一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液、制备方法及制备装置

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1.本发明属于润滑剂技术领域，具体涉及一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液、制备方法及制备装置，用于各种钢板的冷轧过程中，能够承受较高的工作载荷并且能够起到良好的冷却作用。使用环境广泛，尤其能够用于那些不能用润滑油或润滑脂进行加工的工件中。


背景技术：

2.随着全球能源危机，油基润滑剂的数量和质量都受到了影响，国内所使用的油基润滑剂无论在油品成分、生产工艺还是应用效果方面都与国外存在着一定的差距，因此从另一方面制约了我国工艺的发展。水基润滑剂以其优良的冷却性、环保性、经济性和安全性等优点越来越受到重视。随着纳米技术的不断发展与进步，为解决水基润滑剂的缺点提供了新的思路。纳米粒子凭借其独有的特性，分散在水中后可以在摩擦副表面以纳米颗粒或润滑膜的形式存在，具有良好的润滑性能和减摩抗磨性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液、制备方法及制备装置。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.(一)一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液，按重量百分比由以下组分组成：纳米钨酸钙0.1％-0.4％、分散剂8％-10％、油性剂0.8％-1％、表面改性剂0.7％-1％、增粘剂0.02％-0.04％、消泡剂0.05％-0.08％、极压剂4％-6％，缓蚀剂0.6％-0.9％，余量为去离子水。
6.进一步的，所述纳米钨酸钙粒径为60nm-100nm。
7.进一步的，所述分散剂为十二碳醇酯和/或聚乙二醇，油性剂为油酸乙酯，表面改性剂为硅烷偶联剂kh560和/或十六烷基三甲基溴化铵，增粘剂为羧甲基纤维素钠，极压剂为磺酸盐和/或硫代磷酸三苯酯，缓蚀剂为咪唑啉。
8.进一步的，当表面改性剂为硅烷偶联剂kh560和十六烷基三甲基溴化铵时，硅烷偶联剂kh560与十六烷基三甲基溴化铵的重量比为1.25-2.5。
9.进一步的，当极压剂为磺酸盐和硫代磷酸三苯酯时，硫代磷酸三苯酯与磺酸盐的重量比为1-3。
10.(二)一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液的制备方法，包括以下步骤：
11.s1、用天平称取极压剂、分散剂、表面改性剂、缓蚀剂、油性剂，与去离子水混合成溶液，将上述溶液倒入制备装置中，带装置加热到80℃，恒温搅拌30分钟；
12.s2、在搅拌过程中缓慢加入纳米钨酸钙粉末；
13.s3、搅拌结束后加入消泡剂和增粘剂，常温搅拌10分钟，最终得到的乳白色溶液即
为所需的水基纳米钨酸钙润滑液。
14.进一步的，s1中，当极压剂用到磺酸盐时，则将磺酸盐分两次加入到溶液中。
15.(三)一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液的制备装置，包括罐体、搅拌装置、温控机构、加热层、壳体、顶支架、底支架和顶盖；所述罐体为圆柱状中空结构，罐体上部设置有进液口，下部设置有出液口，所述出液口设置在罐体底面一侧；所述顶盖置于罐体上；所述罐体置于壳体内，加热层设置在罐体与壳体之间，加热层包裹在罐体外表面。所述搅拌装置包括电机、桨叶和转轴，桨叶和转轴设置在罐体内部；所述电机通过顶支架固定设置在顶盖上，电机的输出轴与转轴驱动连接，所述桨叶均匀固定安装在转轴上；所述温控机构设置在底支架内，用于控制加热层的加热温度。
16.进一步的，所述搅拌装置的转速设置为120r/min；所述桨叶向下倾斜设置，桨叶与转轴的夹角为40
°
。
17.进一步的，所述温控机构控制罐体内温度范围为60℃-100℃。
18.本发明的有益效果：
19.(1)本发明润滑液为水性润滑液，清洁环保，不会对环境造成污染，并且油酸、三乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠都是常用的有机物试剂，易被分解；
20.(2)本发明纳米钨酸钙粒子的加入不仅可以在钢板轧制中起到润滑作用，也可以填充钢板表面细微的缺陷；
21.(3)本发明加入咪唑啉使润滑液具有防腐蚀性能，故不需要再额外添加防腐蚀剂；
22.(4)本发明润滑液所用组成成分少、所用试剂量少、配制步骤简单，故价格低廉、易于配制，适用于实际加工中。
附图说明：
23.图1为本发明含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液的制备装置示意图；
24.图2为本发明含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液的制备装置中桨叶与转轴的结构示意图；
25.图3为本发明实施例所制备润滑液的摩擦系数与时间的关系图；
26.附图标记：1、罐体；2、桨叶；3、转轴；4、温控机构；5、出液口；6、加热层；7、壳体；8、电机；9、顶支架；10、底支架；11、顶盖。
具体实施方式：
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。
28.实施例1
