CN113355150A - 一种微乳切削液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微乳切削液及其制备方法和应用。本发明的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：油相包括如下重量份的组分：基础油10‑15份，极压剂0‑5份，第一乳化剂3‑6份，油性防锈剂10‑15份和第二乳化剂6‑13份；水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂10‑20份，偶合剂0‑3份，有色金属缓蚀剂0‑6份，消泡剂0.01‑0.05份和水25‑40份。本发明的微乳切削液生产工艺简单、产品功能全面、产品质量稳定，能同时适应多种材质和多种加工工艺。

Description

一种微乳切削液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，尤其是涉及一种微乳切削液及其制备方法和应用。

背景技术

切削液是一种在金属切削、磨加工过程中用来冷却和润滑刀具及加工件的工业用液体，通常由多种功能助剂复合而成。切削液可分为油基切削液和水基切削液；油基切削液是由基础油复配不同比例的极压耐磨添加剂、润滑剂、防锈剂、防霉杀菌剂、催冷剂等添加剂而成，水基切削液按照产品中基础油的类别不同又可分为乳化液、半合成切削液和全合成切削液，其中乳化液仅以矿物油作为基础油，半合成切削液既含有矿物油又含有化学合成基础油，全合成切削液则仅使用化学合成基础油。

目前，现在市场上的微乳切削液类产品多以十几种单剂生产。例如，公开号为CN107446681A的中国专利公开了一种微乳化型水溶性金属切削液，该切削液组成包括：5-40wt.％基础油A；3-10wt.％表面活性剂B；2-27wt.％稳定剂C；0.1-3wt.％极压剂D；0.1-5wt.％杀菌剂E；0.5-3wt.％金属抗氧化剂F；1-3wt.％消泡剂H；0.5-2wt.％抗硬水剂G；1-5wt.％沉降剂K；余量为蒸馏水。然而，现有的微乳切削液大多存在制备工艺复杂、质量控制困难、产品功能单一，无法同时适应多种材料(黑色金属与有色金属)及多种加工工艺(轻、中、重负荷加工)等缺陷。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微乳切削液及其制备方法和应用，该微乳切削液生产工艺简单、产品功能全面、产品质量稳定，能同时适应多种材质和多种加工工艺。

本发明提供一种微乳切削液，由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油10-15份，极压剂0-5份，第一乳化剂3-6份，油性防锈剂10-15份和第二乳化剂6-13份；

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂10-20份，偶合剂0-3份，有色金属缓蚀剂0-6份，消泡剂0.01-0.05份和水25-40份。

在本发明中，基础油可以采用环烷基矿物油；该环烷基矿物油的粘度为10-15，兼具油性添加剂的载体和润滑组分，HLB值11.3，乳化油稳定性好于石蜡基基础油。

在本发明中，极压剂可以采用氯化石蜡，例如氯化石蜡T301等，其主要用于提供边界润滑，提高工件的加工精度和加工效率。

在本发明中，第一乳化剂可以包括乳化剂A 3-5份和乳化剂B 0.1-1份；其中：乳化剂A可以为油酸三乙醇胺盐，其兼备乳化、润滑、防锈、清洗等功效，HLB值为12.2，适合乳化环烷基基础油，同时提供体系的PH值大于7.5以及一定的碱保持；乳化剂B可以为醇醚羧酸乙醇胺盐，例如脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸的乙醇胺盐，其PH值为8.66，HLB值为10，具有出色的助乳化能力，配合乳化剂A，完全乳化环烷基基础油，适合乳化环烷基基础油，同时具有适中的碱性，提供体系的PH值大于7.5以及一定的碱保持，同时兼顾了黑色金属的防锈性和有色金属的耐腐蚀性对PH值的要求，此外具有出色的抗硬水能力(1％添加量，抗1000ppm的硬水；3.5％添加量，抗2500ppm硬水)和耐电解质的能力，不论是加工黑色金属还是有色金属，乳化液的稳定性都能得以保持。

在本发明中，油性防锈剂可以采用重烷基苯磺酸醇胺盐，其分子量为430-450，既是防锈剂，也是防锈型阴离子乳化剂，优点在于：①防锈等级高，可替代石油磺酸钠，在同等防锈等级的条件下，剂量仅为石油磺酸钠的一半；②具有较高的碱值储备能力(9.47)和PH稳定性(-1.9％)，有助于抗菌防腐和防锈；③对铝及其合金污斑腐蚀低，对铜金属溶出/腐蚀远远低于其它胺盐；④能同时兼顾黑色金属的防锈性与有色金属的防腐蚀性；⑤作为乳化剂(HLB＝10.6)，助乳化能力强，乳化液稳定性好。

