专利名称：一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水基合成金属切削液及其制备方法，特别是涉及一种以石墨烯分散液作润滑添加剂的高润滑性、高抗磨性的水基合成金属切削液，即含石墨烯分散液的水基合成金属切削液及其制备方法，属于金属切削加工润滑技术领域。
背景技术：
在机械加工领域中都知道，切削液在金属切削加工中是必不可少的，由于机械加工业的快速发展，大量的新工艺、新材料的加工都需要新型的高性能切削液。但是随着世界范围内对能源的节约、环境的保护的重视，由于传统的油基切削液存在生物降解性差、污染环境等的缺点，切削液的研制已向低公害或无公害的水基切削液发展。合成水基切削液不含矿物油，以多种化合物添加剂和水配制而成，具有优异的冷却性、稳定性和清洗性，成为了水基切削液研究发展的一个重要方向。但是，由于合成型水基切削液主体为水，而水的粘度低、承载能力低、成膜性差，摩擦常处于边界润滑状态，因而造成摩擦磨损严重，在现有的实际使用中为提高合成型水基切削液的润滑性能，必须加入润滑剂。当前，用于水基切削液的润滑添加剂主要为一些含S、P、Cl等元素的有机化合物，它们虽有一定的良好作用，但会严重污染外界环境和工作环境。随着人们对工作、生活环境要求的提高，这些添加剂的使用必将受到越来越严格的控制。因此，使用环境友好的润滑添加剂发展新型合成水基切削液的配方具有重要的现实意义和应用价值。石墨烯是一种无毒害物质，而且石墨烯由于其独特的结构和非凡的特性在理论研究和实际应用研究上一直都是关注的焦点。最近的研究表明，当石墨烯薄片被引入复合材料并均匀在分布整个材料中时有非凡的电子输运性质。石墨烯由于其基本电子属性和半金属性质也被用于制造一些简单的电子设备，如场效应晶体管和谐振器。此外，石墨烯在有机光伏电池、储能材料等方面的应用是一种很有前途的备选材料。然而，很少有研·究石墨烯摩擦学应用的报告，Peterson等指出有效的固体润滑剂通常有一些基本属性，如热稳定、低剪切强度、表面粘附和特定的层状结构。一些研究人员报道称，石墨和一些石墨衍生品和其他润滑材料一样都有非常理想的属性。Filleter等探索石墨烯膜外延的摩擦学和耗散特性，发现由于减少了粘附力双分子层石墨烯作为一个润滑剂优于石墨°Graphene Colloidal Suspensions as High Performance Sem1-SyntheticMetal-Working Fluids中使用氧化石墨烯作为微乳液水基切削液添加剂在冷却性、润滑性、抗磨性、负载力方面都有很大的提升，但由于系统稳定性不够完善未能推广扩大。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种以石墨烯分散液为润滑添加剂的水基合成金属切削液即一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液。本发明的目的之二在于提供上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液中所用的石墨烯分散液及其制备方法。本发明技术方案
一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:[wl]
减磨防腐剂10-20%
pH 稳定剂2.0-3.5%
润滑性添加剂0.5-1.5%
防锈剂0.5-1.0%
缓蚀剂0.2-0.5%
抗硬水剂0.05-0.15%
pH 调节剂3.0-8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺及单异丙醇胺中的一种或两种以上组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸及羟乙二胺四乙酸中的一种或两种以上组成的混合物；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量如下: 壳聚糖18%
石墨稀0.08%
0P-10烷基酚聚氧乙烯醚1.8%
冰醋酸8%
去离子水72.12%。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法，具体包括如下步骤:
①、壳聚糖酸性溶液的制备
将壳聚糖溶于去离子水中，加入冰醋酸，得壳聚糖酸性溶液；
②、石墨烯分散液的制备
将石墨烯、op- ο烷基酚聚氧乙烯醚加入到步骤①中的壳聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高转速下机械搅拌30min,然后在超声波处理器上进行超声分散20_30min，即得润滑性添加剂石墨烯分散液。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量优选如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%润滑性添加剂0.5-1.5%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1%
pH调节剂8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，具体包括如下步骤:
(I )、将去离子水、减磨防腐剂、PH稳定剂在常温常压下搅拌混合均匀得混合溶液；
(2)、将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、pH调节剂在常温常压下搅拌混合后加入到步骤(I)得到的混合溶液中，搅拌均匀即得到水基合成金属切削液的基础液；
(3)、将润滑性添加剂石墨烯分散液在常温常压下添加到步骤(2)所得的水基合成金属切削液的基础液中后进行混合均匀，即得含石墨烯分散液的水基合成金属切削液。本发明的有益效果
