一种切削液及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种切削液及其制备方法与应用。


背景技术：

2.不锈钢具因其抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击值、高温强度以及耐腐蚀优越，而被广泛地应用于机械、石油化工等工业部门。但其不锈钢的导热系数较低，导致机加工过程中存在切削温度高、易粘刀、切削力度大等问题。切削液(cutting fluid,coolant)是一种用在金属切削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，切削液由多种功能助剂复合配合而成，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能，以及具有易稀释的特点。
3.在机械加工过程中，对于易加工材质往往只需要边界润滑或者少量的极压润滑，但不锈钢由于其材质较硬对于切削液的润滑性和极压性能要求较高，常规使用边界润滑，以及极压润滑均不能满足要求。并且，极压润滑剂如氯剂、硫剂对环境有污染，特别磷剂是对微生物及水生生物影响较大，且含磷或硫的废液难处理。同时上述极压润滑剂价格也较高，严重增加了企业的加工成本。此外，含硫极压剂及磷酸酯极压剂，随着使用时间的延长，逐渐在加工过程中产生的高温条件下分解导致润滑性能下降，无法保持长期的润滑性能，最终导致工件及设备部件腐蚀，磷酸酯会加速细菌繁殖，导致切削液发臭。
4.因此，需要一种用于不锈钢加工过程中的切削液，不使用氯剂、硫剂、磷剂极压润滑剂，又能保证不锈钢加工过程中长期的极压润滑性，同时还能解决切削液对人体及环境的危害，降低企业的加工成本。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种切削液，在不使用氯剂、硫剂、磷剂极压润滑剂的同时又能保证不锈钢加工过程中长期的极压润滑性。
6.本发明还提出含上述切削液的制备方法。
7.本发明还提出上述切削液在不锈钢加工制造领域的应用。
8.根据本发明的一个方面，提出了一种切削液，制备原料包括：石墨乳液和沥青乳液。
9.根据本发明的一种优选的实施方式，所述切削液至少具有以下有益效果：
10.(1)本发明中所用石墨乳液，是利用石墨的润滑特性，可减少被加工金属和刀具接触面之间的摩擦和磨损；其具体机理是，石墨可在上述接触面之间均匀成膜，之后利用石墨层状结构产生的润滑性能，提升被加工金属质量和表面光洁度、降低加工难度及成型条件，提高加工成品率。
11.(2)石墨乳液具有一定的高温稳定性，具体的，金属加工产生的热量不足以使其分解、燃烧；因此在工作温度下，持久的保持极压润滑性能。
12.(3)石墨本身无毒，在工作温度下不会分解，因此也不会产生有毒物质或有害气体，对人体和环境无污染。
13.(4)石墨乳液具有良好的化学稳定性和悬浮性，长时间放置不分解，对工件和模具无腐蚀作用。
14.(5)石墨乳液中的石墨，具有优异的导热性能，对刀具及模具有良好的降温作用，促使刀具、模具表面不断硬化，提高刀具及模具耐热、抗压性能，最终能提高刀具及模具使用寿命1-3倍。
15.本发明中利用石墨的润滑特性，以减少接触面之间的摩擦和磨损。在不锈钢的加工过程中，石墨乳液在高温下不分解、不燃烧，制剂是本身无毒的，在工作过程中不产生有毒物质或有害气体，不会污染环境。石墨乳液在高温状态下，极压润滑性能相当好，改善了金属的加工难度及成型条件，故可提高金属质量和表面光洁度，提高加工成品率。石墨乳液在加工温度范围内，具有良好的极压润滑性。石墨乳液具有良好的化学稳定性和悬浮性，长时间放置不分解，对工件和模具无腐蚀作用。石墨乳液对刀具及模具有良好的隔热降温作用，促使刀具、模具表面不断硬化，提高刀具及模具耐热、抗压性能，所以能提高刀具及模具使用寿命1-3倍。
16.(6)沥青对金属有吸附作用，弥补了切削液体系的边界润滑性能，配合石墨乳液的极压润滑性能可以极大的提升切削液体系的整体润滑性。
17.本发明中所用石墨乳液与沥青乳液市场价格8-10元/kg，而含磷、氯、硫极压剂市场价格20-100元/kg，本发明提供的切削液综合成本节省了数倍。
18.在本发明的一些实施方式中，所述的石墨乳液的粒径＜0.2μm。
19.在本发明的一些实施方式中，所述沥青乳液中不含硫。
20.在本发明的一些实施方式中，所述切削液的制备原料还包括缓蚀剂，溶剂，消泡剂和水。
21.在本发明的一些实施方式中，所述消泡剂包括聚醚型消泡剂和有机硅消泡剂中的至少一种。
22.在本发明的一些实施方式中，所述聚醚型消泡剂包括gp型甘油聚醚303和gp型甘油聚醚306中的至少一种。
23.在本发明的一些实施方式中，所述有机硅消泡剂包括thix-278。
24.在本发明的一些实施方式中，所述缓蚀剂包括顺酐辛胺。
25.在本发明的一些实施方式中，所述偶合剂包括二丙二醇单丁醚。
26.在本发明的一些实施方式中，所述切削液包括如下重量份的组分：
[0027][0028]
在本发明的一些优选地实施方式中，所述切削液包括如下重量份的组分：
[0029][0030][0031]
本发明的第二个方面提出了所述削液的制备方法，包括如下步骤：
[0032]
将所述石墨乳液和所述沥青乳液混合加热。
[0033]
在本发明的一些优选地实施方式中，所述削液的制备方法，包括如下步骤：
[0034]
s1：将缓蚀剂、石墨乳液、沥青乳液、水混合加热，
[0035]
s2：向步骤s1中得到的混合物中加入偶合剂和消泡剂混合。
[0036]
在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述混合的温度为40～50℃。
[0037]
在本发明的一些实施方式中，所述混合的方式为搅拌。
[0038]
在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述搅拌速度为800～1000rpm。
[0039]
在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述搅拌时间为30～40min。
[0040]
在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述混合的温度为25～35℃。
[0041]
在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，搅拌速度为100～200rpm。
[0042]
在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，搅拌的时间为30～40min。
[0043]
本发明的第三个方面提出了一种切削液在不锈钢加工制造领域的应用。
