CN110734804A - 一种纳米切削油及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米切削油及其制备方法和应用，该纳米切削油包括以下组成成分及质量百分比：基础油：50‑70％；改性添加剂：25‑40％；极压抗磨剂：3‑5％；耦合剂：3‑5％；余下为辅料；其中，所述的改性添加剂为油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的复合物，所述纳米二氧化硅添加剂的表面经过有机物修饰，可以均匀分散在一类，或者二类矿物油中直接作为添加剂添加在切削油中。本发明的切削油在边界润滑情况下，纳米二氧化硅添加剂可以提供有效的滚动摩擦，即使在切削过程中产生的高达1000℃的高温，也可以起到良好的润滑作用，可以有效保护刀具以及工件表面，本发明的纳米切削油可将刀具寿命提高34.6％以上。

Description

一种纳米切削油及其制备方法和应用
技术领域
本发明金属加工工艺润滑油技术领域，具体地说是一种纳米切削油及其制备方法和应用。
背景技术
众所周知，钛合金具备广泛的应用前景，但钛合金属于难加工材料，其高温强度高，切削过程中切削温度高，导热率小，切削热大部分会传导到刀具。目前国内外关于钛合金加工大多数情况下均采用传统的切削油。一些从事高端加工制造业的企业，为了提高加工效率，一般采用价格昂贵的刀具，或者将传统的润滑方式改成由压缩冷空气将切削油雾化冷却的方式喷射到刀具和钛合金表面进行加工。刀具涂层和切削油供给方式的改善，可以提高加工效率。现有技术往往采用传统的含硫、含氯以及含磷的极压切削油进行钛合金加工，传统的切削油无法承受切削过程中的高温区域，所形成的的润滑油膜在高温区很容易破裂、失效，以至于严重影响刀具的使用寿命以及工件的加工精度；尤其对于加工精度要求较高的医疗器械来说，传统的切削油无法达到相应的精度要求。
因此，亟需提供一种耐高温的加工钛合金的切削油。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种纳米切削油及其制备方法和应用，本申请适用于钛合金加工，相比于传统切削油，本发明的纳米切削油具备更优异的耐高温性能，即使在1000℃下工作仍然具备较高的润滑效果。
本发明的技术方案如下：
一种纳米切削油，包括以下组成成分及质量百分比：
基础油：50-70％；
改性添加剂：25-40％；
极压抗磨剂：3-5％；
耦合剂：3-5％；
余下为辅料；
其中，所述的改性添加剂为油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的复合物，所述纳米二氧化硅添加剂的表面经过有机物修饰，可以均匀分散在一类，或者二类矿物油中直接作为添加剂添加在切削油中。
本发明所述油性添加剂为植物油、三羟甲基丙烷油酸单酯、季戊四醇双酯、油酸异辛酯、氧化菜油中的一种或几种；
所述极压抗磨剂为二烷基二硫代氨基甲酸钼、亚磷酸二正丁酯以及非活性硫化极压抗磨剂中的一种或几种；
所述耦合剂为月桂醇、C16格尔伯特醇以及二乙二醇单丁醚中的一种或几种；
所述辅料包括金属减活剂、防锈剂、抗氧剂和抗雾剂。
优选地，所述纳米切削油，包括以下组成成分及质量百分比：
基础油：60％；
改性添加剂：25％；
极压抗磨剂：4％；
耦合剂：4％；
余下为辅料。
优选地，所述的改性添加剂为油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的复合物，其中油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的质量比为3:1-2:1。
优选地，所述油性添加剂为三羟甲基丙烷油酸酯。
优选地，所述纳米二氧化硅添加剂的粒径为200nm-500nm。通过控制油溶性纳米二氧化硅纳米颗粒的粒径，在边界摩擦情况下提供滚动摩擦和滑动摩擦，给刀具和钛合金表面提供正确的润滑方式，以达到提高加工精度和延长刀具使用寿命的目的。发明人经过大量的实验探索发现，当纳米二氧化硅添加剂的粒径为100nm-200nm时，该切削油的性能最优。
优选地，所述纳米二氧化硅添加剂由以下方法制备得到：
S1.将表面活性剂，油性剂和正己烷按质量比1:10混合，于1000rmp/min 下搅拌得到混合溶液；
S2.向S1中所述混合溶液中滴加硅酸四乙酯，于30-40℃下保温搅拌 30min，再加入25g 28％的氨水，于30-40℃下搅拌反应24h，离心，弃上清液，用乙醇超声清洗表面反应的试剂，离心得到所述纳米二氧化硅添加剂。
优选地，S2中所述滴加的速度为5g/min。
一种纳米润滑切削油的制备方法，包括以下步骤：将原料一次加入调和釜中，开启脉冲搅拌，同时升温至60-80℃保温搅拌1h得到所述纳米润滑切削油。
一种纳米润滑切削油在合金加工中的应用也在本发明的保护范围内。
优选地，所述合金为钛合金。
本发明有益的技术效果在于：
本发明提供的添加了纳米材料的切削油，在边界润滑情况下，球状的纳米二氧化硅添加剂可以提供有效的滚动摩擦，即使在切削过程中产生的高达 1000℃的高温，也可以起到良好的润滑作用，可以有效保护刀具以及工件表面；极压抗磨剂可以与钛合金表面发生化学反应，起到良好的化学保护作用，两种摩擦方式在不同温度梯度下的有效结合，可以将刀具寿命提高34.6％-42.3％左右。
与传统的磷硫氯切削油相比，本发明可将刀具的使用寿命提高 34.6％-42.3％左右，同时该油品不添加传统切削油中的氯化石蜡，硫化猪油等对人体、环境均有害的物质，为操作者提供了良好的工作环境，真正为企业提供了节能减排、绿色环保、符合加工工艺要求的钛合金，以及其他难加工硬质合金的切削油产品。