本发明的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，由于所用的石墨烯分散液是将石墨烯进行了原位修饰后而制备的，所得的石墨烯分散液在水溶液中不会产生聚沉，因此用石墨烯分散液为润滑性添加剂最终得到的含石墨烯分散液的水基合成金属切削液其稳定性好，即从根本上解决了石墨烯作为润滑性添加剂所得的水基合成金属切削液不稳定的问题。本发明的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，由于润滑性添加剂石墨烯分散液的引入，极大的提高了水基合成金属切削液的润滑性能和抗磨性。进一步，本发明的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，由于所采用的各种原料均为环保材料，使用时不会对使用者身体健康造成损害，而且对环境污染少，属于绿色环保的水基合成金属切削液。进一步，本发明的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，由于以水为载体，不含基油，因此生产过程中耗能少，生产成本低。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。实施例1一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%
润滑性添加剂0.5%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1%
pH调节剂8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺 、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量如下: 壳聚糖18%
石墨稀0.08%
0P-10烷基酚聚氧乙烯醚1.8%
冰醋酸8%
去离子水72.12%。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法，具体包括如下步骤:
①、壳聚糖酸性溶液的制备
将壳聚糖溶于去离子水中，加入冰醋酸调节PH，得壳聚糖酸性溶液；
②、石墨烯分散液的制备
将石墨烯、op-10烷基酚聚氧乙烯醚加入到步骤①中的壳聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高转速下机械搅拌30min,然后在超声波处理器上进行超声分散20min,即得润滑性添加剂石墨烯分散液。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，具体包括如下步骤:
(I )、将去离子水、减磨防腐剂、PH稳定剂在常温常压下搅拌混合均匀得混合溶液；
(2)、将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、pH调节剂在常温常压下搅拌混合后加入到步骤(I)得到的混合溶液中，得到水基合成金属切削液的基础液；
(3)、将润滑性添加剂石墨烯分散液在常温常压下添加到步骤(2)所得的水基合成切削液的基础液中后进行混合均匀，即得含石墨烯分散液的水基合成金属切削液。实施例2一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%
润滑性添加剂0.8%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1%
pH调节剂8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量同实施例1o上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法同实施例1。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，同实施例1。实施例3
一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%
润滑性添加剂1.0%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1%
pH调节剂8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；所述的pH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量同实施例1o上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法同实施例1。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，同实施例1。实施例4
一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%
润滑性添加剂1.5%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1% pH调节剂8.0%
余量为去离子水；
所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的润滑性添加剂石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量同实施例1o上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法同实施例1。上述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，同实施例1。对照实施例
一种不含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:
减磨防腐剂15%
pH稳定剂1.5%
防锈剂0.5%
缓蚀剂0.3%
抗硬水剂0.1%
pH调节剂8.0%
余量为去离子水；所述的减磨防腐剂为聚乙二醇；
所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为
1.2:1.3组成的混合物；
所述的防锈剂为硼化二乙醇胺；
所述的缓蚀剂为苯并三氮唑；
所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸；
所述的PH调节剂为冰醋酸；
