本发明属于金属加工液领域，尤其是涉及一种高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液。
背景技术：
金属加工液是整个金属加工系统的重要组成要素之一，金属加工液在高速条件下为加工工件的切削或成型加工提供必要的润滑、缓蚀、冷却、清洁和排屑作用，在满足加工精度和表面光洁度的同时，降低了摩擦系数，提高了刀具的使用寿命，以及获得了最低的加工工件次品率。
与油基金属加工液和乳化液相比，水基全合成金属加工液具有更好的冷却、清洁、硬水稳定和生物稳定性能，是金属加工系统中较长使用寿命和适中润滑性产品的合适选择，但其在润滑和防锈方面具有明显的欠缺，且机加工单位的工作液，大都是采用自来水对金属加工液原液进行稀释得到。自来水硬度的大小，对金属加工液使用性能有着重要的影响，特别是防锈性能。随着工作液使用时间的延长，工作液中的硬水离子会不断的累积，当达到一定量值后使得工作液的防锈性能不能满足加工需求。自来水硬度越大，工作液中硬水离子的累积越快。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
复合防锈剂5-25份；
润滑剂5-30份；
ph稳定剂5-30份；
耦合剂1-9份；
消泡剂0.1-2份；
杀菌剂1-4份；
水20-50份。
进一步的，所述的复合防锈剂由防锈剂a和防锈剂b复合而成，所述防锈剂a的重量份数为2-10份，防锈剂b的重量份数为2-15份；
其中，所述的防锈剂a为碳酸钠、硅酸钠、钼酸钠、磺酸钠、磺酸钙、钡盐、无机钼酸盐、苯甲酸钠、羧酸山梨糖醇单油酸酯、二乙醇胺硼酸油酸复合酯、二乙醇胺硼酸多聚磷酸复合酯、油酸、异辛酸、异壬酸、新癸酸、丁二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、格尔伯特酸、苯甲酸、烷基苯甲酸、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、月桂酸二乙醇酰胺、油酸二乙醇酰胺中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述的防锈剂a为油酸、二乙醇胺硼酸油酸复合酯、新癸酸、异壬酸、异辛酸、苯甲酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、无机钼酸盐、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑中的一种或两种以上的混合物。
所述的防锈剂b为硼酸、单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、氨基酸酯、酰胺酸链烷醇胺盐、含氮杂环三元酸、磷酸酯中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述的防锈剂b为单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、氨基酸酯、含氮杂环三元酸、磷酸酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述润滑剂为丙二醇、二甘醇、甘油、三乙醇胺、聚乙二醇、聚醚、聚酯、磷酸酯、硼酸、硼酸酯、聚醚酯、四硼酸钾、酰胺、脂肪酸酯、新戊二醇酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述ph稳定剂为磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、氨水、丙二酸、丁二酸、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺、n-甲基乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、丁基乙醇胺、丁基二乙醇胺、n-氨丙基一甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、正丙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、环己胺、二环己胺中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述的ph稳定剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、正丙醇胺、异丙醇胺、二甘醇胺、n-甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述耦合剂为乙二醇、丙二醇、二甘醇、甘油、异丙醇、正丁醇、格尔伯特醇、乙二醇醚、丙二醇醚、正辛酸、异壬酸、新癸酸、癸二酸、水杨酸、乙二醇单丁醚、吐温60、吐温80、妥尔油、聚醚中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述耦合剂为乙二醇醚、格尔伯特醇、正辛酸、异壬酸、新癸酸、吐温80、妥尔油中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述消泡剂为乙醇、乳化硅油、磷酸三丁酯、聚二甲基硅氧烷、三维硅氧烷、聚醚改性有机硅、改性聚硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述消泡剂为乳化硅油、聚二甲基硅氧烷、三维硅氧烷、聚醚改性有机硅、改性聚硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述的杀菌剂为均三嗪、烷基异噻唑啉酮、噁唑啉衍生物、吗啉衍生物、吡啶硫酮钠、碘代烷基氨基甲酸酯、苯酚、戊二醛中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述的杀菌剂均三嗪、烷基异噻唑啉酮、吗啉衍生物、吡啶硫酮钠、碘代烷基氨基甲酸酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液的5％去离子水稀释液的ph值都在8.0-9.5之间，优选ph值在9.0-9.5之间。
