一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液及其制备方法

本发明涉及切削液，尤其涉及一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液及其制备方法。

背景技术：

1、切削液(cutting fluid)是一种在金属切削加工行业普遍使用的液体，可以大幅度降低切削过程中的摩擦力和摩擦产生的热量，减少切削刀具的磨损，提高加工的精度和质量。因此，这就要求切削液具有优异的润滑、防锈、冷却、清洗性能。目前，按照组分可以将切削液分为油基切削液和水基切削液。其中油基切削液往往冷却性能较差，使用成本较高，并且也会污染环境等，限制了其在工业切削领域的应用。而现有的水基切削液尽管具有较好的冷却和清洗性能，但是其润滑性能较差。中国专利cn113403131a以及cn113046163a公开的具有超润滑性能或超低摩擦系数的水基切削液尽管可以实现超润滑状态(摩擦系数小于0.01)，但是其所需要的磨合期较长(200～1500s)，当摩擦系数降低到0.01时实现超润滑状态时，摩擦副可能已经发生了严重的磨损。

2、此外，由于切削液中水的存在，容易使刀具和工件表面生锈。目前，市售的商用切削液往往不能同时兼顾防锈和润滑功能，因此发展设计一种同时具有极低摩擦系数和防腐防锈功能的切削液具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液及其制备方法。本发明的水基切削液具有超润滑(摩擦系数小于0.01)性能且磨合期较短(30～150s)。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，包括水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物，所述水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物的质量比为40～60：40～60：0.1～2，所述柠檬酸-碳点复合物包括柠檬酸和碳点。

4、优选地，所述水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物的质量比为10：10：0.2、10：15：0.1或30：20：0.5。

5、优选地，所述碳点的粒径为2～8nm。

6、优选地，所述柠檬酸-碳点复合物由柠檬酸经热解反应制得。

7、优选地，所述热解反应的温度为150～250℃，时间为20～60min。

8、优选地，所述热解反应的温度为200℃，时间为30min。

9、优选地，所述热解反应后还包括将所得热解产物分散在水中，得到分散液，依次用乙酸乙酯和水对所述分散液进行萃取后，再进行旋蒸处理，得到所述柠檬酸-碳点复合物。

10、优选地，所述聚乙二醇包括聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000和聚乙二醇20000中的一种或多种。

11、优选地，所述聚乙二醇为聚乙二醇4000和聚乙二醇6000的混合物，所述混合物中聚乙二醇4000与聚乙二醇6000的质量比为2～5：1；或者，所述聚乙二醇为聚乙二醇8000和聚乙二醇10000的混合物，所述混合物中聚乙二醇8000与聚乙二醇10000的质量比为2～5：1；或者，所述聚乙二醇为聚乙二醇8000和聚乙二醇20000的混合物，所述混合物中聚乙二醇8000与聚乙二醇20000的质量比为2～5：1。

12、本发明还提供了上述技术方案所述具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液的制备方法，包括以下步骤：

13、依次将聚乙二醇、水和柠檬酸-碳点复合物混合，得到所述具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液。

14、本发明提供了一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，包括水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物，所述水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物的质量比为40～60：40～60：0.1～2，所述柠檬酸-碳点复合物包括柠檬酸和碳点。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、本发明提供的水基切削液可以在轴承钢等金属摩擦副表面实现超润滑(极低摩擦系数)，并且其磨合期较短，原因在于：碳点可以牢固地吸附在摩擦副的表面形成一层固体润滑膜，碳点内部的类石墨烯结构层间容易发生滑移以减少摩擦力；此外，柠檬酸可以和钢块表面发生络合，减少两摩擦副粗糙峰之间的直接接触，从而可以减少摩擦和磨损。实施例的数据表明，本发明所提供的水基切削液经过摩擦学测试，具有优异的摩擦学性能，在较短磨合期(1～3min)后就能实现超润滑，摩擦系数小于0.01；

17、本发明中的柠檬酸与金属摩擦副发生络合反应时，可以吸附到摩擦副的表面，从而使水基切削液具有较好的防腐和防锈性能；

18、本发明中碳点(碳量子点纳米材料)可以减少摩擦副粗糙峰的直接接触，减少金属表面的磨损，还可以作为表面抛光剂，保障金属加工的精度和质量；

19、本发明的原料成本低廉，使用成本较低，易于大规模生产，且不会对环境造成污染，而且对于使用人员比较安全，不易致敏；能够根据需求制备出高中低档次的切削润滑剂，满足不同的需求；

20、进一步地，本发明中柠檬酸-碳点复合物的制备方法简单，不需要将所有的柠酸檬转换为碳量子点，产率较高。

技术特征：

1.一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，包括水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物，所述水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物的质量比为40～60：40～60：0.1～2，所述柠檬酸-碳点复合物包括柠檬酸和碳点。

2.根据权利要求1所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述水、聚乙二醇和柠檬酸-碳点复合物的质量比为10：10：0.2、10：15：0.1或30：20：0.5。

3.根据权利要求1所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述碳点的粒径为2～8nm。

4.根据权利要求1或3所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述柠檬酸-碳点复合物由柠檬酸经热解反应制得。

5.根据权利要求4所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述热解反应的温度为150～250℃，时间为20～60min。

6.根据权利要求5所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述热解反应的温度为200℃，时间为30min。

7.根据权利要求4或5所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述热解反应后还包括将所得热解产物分散在水中，得到分散液，依次用乙酸乙酯和水对所述分散液进行萃取后，再进行旋蒸处理，得到所述柠檬酸-碳点复合物。

8.根据权利要求1所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述聚乙二醇包括聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000和聚乙二醇20000中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇4000和聚乙二醇6000的混合物，所述混合物中聚乙二醇4000与聚乙二醇6000的质量比为2～5：1；或者，所述聚乙二醇为聚乙二醇8000和聚乙二醇10000的混合物，所述混合物中聚乙二醇8000与聚乙二醇10000的质量比为2～5：1；或者，所述聚乙二醇为聚乙二醇8000和聚乙二醇20000的混合物，所述混合物中聚乙二醇8000与聚乙二醇20000的质量比为2～5：1。

10.权利要求1～9任一项所述具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种具有优异润滑和防锈性能的环保型水基切削液及其制备方法，属于切削液技术领域。包括水、聚乙二醇和柠檬酸‑碳点复合物，所述水、聚乙二醇和柠檬酸‑碳点复合物的质量比为40～60：40～60：0.1～2，所述柠檬酸‑碳点复合物包括柠檬酸和碳点。本发明的水基切削液可以在轴承钢等金属摩擦副表面实现超润滑，并且其磨合期较短，原因在于：碳点可以牢固地吸附在摩擦副的表面形成一层固体润滑膜，碳点内部的类石墨烯结构层间容易发生滑移以减少摩擦力；此外，柠檬酸可以和钢块表面发生络合，减少两摩擦副粗糙峰之间的直接接触，从而可以减少摩擦和磨损。

技术研发人员：王道爱,杜长合,于童童,张立强,周峰,刘维民
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13