本发明属于切削液领域，具体涉及一种铜铝铁材加工用微乳化切削液及其制备方法。
背景技术：
：金属切削液在金属切削加工过程中起着冷却、润滑、清洗和防腐蚀作用，随着国内外机械工业整体技术的发展，数控机床(数控加工中心)切削速度更快，切削负荷更大，切削温度更高，这就要求配伍新型的高性能切削液满足加工要求。切削液主要分为水基合成切削液、微乳化液和全合成切削液等类型。欧美发达国家主要以微乳化液和全合成切削液作为发展方向；在我国，水基合成切削液的使用范围广泛，但防锈性能较差，近几年已经开始向微乳化切削液方向发展。目前，很多大中型企业使用的切削液，如长城牌金属乳化油、(壳牌)好富顿微乳化切削液等均是通用型产品，具有中规中矩的防锈性、防腐性、润滑性等指标。不同加工企业的主营加工材质和使用量有异，以某铜材、铝材、铁材料加工性企业为例，在市售微乳化切削液的大量应用过程中，经常暴露出以下问题：切削液伤害皮肤，气味较大，刺激喉咙和眼睛；防锈性能差，焊接大型镗床工作台锈蚀严重；润滑性能较差，攻丝有烂牙现象发生；夏天使用周期短，容易腐臭变质。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种铜铝铁材加工用微乳化切削液，具有良好的防锈性、润滑性、冷却性、清洗性和消泡性，尤其适用于各类铜材、铝材的加工，综合性能高于国内外高品质切削液。本发明的第二个目的在于提供上述铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法。为实现上述目的，本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液的技术方案是：一种铜铝铁材加工用微乳化切削液，主要由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油30-35份，油溶性缓蚀剂18.2-21.3份，水溶性防锈剂15-17份，表面活性剂5-5.6份，铝材缓蚀剂2-2.3份，铜材缓蚀剂1-1.2份，耦合剂乙醇2-2.4份，水25-30份，ph调节剂若干；ph调节剂的用量满足体系ph为8-9；所述油溶性缓蚀剂由石油磺酸钠12-14份、石油磺酸钡3-3.5份和环烷酸锌3.2-3.8份组成；所述水溶性防锈剂为三乙醇胺油酸皂。本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液，主要通过基础油、油溶性缓蚀剂、水溶性防锈剂的选择，来改善防锈性、润滑性、冷却性、清洗性和消泡性。三种油溶性缓蚀剂与三乙醇胺油酸皂的合用，起到良好的乳化、防腐防蚀和润滑作用。耦合剂乙醇的使用，配合配方中表面活性剂、油溶性缓蚀剂等具有乳化作用的成分，可以使使体系更稳定、减少分层和混浊。微乳化ph保持在8-9之间，ph值太低容易繁殖细菌，导致微乳液腐败，降低微乳液的防腐性能，使工件和设备锈蚀，但是ph值太高会伤害操作者的皮肤，可使用氢氧化钠、氢氧化钾等ph调节剂来调节ph达到8-9，可以有效改善夏天切削液使用周期短，避免腐臭变质现象的发生。ph调节剂优选30％的氢氧化钾溶液，用量为3-3.2份。三乙醇胺油酸皂是油酸、三乙醇胺的酯化反应产物。经进一步实验验证，不同工艺和配比制成的三乙醇胺油酸皂在体系中稳定性、润滑性和防锈性有差异。优选的，所述三乙醇胺油酸皂由油酸、三乙醇胺按质量比(3-4)：(1.5-2)发生酯化反应得到。采用以上配比的三乙醇胺油酸皂，产物为棕色或浅棕色半透明均匀的液体，与水互溶性好。更进一步优选的，所述酯化反应是先在120℃保温2h，再升温到140℃保温1h。采用该工艺制成的产品，外观为墨色，能显著提高微乳化切削液的润滑性能，特别对高速加工的数控加工中心设备攻丝套扣效果良好，不会产生烂牙现象，并有良好的防锈作用。稳定性更加优异，在切削液体系中不析出和分层，性能更优越。微乳液在热力学上属于不稳定系，由于表面自由能的作用，水、油比重差和体系中布朗运动的影响，如果乳化剂选用不当，那就会出现油滴凝聚结合现象，导致相分离(即破乳)，影响微乳液的性能。针对本配方体系，优选的，所述表面活性剂由hlb值不大于6的亲油性表面活性剂和hlb值大于12的亲水性表面活性剂按质量比1:1组成。进一步优选的，所述亲油性表面活性剂为司本-80。所述亲水性表面活性剂为op-10。司本-80的用量为2.5-2.8份，op-10的用量为2.5-2.8份。