本发明涉及切削液及其制备技术领域，具体是一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法。
背景技术：
磁性材料、蓝宝石、晶体硅、特种陶瓷等硬脆难加工的新型复合材料，往往需要通过多线切割机批量加工为片材。传统的硬脆难加工复合材料的加工一般采用内圆切割特种切削油、低粘度轻质油性切削润滑油+SiC、砂浆切割、PEG切割等冷却润滑方式，这些旧有的冷却润滑方式长期存在高环境污染问题，例如，传统的内圆切割特种切削油，如Mould M6、长城00088等，在加工过程中存在油烟大、易打明火的问题，具有一定的安全隐患，且该类切削油通常仅适用于多头切片机，在多线切割机上使用时，切割能力低下，切割丝易断丝，且切割效率低下，无法满足对多线切割加工的稳定性要求；而对于低粘度轻质油性切削润滑油+SiC，目前80%的多线切割机在使用，虽然可以完成切割，但存在油烟大、气味刺鼻、油泥硫化物多、易打明火的问题，同样有火灾隐患，且噪音、烟雾、排放等环境环境污染问题无法有效控制，并且也存在切割能力比较低下、无法满足稳定的多线切割加工的更高层面要求。可见，现有的切削油无法满足高速发展的特种陶瓷、光伏产业、蓝宝石等行业对切割加工的“高效、环保、低成本”的需求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法，该切削液具有较好的综合性能，其冷却性、润滑性、沉降性、消泡性、防锈性和清洗性好，满足多线切割机对硬脆难加工材料的批量加工要求，应用于多线切割机加工时，可有效减小加工工件与切割丝间的接触压力，从而减少切割丝的断丝现象，提高切割丝的使用寿命和加工效率，且加工后的工件表面光洁度好，此外，加工过程中无刺激性气味产生，不存在环境污染问题，使用安全且环保。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其重量百分比组成为：羧酸胺5～20%，水溶性润滑剂5～25%，防锈剂10～20%，杀菌剂0.5～4%，水溶性极压抗磨剂10～20%，三乙醇胺10～20%，沉降剂0.1～4%，苯并三氮唑0.01～0.1%，消泡剂0.01～0.5%，余量为水；所述的水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为（10～45）：（3～18）：（2～20）。
作为优选，所述的防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述的杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮。
作为优选，所述的水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为（10～60）：（3～10）：（2～5）。
作为优选，所述的沉降剂为阳离子季铵盐类沉降剂。
作为优选，所述的消泡剂为水溶性非硅消泡剂。
上述用于硬脆材料多线切割的水性切削液的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；
（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、杀菌剂、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；
（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；
（4）常温下向调和釜内投入消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到水性切削液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的水性切削液通过特定比例的羧酸胺、水溶性润滑剂、防锈剂、杀菌剂、水溶性极压抗磨剂、三乙醇胺、沉降剂、苯并三氮唑、消泡剂和水的复配，同时水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，赋予本发明切削液较好的综合性能，其冷却性、润滑性、沉降性、消泡性、防锈性和清洗性好，满足多线切割机对硬脆难加工材料的批量加工要求，应用于多线切割机加工时，可有效减小加工工件与切割丝间的接触压力，从而减少切割丝的断丝现象，提高切割丝的使用寿命和加工效率，且加工后的工件表面光洁度好，此外，加工过程中无刺激性气味产生，不存在环境污染问题，使用安全且环保。该水性切削液的制备方法简单，易操作，成本低，其制备在常温下即可完成。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺18%，水溶性润滑剂15%，防锈剂10%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2%，水溶性极压抗磨剂12%，三乙醇胺19%，阳离子季铵盐类沉降剂0.5%，苯并三氮唑0.02%，水溶性非硅消泡剂0.03%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为15：5：3，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为12：9：2；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：
（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；
（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；
（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；
（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例1的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.8。
实施例2的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺15%，水溶性润滑剂10%，防锈剂12%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%，水溶性极压抗磨剂15%，三乙醇胺15%，阳离子季铵盐类沉降剂2%，苯并三氮唑0.03%，水溶性非硅消泡剂0.1%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为10：4：5，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为15：6：5；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：
（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；
（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；
（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；
（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例2的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.9。
实施例3的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺8%，水溶性润滑剂18%，防锈剂16%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，水溶性极压抗磨剂10%，三乙醇胺11%，阳离子季铵盐类沉降剂0.3%，苯并三氮唑0.01%，水溶性非硅消泡剂0.02%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为6：3：2，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为10：2：1；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：
（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；
（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；
（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；
（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例3的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.8。
对于实施例1～实施例3的水性切削液，均进行消泡性试验、沉降性试验和防锈性试验，具体试验过程如下：
1、消泡性试验
对于实施例1～实施例3，各取一定量的切削液原液，加蒸馏水稀释，配置为5%浓度的稀释液并倒入具塞量筒中，塞紧具塞量筒的塞子，摇晃，观察稀释液的消泡情况并记录消泡时间，试验得到：实施例1的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为10 s；实施例2的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为12 s；实施例3的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为11 s。
2、沉降性试验
在装有5%浓度的稀释液的3个具塞量筒中，分别加入等量的石墨粉，摇晃，观察石墨粉的沉降情况并记录沉降时间，试验得到：实施例1的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为11 min；实施例2的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为9 min；实施例3的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为12 min。
3、防锈性试验
参照GB/T 6144-2010《合成切削液》的5.6节“腐蚀性试验”进行一级灰口铸铁防锈性试验，分别对3个实施例的切削液原液进行稀释，每个实施例的稀释液中原液的含量为2%和5%两种。35±2℃/24h单片试验后发现，一级灰口铸铁片均无锈蚀现象，表面光泽如新，达到A级合格标准。
对于实施例1的水性切削液，具体在唐山晶玉科技有限公司的DX2240、YBDX160S机型的金刚线多线切割机上进行应用试验，加工对象为钕铁硼，工件尺寸为220*360*150mm，切割为横9块、纵7块，总共63块，同时切割；金刚线直径为0.15mm、0.20mm，切割速度为600mm/hour；钢丝运行速度为1200m/min；工作台行程为180mm；供线轮储线量为30km；冷却液水槽容积为100L；水性切削液工作时间：持续工作60小时后换液。钕铁硼加工完成后，发现：利用实施例1的水性切削液进行多线切割，加工效率满足金刚线多线切割机的设计要求；加工工件的表面光洁度好，达到预设要求；冷却液水槽平均温度为40℃，冷却性满意；加工工件与切割丝间的接触压力较小，即“弓高”较低，说明切割能力满意；钕铁硼加工完成后72小时、120个小时观察不生锈，防锈性满意。此外，加工过程中气味不刺激、温和，环境友好，有利于工人健康；切削液可循环使用，无浪费，加工3天后收集的沉淀粉料可回收利用。该水性切削液在金刚线多线切割机上的应用试验总体效果满意。