29.本实施例提供一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液的制备装置，如图1～2所示，包括罐体1、搅拌装置、温控机构4、加热层6、壳体7、顶支架9、底支架10和顶盖11；所述罐体1为圆柱状中空结构，罐体1上部设置有进液口，下部设置有出液口5，所述出液口5设置在罐体1底面一侧；所述顶盖11置于罐体1上；所述罐体1置于壳体7内，加热层6设置在罐体1与
壳体7之间，加热层6包裹在罐体1外表面。
30.所述搅拌装置包括电机8、桨叶2和转轴3，桨叶2和转轴3设置在罐体1内部；所述电机8通过顶支架9固定设置在顶盖11上，电机8的输出轴与转轴3驱动连接，所述桨叶2均匀固定安装在转轴3上，所述搅拌装置的转速设置为120r/min；所述桨叶2向下倾斜设置，桨叶2与转轴3的夹角为40
°
；所述温控机构4设置在底支架10内，用于控制加热层6的加热温度；温控机构4控制罐体1内温度范围为60℃-100℃。
31.实施例2
32.本实施例提供一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液，配方见表1。配置方法如下：
33.(1)用电子天平称取磺酸盐2g，聚乙二醇4g，十二碳醇酯6g，油酸乙酯1g，咪唑啉0.6g，硅烷偶联剂kh560 0.5g，十六烷基三甲基溴化铵0.2g加入烧杯中，再加入去离子水83.2g配制成溶液；将上述溶液倒入实施例1的装置中，通过温控机构设置加热温度为80℃，盖上顶盖后启动电机，使转轴带动桨叶运转，充分混合各试剂；
34.(2)搅拌10分钟后将磺酸盐2g加入溶液中，5分钟后将纳米钨酸钙0.4g逐步缓慢少量地加入到溶液中，继续搅拌；
35.(3)搅拌结束后，加入消泡剂0.06g和羧甲基纤维素钠0.04g，常温搅拌10分钟，最终得到的乳白色溶液即含纳米钨酸钙(cawo4)的水基金属加工润滑液。
36.本实施例所制备的水基润滑液静置48小时后无明显分层发生，底部有少量白色沉淀，体系稳定。静置一周后沉淀少量增加，体系稳定。利用四球摩擦试验机，在392n试验力下，试验30分钟，测得摩擦系数为0.088。
37.表1
38.序号成分名称重量百分比(％)1纳米钨酸钙粉末0.42磺酸盐43聚乙二醇44十二碳醇酯65油酸乙酯16咪唑啉0.67羧甲基纤维素钠0.048消泡剂0.069硅烷偶联剂kh5600.510十六烷基三甲基溴化铵0.211去离子水83.2
39.实施例3
40.本实施例提供一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液，配方见表2。配置方法如下：
41.(1)用电子天平称取磺酸盐0.5g，聚乙二醇10g，油酸乙酯1g，咪唑啉0.9g，硅烷偶联剂kh560 0.7g，硫代磷酸三苯酯3g加入烧杯中，再加入去离子水83.23g配制成溶液。将上述溶液倒入实施例1的装置中，通过温控机构设置加热温度为80℃，盖上顶盖后启动电机，
使转轴带动桨叶运转，充分混合各试剂；
42.(2)搅拌10分钟后将磺酸盐0.5g加入溶液中，5分钟后将纳米钨酸钙0.1g逐步缓慢少量地加入到溶液中，继续搅拌；
43.(3)搅拌结束后，加入消泡剂0.05g和羧甲基纤维素钠0.02g，常温搅拌10分钟，最终得到的乳白色溶液即含纳米钨酸钙(cawo4)的水基金属加工润滑液。
44.本实施例所制备的水基润滑液静置48小时后无明显分层发生，底部有少量白色沉淀，体系稳定。静置一周后沉淀少量增加，体系稳定。利用四球摩擦试验机，在392n试验力下，试验30分钟，测得摩擦系数为0.088。
45.表2
46.序号成分名称重量百分比(％)1纳米钨酸钙粉末0.12磺酸盐13聚乙二醇104油酸乙酯15咪唑啉0.96羧甲基纤维素钠0.027消泡剂0.058硅烷偶联剂kh5600.79硫代磷酸三苯酯310去离子水83.23
47.实施例4
48.本实施例提供一种含纳米钨酸钙的水基金属加工润滑液，配方见表3。配置方法如下：
49.(1)用电子天平称取磺酸盐1.5g，聚乙二醇4g，十二碳醇酯4g，油酸乙酯0.8g，咪唑啉0.7g，硅烷偶联剂kh560 0.7g，十六烷基三甲基溴化铵0.3g，硫代磷酸三苯酯3g加入烧杯中，再加入去离子水83.19g配制成溶液。将上述溶液倒入实施例1的装置中，通过温控机构设置加热温度为80℃，盖上顶盖后启动电机，使转轴带动桨叶运转，充分混合各试剂；
50.(2)搅拌10分钟后将磺酸盐1.5g加入溶液中，5分钟后将纳米钨酸钙0.2g逐步缓慢少量地加入到溶液中，继续搅拌；
51.(3)搅拌结束后，加入消泡剂0.08g和羧甲基纤维素钠0.03g，常温搅拌10分钟，最终得到的乳白色溶液即含纳米钨酸钙(cawo4)的水基金属加工润滑液。
52.本实施例所制备的水基润滑液静置48小时后无明显分层发生，底部有少量白色沉淀，体系稳定。静置一周后沉淀少量增加，体系稳定。利用四球摩擦试验机，在392n试验力下，试验30分钟，测得摩擦系数为0.079。
53.表3
54.序号成分名称重量百分比(％)1纳米钨酸钙粉末0.22磺酸盐33聚乙二醇4
4十二碳醇酯45油酸乙酯0.86咪唑啉0.77羧甲基纤维素钠0.038消泡剂0.089硅烷偶联剂kh5600.710十六烷基三甲基溴化铵0.311硫代磷酸三苯酯312去离子水83.19
55.将实施例2～4所制备的水基润滑液进行性能检测，结果见表4.
56.表4
[0057][0058]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。