大量实验表明，如果单独使用一种表面活性剂，短时间微乳液能保持稳定，但放置一段时间就会出现分层现象，说明体系乳化不平衡，把两种表面活性剂hlb值相差较大相结合，两者复配使用能保证微乳液的长期稳定状态，润湿性能优越，乳化、增容性优良，增强了微乳液的综合性能，也促使清洗性，润滑性、防锈性得到整体提高。针对使用硬水的情形，优选的，还包括硬度调节剂1.5-2份，所述硬度调节剂为乙二胺四乙酸。采用乙二胺四乙酸(edta)能有效降低水的硬度，增加产品的适应性。铝材缓蚀剂选择硅氧烷酮，能非常有效的防止各种铝材的氧化和腐蚀，可以很好的解决夏季铝件加工后容易氧化发黑的现象。铜材缓蚀剂选择苯骈三氮唑，与体系的相容性好，使微乳液抑制铜材腐蚀效果良好。采用上述原料制成的微乳化切削液，不含重金属和有害物质，对眼睛和皮肤无刺激，不易生长微生物，可改善工人的操作条件，对环境不造成污染。本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法的技术方案是：一种铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法，包括以下步骤：将脱蜡处理全损耗系统10号机械油和油溶性缓蚀剂在50-60℃搅拌混合至少30min，然后依次加入水溶性防锈剂、表面活性剂、铝材缓蚀剂、铜材缓蚀剂、耦合剂乙醇、水混合均匀，然后用ph调节剂调节ph为8-9。将脱蜡处理全损耗系统10号机械油和油溶性缓蚀剂预先进行混合，可使各成分溶为一体，促进润滑能力大幅提高。采用上述方法配制成的微乳化切削液，最终形成稳定均匀透明液体，外观为棕红色，具有良好的防锈性、防腐性、润滑性、冷却性、清洗性。附图说明图1为本发明实施例3的微乳化切削液的制备方法的工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，脱蜡处理全损耗系统10号机械油，购自河北云锦润滑油有限公司。铝材缓蚀剂为硅氧烷酮，型号为nf815，购自合肥诺泰生物科技有限公司。铜材缓蚀剂为苯骈三氮唑(t706)。其他原料均为市售常规商品。一、本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液的具体实施例实施例1本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油30份，油溶性缓蚀剂18.2份，水溶性防锈剂15份，表面活性剂5份，铝材缓蚀剂2份，铜材缓蚀剂1份，耦合剂乙醇2份，edta2份，30wt％的氢氧化钾溶液3份，水25份。所述油溶性缓蚀剂由石油磺酸钠(t702)12份、石油磺酸钡(t701)3份和环烷酸锌(t704)3.2份组成。所述水溶性防锈剂为三乙醇胺油酸皂。三乙醇胺油酸皂按以下步骤进行制备：按重量份计，三乙醇胺1.7份和油酸3.3份充分混合，加热至120℃，保温2小时，在升温至140℃，保温1h，然后自然冷却，即得墨色的三乙醇胺油酸液体皂。表面活性剂由司本-802.5份和op-102.5份组成。实施例2本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油35份，油溶性缓蚀剂21.3份，水溶性防锈剂17份，表面活性剂5.6份，铝材缓蚀剂2.3份，铜材缓蚀剂1.2份，耦合剂乙醇2.4份，edta1.5份，30wt％的氢氧化钾溶液3.2份，水30份。所述油溶性缓蚀剂由石油磺酸钠14份、石油磺酸钡3.5份和环烷酸锌3.8份组成。所述水溶性防锈剂为三乙醇胺油酸皂。三乙醇胺油酸皂的制备方法与实施例1相同。表面活性剂由司本-802.8份和op-102.8份组成。实施例3本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油32份，油溶性缓蚀剂19.5份，水溶性防锈剂16份，表面活性剂5.4份，铝材缓蚀剂2.2份，铜材缓蚀剂1.2份，耦合剂乙醇2份，edta2份，30wt％的氢氧化钾溶液3份，水28份。所述油溶性缓蚀剂由石油磺酸钠13份、石油磺酸钡3份和环烷酸锌3.5份组成。所述水溶性防锈剂为三乙醇胺油酸皂。三乙醇胺油酸皂的制备方法与实施例1相同。表面活性剂由司本-802.7份和op-102.7份组成。实施例4本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液，与实施例1介绍的不同之处在于，三乙醇胺油酸皂按以下步骤进行制备：按重量份计，三乙醇胺7份和油酸10份充分混合，在70℃保温30min，得到棕色半透明均匀的液体，该液体和水以任何比例互溶，并均匀透明。