在本发明中，第二乳化剂包括非离子乳化剂A5-10份和非离子乳化剂B 1-3份；其中：非离子乳化剂A可以为辛基酚聚氧乙烯醚OP-10，其协同乳化剂A和乳化剂B起乳化作用；非离子乳化剂B可以为失水山梨醇单油酸酯SP-80，其协同乳化剂A、乳化剂B乳化基础油，同时调整微乳液的HLB值。

在本发明中，水性防锈剂包括水性防锈剂A 0-10份、水性防锈剂B 5-10份、水性防锈剂C 0-10份；其中，水性防锈剂A可以为一乙醇胺硼酸酯，其在本发明的微乳切削液体系中主要用作黑色金属的防锈组分，同时用来提高体系碱值、杀菌防腐败以及作为极压减磨剂使用；水性防锈剂B可以为二乙醇胺硼酸酯，其防锈、杀菌、减磨作用优异，同时增加碱保持性；水性防锈剂C可以为三元有机酸的一乙醇胺盐或三乙醇胺盐，具有防锈膜薄、防锈能力强等优点。

在本发明中，偶合剂可以为格尔伯特酸，其碳链长度可以为12，分子量为200，对金属表面的润湿力好，能提升配方稳定性；与水性防锈剂A、防锈剂B复配，在低PH(PH＝8.0)值时防锈等级高；单独抑制有色金属腐蚀的能力高，尤其是在低PH环境下；此外，与有色金属缓蚀剂A复配，对所有类型的铝及其合金、铜等有色金属都具有腐蚀抑制能力。

在本发明中，有色金属缓蚀剂包括有色金属缓蚀剂A和有色金属缓蚀剂B中的至少一种；其中，有色金属缓蚀剂A可以为非磷型铝缓蚀剂，其对不同铝系(AD12、L12、6061、7075)的铝合金缓蚀作用效率高；有色金属缓蚀剂B可以为为苯并三氮唑T706，其为铜及铜合金的缓蚀剂。此外，有色金属缓蚀剂中有色金属缓蚀剂A与有色金属缓蚀剂B的质量比可以为(1-5)：(0.1-1)。

在本发明中，消泡剂可以为非硅型浓缩抗泡剂L5674，其消泡能力超强。

在本发明第一实施方式中，微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油10-15份，乳化剂A 3-5份，乳化剂B 1份，油性防锈剂15份、非离子乳化剂A 8份和非离子乳化剂B 1-3份。

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂A 5-10份，水性防锈剂B 5份，消泡剂0.01-0.05份和水30-40份。

上述第一实施方式的微乳切削液可用于黑色金属轻、中负荷加工工艺。

在本发明第二实施方式中，微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油10-15份，极压剂5份，乳化剂A 3-5份，乳化剂B 1份，油性防锈剂15份、非离子乳化剂A 8份和非离子乳化剂B 1-3份。

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂A 5-10份，水性防锈剂B 5-10份，消泡剂0.01-0.05份和水25-35份。

上述第二实施方式的微乳切削液可用于黑色金属重负荷加工工艺。

在本发明第三实施方式中，微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油15份，极压剂5份，乳化剂A 3-5份，乳化剂B0.1-1份，油性防锈剂10份、非离子乳化剂A 5-10份和非离子乳化剂B 1-3份。

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂B 5-10份，水性防锈剂C 5-10份，偶合剂1-3份，有色金属缓蚀剂A 1-5份，消泡剂0.01-0.05份和水25-30份。

上述第三实施方式的微乳切削液可用于铝及铝合金多种加工工艺(轻、中、重负荷加工)。

在本发明第四实施方式中，微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油15份，乳化剂A 3-5份，乳化剂B 0.1-1份，油性防锈剂10份、非离子乳化剂A 5-10份和非离子乳化剂B 1-3份。

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂B 5-10份，水性防锈剂C 5-10份，偶合剂1-3份，有色金属缓蚀剂B 0.1-1.0份，消泡剂0.01-0.05份和水25-30份。

上述第四实施方式的微乳切削液可用于铜及铜合金多种加工工艺(轻、中、重负荷加工)。

在本发明第五实施方式中，微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油15份，极压剂5份，乳化剂A 3-5份，乳化剂B0.1-1份，油性防锈剂10份、非离子乳化剂A 5-10份和非离子乳化剂B 1-3份。

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂B 5-10份，水性防锈剂C 5-10份，偶合剂1-3份，有色金属缓蚀剂A 1-5，有色金属缓蚀剂B 0.1-1.0份，消泡剂0.01-0.05份和水25-30份。