相对于现有技术，本发明所述的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液具有以下优势：
(1)本发明所述的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液对环境无污染，绿色环保，具有优异的防锈、冷却、抗硬水和高生物稳定性，克服了传统水基全合成黑色金属加工液高硬水防锈性能差的缺点；
(2)本发明所述的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液中的复合防锈剂，其中防锈剂a对配方体系的防锈性能提升占主导地位，防锈剂b为对体系抗硬水性能具有明显提升的防锈剂组份，其在提高体系抗硬水性能的同时，对体系防锈性能也产生积极的影响，对防锈剂以外的其他添加剂，逐一添加，并在每一添加剂引入后进行硬水防锈性能测试，通过体系抗硬水性能与防锈性能的协同作用，最终得到高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液；
(3)本发明所述的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液，不仅在较高硬度时具有极好的防锈性能，较低浓度时也具有极好的防锈性能，明显扩大了加工液的浓度使用范围和硬度使用范围。
附图说明
图1-4为防腐蚀抗硬水能力测试后对比例和实施例在60°dh时的铸铁测试片的腐蚀形貌对比；
图5-8为单片防锈抗硬水能力测试后对比例和实施例在40°dh时的铸铁测试块的锈蚀形貌对比；
图9-12为0.5％去离子水稀释液的单片防锈能力测试后对比例和实施例的铸铁测试块的锈蚀形貌对比。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
一种具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
癸二酸2份
十二碳二元酸4份
含氮杂环三元酸4份
二乙醇胺硼酸酯5份
聚醚20份
2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇6份
三乙醇胺15份
乙二醇醚2份
聚二甲基硅氧烷1份
吗啉衍生物2份
碘代烷基氨基甲酸酯0.1份
水38.9份。
上述具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂、防锈剂a和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，加入润滑剂，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，加入耦合剂形成透明澄清溶液、然后加入杀菌剂和消泡剂混合，继续搅拌至体系澄清，即得高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液成品。
实施例2
一种具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
十二碳二元酸4份
苯甲酸2份
氨基酸酯2份
含氮杂环三元酸5份
聚醚15份
甘油5份
乙醇胺4份
二甘醇胺5份
三乙醇胺10份
异壬酸5份
乳化硅油2份
均三嗪1.5份
吗啉衍生物0.5份
苯酚0.2份
水38.8份。
上述具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂、防锈剂a和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，加入润滑剂，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，加入耦合剂形成透明澄清溶液、然后加入杀菌剂和消泡剂混合，继续搅拌至体系澄清，即得高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液成品。
实施例3
一种具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
苯并三氮唑2份
癸二酸2份
十二碳二元酸2份
磷酸酯2份
单乙醇胺硼酸酯4份
含氮杂环三元酸3份
聚醚酯5份
甘油8份
聚酯2份
乙醇胺8份
三乙醇胺15份
正辛酸2份
新癸酸2份
改性聚硅氧烷0.5份
均三嗪2份
碘代烷基氨基甲酸酯0.1份
水40.4份。
上述具有高硬水防锈作用的高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂、防锈剂a和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，加入润滑剂，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，加入耦合剂形成透明澄清溶液、然后加入杀菌剂和消泡剂混合，继续搅拌至体系澄清，即得高硬水防锈型水基全合成黑色金属加工液成品。
