本发明属于金属加工领域，涉及一种金属加工液及其制备方法和应用。
背景技术：
经过多年的改革开放，我国的汽车工业得到快速发展，形成了较为完整的生产布局。其中作为汽车关键部件的发动机，其研发和生产技术也日趋成熟，具备了相当的规模。发动机是汽车的心脏，结构精密复杂，对加工精度要求极高。按主体结构大致可分为缸体、缸盖、曲轴、连杆、活塞、凸轮轴等部件。其中缸体和缸盖均为多孔薄壁的箱体结构，其中加工难度较大的有缸盖进、排气门座圈锥面与导管孔的加工，挺柱孔加工，凸轮轴孔加工等，而加工精度直接影响到发动机的装配精度和工作性能。切削液对工件的加工质量有非常大的影响。近几年，随着国外先进设备的引进，大大提高生产效率和加工精度的同时，对切削液也提出了更高的要求。在发动机零部件加工过程中，切削液边界润滑性能是改善刀具磨损和控制表面质量的重要指标。切削液优异的边界润滑性，以及其强效的化学附着力可在工件和刀具间产生承压油膜，减少磨料磨损，吸收切削热，并使得切屑迅速脱离刀具前刀面，避免切削刃产生积屑瘤和粘结磨损。
为了达到加工精度的要求，目前发动机加工用到的切削液基本都维持8-10％的高浓度甚至更高浓度来保证所需的润滑性能。但高浓度意味着更多的切削液消耗，不仅提高了切削液的综合使用成本，而且日后的废液处理量和难度也加大。有些发动机加工现场也尝试降低了切削液的使用浓度，但结果要么是零部件的加工精度达不到要求，要么刀具使用寿命下降，甚至断刀。同时因浓度下降切削液也容易突发生菌问题，需要添加大量额外的杀菌剂来维护，增加了维护成本。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种金属加工液，所述加工液在低浓度下就具有优异的润滑性能，能够更好的保护新生加工面和刀具表面，防止积屑瘤的产生和磨损，同时所述加工液在低浓度下还具有优异的抗菌性能以及生物稳定性高，未使用氯、磷、硫等常见的极压润滑剂来提高润滑，对环境及操作人员危害小。
为达到上述效果，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种金属加工液，所述金属加工液的组分包括基础油、合成酯、有机酸、有机胺、特殊润滑剂、助剂和水。
作为本发明优选的技术方案，按照质量百分比计所述金属加工液的组分包括：
其中，基础油的质量百分比可以是35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％等，合成酯的质量百分比可以是8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，有机酸的质量百分比可以是5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等，有机胺的质量百分比可以是8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，特殊润滑剂的质量百分比可以是3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％等，助剂的质量百分比可以是4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％或9％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述基础油为异构十六烷烃。
优选地，所述合成酯为苯甲酸-2-乙基己酯和/或三羟甲基丙烷三癸酸酯。
作为本发明优选的技术方案，所述有机酸包括二聚蓖麻油酸、妥儿油酸、异构硬脂酸、月桂二酸、葡萄糖酸或新癸酸中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：二聚蓖麻油酸或妥儿油酸的组合、妥儿油酸和异构硬脂酸的组合、异构硬脂酸和月桂二酸的组合、月桂二酸和葡萄糖酸的组合、葡萄糖酸和新癸酸的组合或二聚蓖麻油酸、妥儿油酸和异构硬脂酸的组合等。
优选地，所述有机胺包括二异丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺或六亚甲基四胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：二异丙醇胺和2-氨基-2-甲基丙醇的组合、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的组合、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的组合、n,n-二乙基苯胺和六亚甲基四胺的组合、六亚甲基四胺和二异丙醇胺的组合或二异丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的组合等。
优选地，所述特殊润滑剂为苯并三氮唑衍生物。
作为本发明优选的技术方案，所述助剂包括乳化剂、偶合剂、杀菌剂以及消泡剂。
作为本发明优选的技术方案，所述乳化剂包括醇醚羧酸、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚或聚异丁烯马来酸酐中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：醇醚羧酸和脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的组合、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚异丁烯马来酸酐的组合、聚异丁烯马来酸酐和醇醚羧酸的组合或醇醚羧酸、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚异丁烯马来酸酐的组合等。
优选地，所述乳化剂的质量百分比为1～2％，如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述偶合剂为三乙二醇丁机醚。
优选地，所述偶合剂的质量百分比为2～5％，如2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述杀菌剂为2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和2-溴基-2-硝基-1,3丙烷二醇的混合物。