所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。上述的一种不含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，同实施例1，只是制备过程中不添加润滑性添加剂石墨烯分散液。参考美国材料试验协会ASTMD5706方法对上述实施例1_4所得的含石墨烯分散液的水基合成金属切削液及对照实施例所得的不含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的负载能力进行测试，测试条件为:振幅1mm、频率20Hz、温度25°C、每级加载100N，每级持续时间2min，直到发生卡咬为止，以发生卡咬的载荷表示润滑剂承载能力；
采用德国OPtimol油脂公司生产的SRV.W微动摩擦磨损试验机对上述实施例1_4所得的含石墨烯分散液的水基合成金属切削液及对照实施例所得的不含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的磨损体积和摩擦系数进行测试。测试所用上试球为SAE52100钢球(59-61HRC)，下试盘为SAE52-00钢盘。在如下条件下进行试验:振幅1mm、频率20Hz、温度25°C、载荷100N、时间lOmin，完成后以钢盘表面磨损体积表示水基合成金属切削液的抗磨性能。以测试过程中的平均摩擦系数表示水基合成金属切削液的润滑性。上述的负载力、磨损体积、摩擦系数测试结果如下表所示:_
权利要求
1.一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，其特征在于按重量百分比计算，其原料组成及含量如下: 减磨防腐剂10-20% pH 稳定剂2.0-3.5% 润滑性添加剂0.5-1.5% 防锈剂0.5-1.0% 缓蚀剂0.2-0.5% 抗硬水剂0.05-0.15% pH 调节剂3.0-8.0% 余量为去离子水； 所述的减磨防腐剂为聚乙二醇； 所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺及单异丙醇胺中的一种或两种以上组成的混合物； 所述的防锈剂为硼化二乙醇胺； 所述的缓蚀剂为苯并三氮唑； 所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸及羟乙二胺四乙酸中的一种或两种 以上组成的混合物； 所述的PH调节剂为冰醋酸； 所述润滑性添加剂为石墨烯分散液，按重量百分比计算，其组成及含量如下:壳聚糖18% 石墨稀0.08% 烷基酚聚氧乙烯醚OP-101.8%冰醋酸8% 去离子水72.12% ； 上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法，具体包括如下步骤: ①、壳聚糖酸性溶液的制备 将壳聚糖溶于去离子水中，加入冰醋酸，得壳聚糖酸性溶液； ②、石墨烯分散液的制备 将石墨烯、烷基酚聚氧乙烯醚op-10加入到步骤①中的壳聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高转速下机械搅拌30min,然后超声分散20_30min，即得润滑性添加剂石墨烯分散液。
2.如权利要求1所述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液，其特征在于按重量百分比计算，其原料组成及含量如下: 减磨防腐剂15% pH稳定剂1.5% 润滑性添加剂0.5-1.5% 防锈剂0.5% 缓蚀剂0.3% 抗硬水剂0.1%pH调节剂8.0% 余量为去离子水； 所述的减磨防腐剂为聚乙二醇； 所述的PH稳定剂为三乙醇胺、二异丙醇胺按质量比计算，三乙醇胺:二异丙醇胺为`1.2:1.3组成的混合物； 所述的防锈剂为硼化二乙醇胺； 所述的缓蚀剂为苯并三氮唑； 所述的抗硬水剂为乙二胺四乙酸； 所述的PH调节剂为冰醋酸； 所述润滑性添加剂为石墨烯分散液。
3.如权利要求1或2所述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液的制备方法，具体包括如下步骤: (I )、将去离子水、减磨防腐剂、PH稳定剂在常温常压下搅拌混合均匀得混合溶液； (2)、将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、pH调节剂在常温常压下搅拌混合后加入到步骤(I)得到的混合溶液中，搅拌均匀即得到水基合成金属切削液的基础液； (3)、将润滑性添加剂石墨烯分散液在常温常压下添加到步骤(2)所得的水基合成金属切削液的基础液中后进行混合`均匀，即得含石墨烯分散液的水基合成金属切削液。
4.如权利要求1或2所述的一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液中所用的润滑性添加剂石墨烯分散液，其特征在于按重量百分比计算，其组成及含量如下:壳聚糖18% 石墨稀0.08% 烷基酚聚氧乙烯醚OP-101.8%冰醋酸8% 去离子水72.12% ； 上述的润滑性添加剂石墨烯分散液的制备方法，具体包括如下步骤: ①、壳聚糖酸性溶液的制备 将壳聚糖溶于去离子水中，加入冰醋酸调节PH，得壳聚糖酸性溶液； ②、石墨烯分散液的制备 将石墨烯、烷基酚聚氧乙烯醚op-10加入到步骤①中的壳聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高转速下机械搅拌30min,然后超声分散20_30min，即得润滑性添加剂石墨烯分散液。
全文摘要
本发明公开一种含石墨烯分散液的水基合成金属切削液及制备方法，所述含石墨烯分散液的水基合成金属切削液由减磨防腐剂、pH稳定剂、润滑性添加剂石墨烯分散液、防锈剂、缓蚀剂、抗硬水剂、pH调节剂和去离子水组成。其制备方法即首先将去离子水、减磨防腐剂、pH稳定剂在常温常压下搅拌混合均匀得混合溶液;然后将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、pH调节剂在常温常压下搅拌混合加入到上述的混合溶液中，继续搅拌均匀即得到水基合成金属切削液的基础液;最后将润滑性添加剂石墨烯分散液在常温常压下添加到所得的水基合成金属切削液的基础液中后进行混合均匀，即得稳定性、润滑性能、抗磨性和环保性均好的含石墨烯分散液的水基合成金属切削液。
文档编号C10M125/02GK103242948SQ20131016771
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者韩生, 张玉坤, 王琳, 郁平, 孙揭阳, 高峰, 祝俊, 朱贤, 王爱民 申请人:上海应用技术学院