[0044]
在本发明的一些实施方式中，所述切削液的应用为：将所述切削液与水按1：5-20倍稀释使用。
附图说明
[0045]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
[0046]
图1为测试例2中各类常规极压剂和本发明中石墨乳液同沥青乳液组成的混合物的有效工作温度以及在有效工作温度下的摩擦阻力的测试结果。
具体实施方式
[0047]
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。如无特殊说明，各实施例和对比例的同一成分采购自同一厂家同一批次；相应参数如无特殊说明，则与实施例1同。
[0048]
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点
可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。本发明的描述中，如无特殊规定，所述“约”的含义是指正负2％。
[0049]
实施例1
[0050]
本实施例制备了一种全合成切削液。由如下重量份的制备原料制备而成：
[0051][0052]
本实施例中切削液的制备过程如下：
[0053]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、石墨乳液、沥青乳液、水依次加入到生产釜中，于45℃，900rpm搅拌30min。
[0054]
s2：向步骤s1所得混合物中加入二丙二醇单丁醚和有机硅类消泡剂(thix-278)，于25℃，100rpm搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0055]
石墨乳液购买于青岛星远石墨乳有限公司。
[0056]
沥青乳液购买于山东茂隆新材料科技有限公司。
[0057]
实施例2
[0058]
本实施例制备了一种全合成不锈钢切削液。由如下重量份组成：
[0059][0060]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、石墨乳液、沥青乳液、水依次加入到生产釜中于45℃，900rpm搅拌30min。
[0061]
s2：向步骤s1中加入二丙二醇单丁醚和有机硅类消泡剂(thix-278)，于25℃，100rpm搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0062]
实施例3
[0063]
本实施例制备了一种全合成不锈钢切削液。由如下重量份组成：
[0064][0065]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、石墨乳液、沥青乳液、水依次加入到生产釜中于45℃，900rpm混合后搅拌30min。
[0066]
s2：向步骤s1中加入二丙二醇单丁醚和聚醚型消泡剂gp型甘油聚醚303，于25℃，100rpm混合后搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0067]
对比例1
[0068]
本对比例制备了一种全合成不锈钢切削液。由如下重量份组成：
[0069][0070]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、石墨乳液、水依次加入到生产釜中于45℃，900rpm混合后搅拌30min。
[0071]
s2：向步骤s1中加入二丙二醇单丁醚和消泡剂，于25℃，100rpm混合后搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0072]
对比例2
[0073]
本对比例制备了一种全合成不锈钢切削液。由如下重量份组成：
[0074][0075]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、沥青乳液、水依次加入到生产釜中于45℃，900rpm混合后搅拌30min。
[0076]
s2：向步骤s1中加入二丙二醇单丁醚和有机硅类消泡剂(thix-278)，于25℃，100rpm混合后搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0077]
对比例3
[0078]
本对比例制备了一种全合成不锈钢切削液。由如下重量份组成：
[0079][0080]
s1：将顺酐辛胺缓蚀剂、沥青乳液、水依次加入到生产釜中于45℃，900rpm混合后搅拌30min。
[0081]
s2：向步骤s1中加入二丙二醇单丁醚和有机硅类消泡剂(thix-278)，于25℃，100rpm混合后搅拌30min至溶液成均匀透明液体即可得到产品。
[0082]
试验例1
[0083]
取上述实施例和对比例制得的切削液，测试其性能，测试结果如表1所示，极压润滑性能测试采用国标gb/t 3142-2019：
[0084]
表1测试结果
[0085]
实施例与对比例最大无卡咬负荷pb值/n烧结负荷pd值/n实施例16303920实施例26424048实施例36103988对比例11203810对比例26101720对比例32404110
[0086]
pb值代表着边界润滑强度，数值越大边界润滑效果越好；pd值代表着极压性能，数值越大，极压润滑性能越好。通过以上实施例1与对比例1测试数据对比可以看出，石墨乳液在切削液中提供良好的极压润滑性能，通过以上实施例1与对比例2的测试数据对比可以看出沥青乳液提供了良好的边界润滑性。当两者用量在共同添加时，边界润滑效果和极压润滑性能越好，对刀具的保护性能更好，摆脱了对常规极压润滑剂的依赖性，提高了选择性，对环境更友善，可以提升刀具的使用寿命，同时，随着润滑性能的提升加工精度越高，同时降低了成本，其废液处理成本低，对环境污染小。通过实施例1与对比例3的测试数据对比可以看出石墨乳液和沥青乳液在提升边界润滑性能和极压润滑性能时存在最佳配比，当两者配比不在范围内时无法同时提供足够的油膜强度或极压性能。
[0087]
试验例2
[0088]
本测试例对常规各类极压剂和本发明中石墨乳液和沥青乳液组成的混合物的有效工作温度和在有效工作温度下的摩擦阻力进行了测试，结果如图1所示。通过对各类极压剂的有效工作温度范围测试对比可以看出，石墨乳液与沥青乳液的混合物在1200℃范围内的摩擦阻力均小于其他类型的极压剂，因此，石墨乳液和沥青乳液组成的混合物可以避免高温条件下分解导致切削液的润滑性能下降，因此保证了切削液的长期的润滑性能和高温下的工作性能。
[0089]
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。