优选地，所述杀菌剂的质量百分比为1～2％，如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述消泡剂为二甲基硅油。
优选地，所述消泡剂的质量百分比为0.05～0.1％，如0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明选用低粘度的异构烷烃以及特殊的合成酯，相对于常用的矿物油及合成酯，能够更快的在表面活性剂的帮助下进入到新鲜生成的加工面，同时又具有极佳的油膜强度。同时选用苯并三氮唑类衍生物，苯并三氮唑类衍生物能够强力吸附在金属表面，在达到规定的使用量时，搭配之前选用的异构烷烃和合成酯，三者协同作用极大的提升了金属加工液的润滑性能，能够更好的保护新生加工面和刀具表面，防止积屑瘤的产生和磨损。为了解决低浓度条件下易生菌的问题，本发明选用两种高效且持久性良好的杀菌剂，并搭配具有抑菌作用的特殊结构的有机胺，使得本发明产品即使在低浓度下依然能保持良好的生物稳定性。
本发明目的之二在于提供一种上述金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将基础油、合成酯、有机酸、有机胺以及乳化剂在搅拌下混合，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与水、特殊润滑剂、偶合剂以及杀菌剂在搅拌下混合，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与消泡剂在搅拌下混合，得到金属加工液。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述搅拌的搅拌速度为400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述搅拌的温度为25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述搅拌的搅拌速度为400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述搅拌的温度为25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述搅拌的搅拌速度为400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述搅拌的时间为20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述搅拌的温度为25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明目的之三在于提供一种上述金属加工液的用途，所述金属加工液用于加工汽车发动机部件。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种金属加工液，所述金属加工液在4～5％浓度下就具有优异的润滑性能，而现有技术中发动机加工常规切削液浓度要求在8-10％，有时甚至更高；
(2)本发明提供一种金属加工液，所述金属加工液在低浓度下具有优异的抗菌性能和生物稳定性；
(3)本发明提供一种金属加工液，所述金属加工液未使用氯、磷、硫等常见的极压润滑剂来提高润滑，对环境及操作人员危害小；
(4)本发明提供一种金属加工液的制备方法，所述制备方法工艺简单，适用于工业化生产。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将35g异构十六烷烃、15g苯甲酸-2-乙基己酯、5g有机酸、8g有机胺以及2g醇醚羧酸在30℃下在600rpm搅拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与26.95g水、3g苯并三氮唑衍生物、3g三乙二醇丁机醚以及2g杀菌剂在600rpm搅拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与0.05g二甲基硅油在600rpm搅拌下混合30min，得到金属加工液。
其中，所述有机酸为蓖麻油酸、妥儿油酸和异构硬脂酸的混合物，所述有机胺为二异丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的混合物。
实施例2
一种金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将45g异构十六烷烃、8g三羟甲基丙烷三癸酸酯、10g有机酸、15g有机胺以及1g脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚在30℃下在600rpm搅拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与10.95g水、3g苯并三氮唑衍生物、5g三乙二醇丁机醚以及2g杀菌剂在600rpm搅拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与0.05g二甲基硅油在600rpm搅拌下混合30min，得到金属加工液。
其中，所述有机酸为妥儿油酸、异构硬脂酸和月桂二酸的混合物，所述有机胺为2-氨基-2-甲基丙醇、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的组合物。
实施例3
一种金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将40g异构十六烷烃、10g苯甲酸-2-乙基己酯、8g有机酸、12g有机胺以及1.5g聚异丁烯马来酸酐在30℃下在600rpm搅拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与18.95g水、4g苯并三氮唑衍生物、4g三乙二醇丁机醚以及2g杀菌剂在600rpm搅拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与0.05g二甲基硅油在600rpm搅拌下混合30min，得到金属加工液。
其中，所述有机酸为月桂二酸、葡萄糖酸和新癸酸的混合物，所述有机胺为3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺和六亚甲基四胺的混合物。
实施例4