实施例5本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液，与实施例1介绍的不同之处在于，三乙醇胺油酸皂按以下步骤进行制备：按重量份计，三乙醇胺5份和油酸10份充分混合，并加入片碱(氢氧化钠)0.4份充分混合，在75℃保温1h，得到透明均匀浅棕色半透明均匀的液体。二、本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法的具体实施例实施例6本实施例的铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法，对实施例1的微乳化切削液的制备过程进行说明，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：1)将脱蜡处理全损耗系统10号机械油和石油磺酸钠(t702)、石油磺酸钡(t701)和环烷酸锌(t704)在50℃搅拌混合30min，形成均一的皂化体；2)在搅拌、50℃条件下加入三乙醇胺油酸皂，搅拌均匀；3)在搅拌、50℃条件下加入表面活性剂司本-80和op-10，搅拌均匀；4)在搅拌、50℃条件下加入铜材防腐剂和铝材防腐剂，搅拌均匀；5)加入耦合剂、水搅拌均匀；6)加入edta混合，加入30％的氢氧化钠溶液调节ph为8.5-9，得到均匀透明棕红色微乳化切削液。可参考以上制备方法进行实施例2-5的微乳化切削液的制备。三、实验例实验例1实施例1、实施例4、实施例5中仅三乙醇胺油酸皂的制备过程不同。经过长期实验观察，其中实施例1的稳定性最好，皂体在体系中8个月整体溶液不析出和分层，液体呈透明状。润滑性能优异，在高速加工的数控加工中心设备攻丝套扣效果良好，不会产生烂牙现象。实施例4的方案，皂体在体系中3个月整体溶液有皂析出现象，液体不太透明，说明皂体稳定性稍差。实施例5的方案，皂体在体系中2个月整体溶液有细小粉末沉淀，说明皂体稳定性稍差。实验例2对实施例1-3的微乳化切削液进行性能指标测试，满足表1的测试指标。表1实施例的微乳化切削液的性能评定结果(注：5％稀释液是原液用水稀释，原液、水体积比为5:95。将5％浓度稀释液液倒入100ml的量筒中，使液面在70ml处，盖好塞，上下摇动1min，上下摇动的距离约为1/3m，摇动频率约为100～120次/min。然后，在室温下静置10min，观察液面残留泡沫体积应小于或等于2ml为合格。)将实施例1的微乳化切削液与华阳恩塞(美国)、国产切削液的物化性能进行对比，结果如表2所示。以下项目检测时，使用仪器如下：可控电烘干箱一台，150～200ml的烧杯玻璃盖皿。检测时，将制备的试片，全浸于已配置好的试液中(不同材料的试片，不得浸入同一杯中)，加盖玻璃罩，移置到已恒温到55±2℃的恒温烘干箱内，连续试验到规定时间，然后，取出试片，进行检查。检测标准可参照gb/t6144-2010标准进行评定。表2不同微乳化切削液的性能对比测定项目华阳恩塞(美国)国产切削液微乳液(wr-1)外观琥珀色浅黄色红棕色储运安定性无分层无分层无分层10％(蒸馏水)ph值9.48.5910％(蒸馏水)消泡性；ml/min00010％(蒸馏水)铸铁片腐蚀试验；24h合格合格合格10％(蒸馏水)钢片腐蚀试验；24h合格合格合格10％(蒸馏水)紫铜片腐蚀试验；24h合格合格合格10％(蒸馏水)铝片腐蚀试验；24h合格轻微氧化合格10％(蒸馏水)极压pd值；n1010103098010％(蒸馏水)减摩擦性u值0.110.130.1(检测项目中，10％蒸馏水是原液和蒸馏水按体积比10:90稀释。)由表1-2的检测数据可知，实施例的微乳化切削液具有良好的防锈性、防腐性、润滑性、冷却性、清洗性，各项技术指标优异。微乳化切削液不含国家指定的重金属和有害物质，对眼睛和皮肤无刺激，不易生长微生物，可改善工人的操作条件，对环境不造成污染。本产品具有优异的减摩擦性，在高速套扣中没有烂牙现象发生，加工性能优于进口同类产品，大大提高了零部件的质量加工水平。将实施例1的微乳化切削液送达机械制造事业部加工车间，在机加工车间通过数控机床、数控加工中心和普通车床对微乳化切削液进行试用，在2个月的时间内，对钢、紫铜、黄铜、铝及铝合金共计60个批次进行加工，微乳化切削液体现出良好的防锈性、润滑性、冷却性、清洗性、消泡性，其综合性能高于国内外高品质切削液，并且微乳化切削液对设备油漆无腐蚀，无毒无污染，无刺激性气味，对人体皮肤无伤害。