上述第五实施方式的微乳切削液可用于铝、铜及铝合金等有色金属多种加工工艺(轻、中、重负荷加工)。

本发明还提供上述微乳切削液的制备方法，包括如下步骤：

按重量份将油相中的各组分依次加入反应釜，搅拌混匀，制得油相；

在搅拌条件下，按重量份向油相中依次加入水相中除水之外的组分，最后加入水，搅拌混匀，制得微乳切削液。

本发明的制备方法可以采用带桨式搅拌机的反应釜进行制备；制备时，压力可以为常压，温度可以为30-60℃，搅拌速度可以为50-70r/min，例如60r/min。制备油相时，搅拌时间可以为10-20min；加水速度不宜过快，可以控制在10min之内加完；加入水相后的搅拌时间可以为25-35min。

本发明还提供上述微乳切削液在黑色金属和/或有色金属加工中的应用；具体地，上述微乳切削液可加35-45倍水稀释以直接作为工作液使用，或1：(0.5-1.5)兑水调和制成低含油微乳切削液，还可以1：(0.5-1.5)兑基础油调和制成高含油微乳化切削液。

本发明的微乳切削液生产工艺简单、产品功能全面、产品质量稳定，能同时满足黑色金属和铝合金、铜等有色金属的轻中重负荷加工工艺。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明各实施例所采用的原料如下：

基础油：粘度10-15的环烷基矿物油，HLB值11.3，购自抚顺圣路润滑油有限公司；

极压剂：氯化石蜡T301，购自锦州晟邦石油化工有限公司；

乳化剂A：油酸三乙醇胺盐，HLB值为12.2，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

乳化剂B：脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸的乙醇胺盐，PH值＝8.66，HLB值＝10，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

油性防锈剂：重烷基苯磺酸醇胺盐，分子量430-450，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

非离子乳化剂A：辛基酚聚氧乙烯醚OP-10，购自天津红太阳化工有限公司；

非离子乳化剂B：失水山梨醇单油酸酯SP-80，购自辽宁红山化工股份有限公司；

水性防锈剂A：一乙醇胺硼酸酯，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

水性防锈剂B：二乙醇胺硼酸酯，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

水性防锈剂C：为三元有机酸的一/三乙醇胺盐，购自锦州兆元润滑油添加剂有限公司；

偶合剂：格尔伯特酸，碳链长度12，分子量为200，购自沈阳双晟生物科技有限公司；

有色金属缓蚀剂A：非磷型铝缓蚀剂，购自上海宏泽化工有限公司；

色金属缓蚀剂B：为苯并三氮唑T706，购自南通康华电子材料有限公司；

消泡剂：为非硅型浓缩抗泡剂L5674，购自北京苯环化工有限公司。

实施例1

本实施例的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相由如下重量份的组分组成：

水相由如下重量份的组分组成：

上述微乳切削液的制备方法如下：

按照上述重量份，先将油相组分逐一加入到带桨式搅拌机的反应釜内，之后开动搅拌桨，控制压力为常压、温度为40℃，搅拌速度为60r/min，搅拌10分钟。

在开动搅拌的情况下，一边搅拌一边加入水相组分中除水之外的其它各组分，最后加入水，水的加入速度不宜太快，控制在10分钟之内加完；油相、水相全部加完之后，搅拌30分钟，即制得微乳切削液。

上述微乳切削液主要用于铸铁及中低碳材质工件的磨削、车削、铣削、刨削等轻、中负荷加工工艺，防锈性能是该加工工艺所侧重要求的技术指标；由于体系内无有色金属缓蚀剂，对铝合金及铜等有色金属无缓蚀能力的保护。

本实施例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

实施例2

本实施例的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相由如下重量份的组分组成：

水相由如下重量份的组分组成：

上述微乳切削液的制备方法如下：

按照上述重量份，先将油相组分逐一加入到带桨式搅拌机的反应釜内，之后开动搅拌桨，控制压力为常压、温度为60℃，搅拌速度为60r/min，搅拌10分钟。

在开动搅拌的情况下，一边搅拌一边加入水相组分中除水之外的其它各组分，最后加入水，水的加入速度不宜太快，控制在10分钟之内加完；油相、水相全部加完之后，搅拌30分钟，即制得微乳切削液。

上述微乳切削液主要用于高碳钢及硬质合金材质的工件做拉削、攻丝，铰孔重负荷等加工工艺，具有极压性、防锈性能是该加工工艺所侧重要求的技术指标；本实施例的抗磨能力高于实施例1的抗磨能力4倍，其它性能如防锈等级，与实施例1相同，均为0级。