对比例1
一种金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
苯并三氮唑2份
癸二酸2份
十二碳二元酸2份
磷酸酯2份
单乙醇胺硼酸酯4份
含氮杂环三元酸3份
聚醚酯5份
甘油8份
聚酯2份
单乙醇胺8份
三乙醇胺15份
正辛酸2份
新癸酸2份
改性聚硅氧烷0.5份
水42.5份。
上述金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂、防锈剂a和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，加入润滑剂，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，加入耦合剂形成透明澄清溶液、然后加入消泡剂混合，继续搅拌至体系澄清，即得金属加工液成品。
对比例2
一种金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
苯并三氮唑2份
癸二酸2份
十二碳二元酸2份
磷酸酯2份
单乙醇胺硼酸酯4份
含氮杂环三元酸3份
单乙醇胺8份
三乙醇胺15份
水62份
上述金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂、防锈剂a和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，继续搅拌至体系澄清，即得金属加工液成品。
对比例3
一种金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
苯并三氮唑2份
癸二酸2份
十二碳二元酸2份
单乙醇胺4份
三乙醇胺15份
水75份
上述金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂和防锈剂a，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，继续搅拌至体系澄清，即得金属加工液成品。
对比例4
一种金属加工液，由包括如下重量份数的组分组成：
磷酸酯2份
单乙醇胺硼酸酯4份
含氮杂环三元酸3份
单乙醇胺5份
三乙醇胺15份
水71份
上述金属加工液按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入ph稳定剂和防锈剂b，反应至形成透明澄清溶液；移去热源，继续搅拌至溶液均匀；将溶液冷却至室温后，继续搅拌至体系澄清，即得金属加工液成品。
对比例5
将同类型商用水基全合成黑色金属加工液grindex10co,采用不同硬度的人工硬水稀释至5％及采用去离子水稀释至0.5％后作测试液使用。
实施例1-3以及对比例1-4的配方如下表所示：
表1实施例1-3及对比例1-4的各配方组成
将实施例1-3及对比例1-4采用不同硬度的人工硬水稀释至5％及采用去离子水稀释至0.5％后作测试液使用。
将实施例1-3和对比例1-5得到的测试液进行抗硬水防锈性能评价
具体的评价方法如下：
(1)防腐蚀抗硬水能力测试：将一级灰口铸铁测试片浸泡于人工配制的不同硬度下的测试液中，置于55℃下24h，取出观察测试片腐蚀状况；
(2)单片防锈抗硬水能力测试：取人工配制的不同硬度下的测试液在一级灰口铸铁块上按梅花格式滴入五点，然后将测试块放于底部盛有1/2去离子水的干燥器隔板上，置于35℃下24h，取出观察测试块的防锈状况；
(3)0.5％去离子水稀释液的单片防锈能力测试：取0.5％去离子水稀释液在一级灰口铸铁块上按梅花格式滴入五点，然后将测试块放于底部盛有1/2去离子水的干燥器隔板上，置于35℃下24h，取出观察测试块的防锈状况；
(4)根据(1)与(2)的测试结果，评价测试液的抗硬水防锈性能。结合(4)的测试结果，评价测试液的综合防锈性能。
表2对比例和实施例的抗硬水防锈测试结果与0.5％去离子水稀释液单片防锈测试结果
由表2中数据可以看出，相对于对比例，实施例1-3中测试液均具有相对较好的防腐蚀抗硬水能力、单片防锈抗硬水能力和0.5％去离子水稀释液单片防锈能力。
现场使用金属加工液中的防锈剂成分会以化学吸附或物理吸附的方式吸附在机床及加工件的金属表面形成一层致密的吸附膜，从而起到一定的保护作用。但随工作液中水分的蒸发及其他杂质的引入，工作液中硬水离子不断累积，其与工作液中防锈剂成分发生一定的化学反应使防锈剂成分含量逐渐降低，当降低至一定量值后，会导致工作液防锈能力不足，从而加剧加工液的性能衰减。相对于对比例5，实施例1-3的防腐蚀抗硬水能力都在80-90°dh之间，均具有明显较好的硬水适应性，对机床和加工件的防腐蚀效果具有明显优势。
工作液单片防锈能力不合格，说明该加工液进行机加工，飞溅至机床及加工件的裸露表面的液滴也会对机床和加工件造成锈蚀。对比例5的单片硬水方防锈能力为40°dh，表现出较好的单片抗硬水性能，但与实施例1-3相比则无明显优势。实施例1-3的单片抗硬水能力均大于40°dh，可减轻因硬水离子累积而导致的加工液防锈能力不足的问题。
根据实施例3与对比例1-4可以看出，防锈剂a与防锈剂b复配使用，可以明显增强体系高硬水防锈能力，除防锈剂及ph稳定剂以外的添加剂如润滑剂及其相应耦合剂、杀菌剂对体系的高硬水防锈性能仍有一定的提升作用。相对于对比例5，实施例1-3的0.5％去离子水稀释液也具有明显较好的单片防锈性能，即在较低使用浓度时也具有相当的防锈保护作用，明显扩大了加工液的浓度使用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。