附图说明
图1为本申请用于钛合金加工的切削油的其制备方法流程图。
图2为本申请中纳米二氧化硅添加剂的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图的制备流程和实施例，对本发明进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本申请的纳米切削油及其制备方法包括如下步骤：
按照质量百分比称取以下组分：基础油：50-70％；改性添加剂：25-40％；极压抗磨剂：3-5％；耦合剂：3-5％；金属减活剂0.3-1％；防锈剂3-5％；抗氧剂2-5％；抗雾剂2-3％；其中改性添加剂由油性添加剂和纳米润滑添加剂混合制备得到，油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的质量比为3:1-2:1；
将上述原料一次加入调和釜中，开启脉冲搅拌，同时升温至60-80℃保温搅拌1h得到所述纳米润滑切削油。
本申请中，下文所述的制备纳米二氧化硅添加剂的主要原料来源如下：
1、正硅酸四乙酯(TEOS))来源于天津科密欧化学试剂有限公司，
2、修饰剂IGEPALCO-520来源于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
其中，所述下文所述的纳米润滑添加剂的修饰方法包括如下步骤：
S1.将10g表面活性剂Igepalco-520和100g正己烷混合物加入到500mL 圆底烧瓶中，开启搅拌，搅拌速度为1000rmp/min，得到混合溶液；
S2.向S1中所述混合溶液中以5g/min的速度滴加50g正硅酸四乙酯，于 30-40℃下保温搅拌30min，再加入25g 28％的氨水，于30-40℃下搅拌反应24h，离心，弃上清液，用乙醇超声清洗表面反应的试剂，离心得到表面经过有机表面活性剂修饰的纳米二氧化硅颗粒，即所述纳米二氧化硅添加剂。
上述经有机物修饰过的纳米二氧化硅颗粒备用，其中该纳米二氧化硅添加剂的透射电镜图如图2所示。
实施例1
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入50％的基础油150SN，60SN(其中，150SN与60SN的质量比为1:2)，依次加入10％纳米二氧化硅添加剂，22％的氧化菜油和油酸异辛酯(氧化菜油与油酸异辛酯的质量比为3:1)，5％的二乙二醇单丁醚，1％的甲基苯并三氮唑，5％的十二烯基丁二酸，2％的4,4-二辛基二苯胺，3％的非活性硫化极压抗磨剂，2％的分子量为15000的聚异丁烯，待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h，待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
实施例2
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入65％基础油60N，依次加入5％纳米二氧化硅添加剂，15％的植物油和三羟甲基丙烷油酸双酯(植物油与三羟甲基丙烷油酸双酯的质量比为2:1)，3％的二乙二醇单丁醚，0.5％的甲基苯并三氮唑，3％的十二烯基丁二酸，4.5％的4,4-二辛基二苯胺，2％的非活性硫化极压抗磨剂，2％的分子量为20000的聚丙烯酸酯，待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h,待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
实施例3
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入69％的基础油150N，依次加入5％纳米二氧化硅添加剂，15％油酸异辛酯，3％的二乙二醇单丁醚，1％的甲基苯并三氮唑，3％的二壬基奈磺酸盐，1％的4,4-二辛基二苯胺与2,5-二叔丁基对苯二酚(质量比为1:3)，1％的二烷基二硫代氨基甲酸钼，2％分子量为10000的甲基丙烯酸酯与苯乙烯共聚物待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h,待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
实施例4
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入70％的基础油60SN，依次加入6％纳米二氧化硅添加剂，12％的植物油和季戊四醇单酯(植物油与季戊四醇单酯的质量比为2:1)，3％的月桂醇，0.5％甲基苯并三氮唑，3％的二壬基奈磺酸盐，1％的4,4-二辛基二苯胺与2,5-二叔丁基对苯二酚(质量比为1:3)，2.5％的非活性硫化极压抗磨剂，2％分子量为14000的甲基丙烯酸酯与苯乙烯共聚物待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h,待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
实施例5
