抗磨的反应性基团集合于一个分子 内, 以及在添加剂分子中引入具有防锈作用的基 团, 从而合成出兼有油性、抗磨性、极压性、缓 蚀性等多种功效的水溶性润滑添加剂, 如张秀玲 合成的含 N、 S 的复合硼酸酯 [ 5] , 罗国强将聚氧 乙烯基醚和多元醇、烷醇胺进行硼酸酯化, 得到 的水溶性产物 等 [ 6] 。极 压剂在水 中易产生 腐蚀, 可加入如石 油磺酸钠、苯 并三氮唑及其 衍生物、 硅酸钠等缓蚀剂来满足加工防锈防腐要求。
选用润滑剂的种类和数量还受加工液的类型 ( 乳化液、微乳 液、合成液 ) 限制。特 别在微乳 化液体系中, 润滑剂的种类和数量变化会引起其 他成分如表面活性剂、防锈剂、消泡剂等种类和 数量的变化, 进而会引起体系的稳定性和综合性 能, 需通过大量试验选择和确定其种类和用量。
3 润滑剂的安全性 随着现代工业的迅速发展和人类对健康、环
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用的润滑剂还必须符合国际环境法规和相应环境 指标的要求, 并从生产到消费的全过程中都要得 到体现。如空调、冰箱压缩机生产中对切削液的 要求极为苛刻, 不得含有氯、硅等元素, 所使用 的铜管内壁润滑剂也不得含有氯元素, 以确保在 生产和使用过程中以及末端处理时, 不会对生态 环境造成毒害 [ 11] 。另外, 短链氯化石蜡会污染海 水, 磷酸盐的积累会使河流、湖泊因营养富化而 出现赤潮等也是必须考虑的环境问题 [ 12] 。
保意识的不断加强, 润滑剂对健康和环境的危害 引起了人们的广泛关注。金属加工液在使用过程 中不可避免地要与操作者皮肤接触, 这可能会引 起皮炎或过敏, 同时操作者长期暴露在金属加工 液中, 其产生的油雾通过呼吸进入人体体内, 会 诱发呼吸道疾病, 甚至导致肺癌或者呼吸道系统 和肠道系统癌变, 对人体的健康构成危害 [ 8~ 10] 。
பைடு நூலகம்
摘要: 水基润滑添加剂的选用不仅要满足金属加工的要求, 还必须与金属加工液的其他组分相容 , 避 免 对人体健康和环境造成危害。
关键词: 水; 金属加工液; 润滑添加 剂
中图分类号: TE 6241 82
文献标识码: A
水基金属加工液因具有优良的冷却性、清洗 性、防锈性、经济性和安全性等优点, 得到了快 速发展, 并广泛应用于切削、研磨、压延、冲压、 拉拔、攻丝等金属加工领域。但由于其含油少或 不含油, 润滑液的油性较差, 润滑性能不足, 影 响了加工效果, 限制了水基金属加工液的应用范 围。因而选用性能优良的润滑剂, 是提高水基加 工液性能的关键。并且随着制造设备的进步, 加 工工艺和材料材质的改进, 工厂管理水平的提高, 市场竞争的日趋激烈, 机械制造商对金属加工液 的要求也随之提高了, 产品除必须满足传统的使 用性能外, 还要求使用寿命长、气味小、对环境 和操作人员无害, 具有较高的通用性或一定的专 用性。因此在具体选用润滑添加剂时, 应注意以 下几个因素。* 1 加工工艺与材料对润滑添加剂的要求
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文章编号: 1672- 4364 ( 2005) 04- 0012- 03
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水基金属加工液润滑添加剂的使用
邱金华 1 罗新民1 欧阳波 2 陈 胤3
( 1 后勤工程学院, 重庆 400016; 2 @ @ @ @ @ 部队, 517300; 3 @ @ @ @ @部队, 651701)