同比同类型国内外高品质切削液，实施例的微乳化切削液价格优势明显，综合成本降低50％以上，能达到最佳的经济效果。当前第1页1 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技术特征：1.一种铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，主要由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油30-35份，油溶性缓蚀剂18.2-21.3份，水溶性防锈剂15-17份，表面活性剂5-5.6份，铝材缓蚀剂2-2.3份，铜材缓蚀剂1-1.2份，耦合剂乙醇2-2.4份，水25-30份，ph调节剂若干；ph调节剂的用量满足体系ph为8-9；
所述油溶性缓蚀剂由石油磺酸钠12-14份、石油磺酸钡3-3.5份和环烷酸锌3.2-3.8份组成；
所述水溶性防锈剂为三乙醇胺油酸皂。
2.如权利要求1所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述三乙醇胺油酸皂由油酸、三乙醇胺按质量比(3-4)：(1.5-2)发生酯化反应得到。
3.如权利要求2所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述酯化反应是先在120℃保温2h，再升温到140℃保温1h。
4.如权利要求1所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述表面活性剂由hlb值不大于6的亲油性表面活性剂和hlb值大于12的亲水性表面活性剂按质量比1:1组成。
5.如权利要求4所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述亲油性表面活性剂为司本-80。
6.如权利要求4或5所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述亲水性表面活性剂为op-10。
7.如权利要求1所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，还包括硬度调节剂1.5-2份，所述硬度调节剂为乙二胺四乙酸。
8.如权利要求1所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述铝材缓蚀剂为硅氧烷酮。
9.如权利要求1所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液，其特征在于，所述铜材缓蚀剂为苯骈三氮唑。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的铜铝铁材加工用微乳化切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将脱蜡处理全损耗系统10号机械油和油溶性缓蚀剂在50-60℃搅拌混合至少30min，然后依次加入水溶性防锈剂、表面活性剂、铝材缓蚀剂、铜材缓蚀剂、耦合剂乙醇、水混合均匀，然后用ph调节剂调节ph为8-9。
技术总结本发明属于切削液领域，具体涉及一种铜铝铁材加工用微乳化切削液及其制备方法。该微乳化切削液，主要由以下重量份的组分组成：脱蜡处理全损耗系统10号机械油30‑35份，油溶性缓蚀剂18.2‑21.3份，水溶性防锈剂15‑17份，表面活性剂5‑5.6份，铝材缓蚀剂2‑2.3份，铜材缓蚀剂1‑1.2份，耦合剂乙醇2‑2.4份，水25‑30份，pH调节剂若干；pH调节剂的用量满足体系pH为8‑9。本发明的铜铝铁材加工用微乳化切削液，主要通过基础油、油溶性缓蚀剂、水溶性防锈剂的选择，来改善防锈性、润滑性、冷却性、清洗性和消泡性。三种油溶性缓蚀剂与三乙醇胺油酸皂的合用，起到良好的乳化、防腐防蚀和润滑作用。
技术研发人员：陈福生;胡中辉;高森;武洋;谷从旺;吕鹏杰;武俊峰
受保护的技术使用者：河南平高电气股份有限公司
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2021.03.12
