MAF_1_微乳型水基切削液的研制_孙成杰

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
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 。
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
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 。
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 。
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 。
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
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 。
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
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) / %
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) ℃
1
硼酸胺盐
0. 5
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
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
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
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
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
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 ,
Leabharlann Baidu
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
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 。
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
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
≯
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 。
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
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 。
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 。