一种金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将38g异构十六烷烃、12g三羟甲基丙烷三癸酸酯、10g有机酸、10g有机胺以及2g聚异丁烯马来酸酐在45℃下在400rpm搅拌下混合40min，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与19.94g水、4g苯并三氮唑衍生物、3g三乙二醇丁机醚以及1g杀菌剂在400rpm搅拌下混合40min，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与0.06g二甲基硅油在400rpm搅拌下混合40min，得到金属加工液。
其中，所述有机酸为二聚蓖麻油酸、月桂二酸和新癸酸的混合物，所述有机胺为二异丙醇胺、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的混合物。
实施例5
一种金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将42g异构十六烷烃、13g三羟甲基丙烷三癸酸酯、8g有机酸、7g有机胺以及1.5g聚异丁烯马来酸酐和醇醚羧酸的混合物，在20℃下在800rpm搅拌下混合20min，得到第一混合料；
(2)将步骤(1)得到的第一混合料与19.92g水、3.5g苯并三氮唑衍生物、3.5g三乙二醇丁机醚以及1.5g杀菌剂在800rpm搅拌下混合20min，得到第二混合料；
(3)将步骤(2)得到的第二混合料与0.08g二甲基硅油在800rpm搅拌下混合20min，得到金属加工液。
其中，所述有机酸为妥儿油酸、异构硬脂酸和葡萄糖酸的混合物，所述有机胺为二异丙醇胺、3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺和六亚甲基四胺的组合。
对比例1
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(1)采用矿物油替代异构十六烷烃外，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(1)使用癸二酸异辛醇酯替代苯甲酸-2-乙基己酯外，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(2)中不加入苯并三氮唑衍生物外，其他条件均与实施例1相同。
对比例4
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(2)中苯并三氮唑衍生物的用量为1g，水为28.95g外，其他条件均与实施例1相同。
对比例5
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(2)中苯并三氮唑衍生物的用量为10g，水为19.95g外，其他条件均与实施例1相同。
对比例6
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(2)加入的杀菌剂为羟乙基六氢均三嗪外，其他条件均与实施例1相同。
对比例7
一种金属加工液的制备方法，所述方法中除了步骤(1)使用的有机胺为对甲基苯胺和对乙基苯胺的混合物外，其他条件均与实施例1相同。
实施例1-5以及对比例1-7中使用抗菌剂均为2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和2-溴基-2-硝基-1,3丙烷二醇的混合物。
润滑性能测试：
采用德国microtap公司的攻丝扭矩测试系统(tttsystemg8)，对实施例1-5、对比例1-5以及传统产品进行攻丝扭矩测试，用模拟试验机在设置有预留孔的金属材料测试块上直接进行攻丝试验，并用攻丝扭矩值或攻丝效率来评价切削液的加工性能，理论上说，攻丝扭矩值越小、攻丝效率越高，表示切削液的润滑性越好。与传统四球摩擦试验机相比，攻丝扭矩试验机采取直接进行攻丝加工的方式来评判切削液，显然比四球摩擦试验机更加接近试机切削工况。攻丝试验机可以根据不同的材质、调整不同的转速和分别采用挤压丝锥和切削丝锥调整加工的苛刻程度，因此如果能够细致有效的筛选试验条件，用其评价切削液的加工性能的可靠性会大大提高。
其中，测试产品的攻丝效率％＝(参照产品的攻丝扭矩值/测试产品的攻丝扭矩值)*100％。
试验参数：本试验采用的是挤压丝锥，主轴转速为1200rpm,试验板材材质为6082al，切削液浓度为5％，切削液传统产品浓度为5％。结果如表1所示。
表1
备注：以上表格中攻丝效率值均以传统产品为参照
抗菌性能测试：
参照astme2275-2003水可混金属加工液体抗生物作用和抗微生物杀菌剂性能评定的标准实施规程。该试验是在微生物试验条件下，试验周期为8周，每周定期将定量的菌种加入金属加工液中，然后再定期检测细菌数来确认该金属加工液的抗菌性能，若连续两周细菌数>105，则判定为失败。根据现场加工液滋生的微生物不同，常分开作细菌类和真菌类的抗菌试验。对实施例1、对比例6和7以及传统产品按照上述步骤进行抗菌性能测试。结果如表2和表3所示。测试中各样品浓度均为3％，初始ph为9.5。
表2
表3
通过表1可以看出，实施例1-5的攻丝扭矩值小于70，且最小可达64.5，而攻丝效率大于170％，最高可达182％，证明实施例1-5所述金属加工液在4～5％浓度下即具有优异的润滑性能。对比例1采用矿物油替代异构十六烷烃，导致攻丝扭矩值达99.4，攻丝效率为118％；对比例2使用癸二酸异辛醇酯替代苯甲酸-2-乙基己酯，导致攻丝扭矩值高达77.2，攻丝效率为152％，润滑效果差于实施例1；对比例3不加入苯并三氮唑衍生物，导致攻丝扭矩值达90.9，攻丝效率为129％；对比例4苯并三氮唑衍生物的用量的质量分数小于3％，导致攻丝扭矩值达84.7，攻丝效率为138％；对比例5苯并三氮唑衍生物的用量的质量分数大于5％，攻丝扭矩值为66.0，攻丝效率为178％，没有提高加工液的润滑性能。而传统产品的攻丝扭矩值为117.2，攻丝效率为100％，润滑效果也要差于实施例1-5。
通过表2和表3可以看出，本发明实施例1具有良好的抗菌性能和生物稳定性，而对比例6选用了羟乙基六氢均三嗪作为杀菌剂，对比例7有机胺选择对甲基苯胺和对乙基苯胺的混合物，均导致金属加工液的抗菌性能和生物稳定性的下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。