滑添加剂应从使 用成本 ( 润滑 剂的成本与剂量、 其它组分的成本与剂量等 ) 和系统成本 ( 加工液 的处理、更换、对 刀具 的磨 损、管 理 费用 等方 面 ) 综合考虑。
5 结束语 作为金属加工液的重要组分, 润滑剂对产品
性能起着决定性影响。只有充分了解润滑添加剂 性能和加工要求, 以及润滑剂与加工液中其他组 分的相容性, 并考虑到环境与经济因素, 才能研 制出满足加工要求, 能得到市场推广使用的水基 金属加工液产品。
金属加工过程, 不论车、铣、钻、刨、磨等 切削过程, 还是冲压、拉伸、轧制等无切削工艺, 都属于极压润滑状态, 而且每个工艺过程, 都在 不断产生新的表面, 在大多情况下, 加工工艺苛 刻, 其表面光洁度不会太高, 这都需要良好的润 滑剂, 特别是极压剂。极压添加剂的作用实际就 是对金属表面的一种可控腐蚀作用, 所生成腐蚀
金属加工液配方中有许多成分如防锈剂、 pH 值调节剂、润滑剂、偶合剂、消泡剂、杀菌剂等, 各组分应有良好的相容性。首先, 作为加工液的 首选成分, 要求润滑剂不能降低防锈性或对防锈 性影响较小。防锈剂在加 工液中能起防 锈作用, 首先也必须要防锈剂分子在金属表面形成物理吸 或化学吸附性保护层, 以防止空气中 O2和水分及 酸性物质侵蚀金属表面; 而润滑作用的产生, 前 提也是润滑剂分子能在摩擦副表面形成吸附或反 应膜。因此二者对金属表面的吸附必然存在着竞 争, 润滑剂的种类和剂量就可能会影响到防锈剂 种类和量的选择。
参考文献
1 李茂生 1 水基加工 液中一些 重要平衡关 系的探讨 1 润 滑与密封, 2004, ( 2): 74~ 78 2 王克华 1 合成具烷撑二醇金属加工液 1 合成润滑材料, 2003, 30 ( 3): 39~ 43 3 招玉春 1 水溶性聚 醚在拉伸 模具中的应 用研究 1 模具 工业, 1999, ( 12): 47~ 49 4 李茂生 1 水溶性聚 醚在金属 加工液中的 应用 1 合 成润 滑材料, 2003, 30 ( 4): 8~ 10 5 张秀玲, 贾晓 明 1 复 合硼酸 酯多 功能添 加剂 的研 究 1 现代研究, 1997, ( 6): 24~ 25 6 罗国强 1 硼 酸酯 添 加剂 的研 究 1 润 滑与 密 封, 1993, ( 4) : 13~ 17 7 李华峰 1 水溶性润 滑添加剂 的现状与发 展趋势 1 合成 润滑材料, 1998, 25 ( 2): 15~ 18 8 何红波 1 金属加工 液使用中 的健康与安 全问题 1 合成 润滑材料, 2001, 28 ( 4): 18~ 21 9 伍利群 1 金属加工润滑剂的使用与防范 1 润滑与密封, 2002, ( 5): 95~ 96 10 王克 华 1 金 属加 工 液 的安 全 问 题 1 合 成 润 滑 材料, 2003, 30 ( 4): 30~ 33 11 李茂生 1 绿色金属加工用油的开发 与发展趋势 1 机床 与液压, 2003, ( 6): 13~ 16 12 傅树琴 1 金属加 工润滑 剂的研 究与进 展 1 石 油商技, 2001, 19 ( 4): 1~ 4
润滑、防锈、清洗、冷却是金属加工液的四 大主要功能, 不同加工工艺对加工液的功能要求 也不尽相同。因此, 除了要把握极压性与防锈性 的平衡外, 选用润滑添加剂时, 还需注意是否对 清洗性造成不利影响。通常为了增强加工液的润 滑性, 大量使用高碳脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺及 其衍生物、聚醚等吸附性很强的高碳有机化合物。 然而有些化合物如羊毛脂, 吸附性强, 润滑性好, 但清洗能力差, 很难用水基清洗剂洗净, 进而影 响下一道加工工序。 2 润滑剂与其它组分的化学相容性