本实施例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

实施例3

本实施例的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相由如下重量份的组分组成：

水相由如下重量份的组分组成：

上述微乳切削液的制备方法如下：

按照上述重量份，先将油相组分逐一加入到带桨式搅拌机的反应釜内，之后开动搅拌桨，控制压力为常压、温度为30℃，搅拌速度为60r/min，搅拌10分钟。

在开动搅拌的情况下，一边搅拌一边加入水相组分中除水之外的其它各组分，最后加入水，水的加入速度不宜太快，控制在10分钟之内加完；油相、水相全部加完之后，搅拌30分钟，即制得微乳切削液。

上述微乳切削液主要用于铝及铝合金材质的工件做车削、攻丝，铰孔等中、重负荷的加工工艺，防锈性及有色金属缓释性能优异。

本实施例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

实施例4

本实施例的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相由如下重量份的组分组成：

水相由如下重量份的组分组成：

上述微乳切削液的制备方法如下：

按照上述重量份，先将油相组分逐一加入到带桨式搅拌机的反应釜内，之后开动搅拌桨，控制压力为常压、温度为50℃，搅拌速度为60r/min，搅拌10分钟。

在开动搅拌的情况下，一边搅拌一边加入水相组分中除水之外的其它各组分，最后加入水，水的加入速度不宜太快，控制在10分钟之内加完；油相、水相全部加完之后，搅拌30分钟，即制得微乳切削液。

上述微乳切削液主要用于铜材质的工件做车削、铣削等轻、中、重负荷多种加工工艺，由于有铜缓蚀剂的存在，加工过程中对铜的防腐蚀保护能力优异；虽然极压抗磨性不高，但由于铜材质是容易加工材料，因此对加工的铜零件精度影响不大。

本实施例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

实施例5

本实施例的微乳切削液由油相和水相调和而成；其中：

油相由如下重量份的组分组成：

水相由如下重量份的组分组成：

上述微乳切削液的制备方法如下：

按照上述重量份，先将油相组分逐一加入到带桨式搅拌机的反应釜内，之后开动搅拌桨，控制压力为常压、温度为50℃，搅拌速度为60r/min，搅拌10分钟。

在开动搅拌的情况下，一边搅拌一边加入水相组分中除水之外的其它各组分，最后加入水，水的加入速度不宜太快，控制在10分钟之内加完；油相、水相全部加完之后，搅拌30分钟，即制得微乳切削液。

采用上述微乳切削液主要用于铜、铝及铝合金材质的工件做车削、攻丝，铰孔等中、重负荷的加工工艺，黑色金属的防锈性及有色金属缓释性能优异。

本实施例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

对照例1

本对照例采用现有常规微乳切削液作为对照；本对照例的微乳切削液组成如下：

油相组分：

水相组分：

本对照例的微乳切削液的质量及加工效果见表1。

表1各微乳切削液的质量及加工效果检测结果

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种微乳切削液，其特征在于，由油相和水相调和而成；其中：

油相包括如下重量份的组分：基础油10-15份，极压剂0-5份，第一乳化剂3-6份，油性防锈剂10-15份和第二乳化剂6-13份；

水相包括如下重量份的组分：水性防锈剂10-20份，偶合剂0-3份，有色金属缓蚀剂0-6份，消泡剂0.01-0.05份和水25-40份。

2.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，基础油为环烷基矿物油；极压剂为氯化石蜡；油性防锈剂为重烷基苯磺酸醇胺盐。

3.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，第一乳化剂包括油酸三乙醇胺盐3-5份和醇醚羧酸乙醇胺盐0.1-1份。

4.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，第二乳化剂包括辛基酚聚氧乙烯醚5-10份和失水山梨醇单油酸酯1-3份。

5.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，水性防锈剂包括一乙醇胺硼酸酯0-10份、二乙醇胺硼酸酯5-10份和三元有机酸的一乙醇胺或三乙醇胺盐0-10份。

6.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，有色金属缓蚀剂选自非磷型铝缓蚀剂和苯并三氮唑中的至少一种；有色金属缓蚀剂中非磷型铝缓蚀剂与苯并三氮唑的质量比为(1-5)：(0.1-1)。

7.根据权利要求1所述的微乳切削液，其特征在于，偶合剂为格尔伯特酸；消泡剂为非硅型浓缩抗泡剂。

8.权利要求1-7任一所述的微乳切削液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按重量份将油相中的各组分依次加入反应釜，搅拌混匀，制得油相；

在搅拌条件下，按重量份向油相中依次加入水相中除水之外的组分，最后加入水，搅拌混匀，制得微乳切削液。

9.权利要求1-7任一所述的微乳切削液在黑色金属和/或有色金属加工中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，微乳切削液以加35-45倍水稀释、1：(0.5-1.5)兑水调和或1：(0.5-1.5)兑基础油调和的方式进行应用。