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入60.2％的基础油150N，依次加入10％纳米二氧化硅添加剂，20％的植物油和油酸异辛酯(植物油与油酸异辛酯的质量比为2:1)，3％的月桂醇，0.3％的甲基苯并三氮唑，2％的二壬基奈磺酸盐，1％的4,4-二辛基二苯胺与2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚(质量比为1:3)，2％的非活性硫化极压抗磨剂，1.5％分子量为10000 的甲基丙烯酸酯与苯乙烯共聚物待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h,待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
实施例6
开启不锈钢调和釜脉冲搅拌，升温至60-70℃的温度范围内，加入56.8％基础油150SN，依次加入10％纳米二氧化硅添加剂，20％的植物油和油酸异辛酯(植物油与油酸异辛酯的质量比为2:1)，3％的C16格尔伯特醇，0.2％的甲基苯并三氮唑，3％的二壬基奈磺酸盐，2％的4,4-二辛基二苯胺与2,5-二叔丁基对苯二酚(质量比为1:3)，1％的亚磷酸二正丁酯，1％的非活性硫化极压抗磨剂，3％分子量为20000的甲基丙烯酸酯与苯乙烯共聚物，待所有添加剂添加完毕，70℃保温搅拌1h,待所有添加剂溶解均匀，检测主要性能指标合格后出釜包装。
对比例1
一种纳米切削油，与实施例1基本相同，其区别在于，所述纳米二氧化硅添加剂的粒径为100nm。
对比例2
一种纳米切削油，与实施例1基本相同，其区别在于，所述纳米二氧化硅添加剂的粒径为600nm。
对比例3
一种纳米切削油，与实施例1基本相同，其区别在于，S2中所述滴加的速度为3g/min。
对比例4
一种纳米切削油，与实施例1基本相同，其区别在于，S2中所述滴加的速度为6g/min。
性能检测与结果分析
对本发明的纳米切削油进行各项性能指标检测，技术指标如表1所示。实施例1-5与现用传统切削油用油量对比如表2。
表1实施例与对比样各项性能指标
Figure BDA0002238512520000081
Figure BDA0002238512520000091
选择上述实施例中的实施例3、实施例4和实施例5三个具有代表性的切削油，但其性能能够代表本发明所涉及到所有配比的切削油，用于某医疗器械钛合金工件加工，并与该企业现有传统含有氯化石蜡的切削油进行对比，结果见表2所示。
表2实施例与传统切削油对比
Figure BDA0002238512520000101
根据表2跟踪的使用效果，本发明提供的三款添加纳米润滑剂的切削油，与传统的切削油相比，均可提高钛合金工件的合格率。与此同时，传统切削油加工1300工件就要更换刀具，而本发明提供的添加了纳米二氧化硅润滑剂的切削油加工1750-1850的工件才更换刀具，可以将刀具寿命提高34.6％-42.3％，为企业降低了成本，且能够为工人提供良好舒适的工作环境。
将实施例制备的切削油运用于实际生产中，具备优异的润滑效果和抗高温性能，即使在高温环境下，也能长时间维持优异的润滑作用，能够确保加工精度和表面质量，从而减小刀具的磨损，在切割过程中不冒烟。本发明可以使刀具寿命延长，生产能力提高，增长了刀具转速及进给量。
本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。

Claims (10)

1.一种纳米切削油，其特征在于，包括以下组成成分及质量百分比：
基础油：50-70％；
改性添加剂：25-40％；
极压抗磨剂：3-5％；
耦合剂：3-5％；
余下为辅料；
其中，所述的改性添加剂为油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的复合物，所述纳米二氧化硅添加剂的表面经过有机物修饰，可以均匀分散在一类，或者二类矿物油中直接作为添加剂添加在切削油中。
2.如权利要求1所述纳米切削油，其特征在于，包括以下组成成分及质量百分比：
基础油：60％；
改性添加剂：25％；
极压抗磨剂：4％；
耦合剂：4％；
余下为辅料。
3.如权利要求1所述纳米切削油，其特征在于，所述的改性添加剂为油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的复合物，其中油性添加剂和纳米二氧化硅添加剂的质量比为3:1-2:1。
4.如权利要求1所述纳米润滑切削油，其特征在于，所述油性添加剂为三羟甲基丙烷油酸酯。
5.如权利要求1所述纳米润滑切削油，其特征在于，所述纳米二氧化硅添加剂的粒径为200nm-500nm。
6.如权利要求1所述纳米润滑切削油，其特征在于，所述纳米二氧化硅添加剂由以下方法制备得到：
S1.将表面活性剂，油性剂和正己烷按质量比1:10混合，于1000rmp/min下搅拌得到混合溶液；
S2.向S1中所述混合溶液中滴加硅酸四乙酯，于30-40℃下保温搅拌30min，再加入25g28％的氨水，于30-40℃下搅拌反应24h，离心，弃上清液，用乙醇超声清洗表面反应的试剂，离心得到所述纳米二氧化硅添加剂。
7.如权利要求6所述纳米润滑切削油，其特征在于，S2中所述滴加的速度为5g/min。
8.如权利要求1-7任一项所述纳米润滑切削油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料一次加入调和釜中，开启脉冲搅拌，同时升温至60-80℃保温搅拌1h得到所述纳米润滑切削油。
9.如权利要求1-7任一项所述纳米润滑切削油在合金加工中的应用。
10.如权利要求9所述应用，其特征在于，所述合金为钛合金。
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