一种水基高润滑性切削液及其制备方法与流程

本发明涉及切削液，具体为一种水基高润滑性切削液及其制备方法。

背景技术：

1、在金属的切削加工过程中会产生大量的热量，而且由于切削区域集中，切削位置的温度一般能达到800-1200摄氏度，由于金属的寿命与温度的20次方成反比，因此长期处于高温环境下的切削件会大大缩短切削加工刀具的寿命，因此为了延长切削加工刀具的使用寿命，主要从通过切削液散热以及刀具本身的材料进行改性，而切削液散热是目前最主要的的方法；人们通过切削液来对切削位置进行降温与润滑，常用的切削液按照其成分主要分为油基切削液与水基切削液，其中水基合成切削液克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的毛病，对车床漆也无不良影响，适用于黑色金属的切削及磨加工，具有良好的冷却、清洗、防锈等特点，并且具备无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点。

2、例如公告号为cn111349504a的发明专利公开了一种水基切削液及其制备方法，包括有机醇胺、桐油二聚酸、防腐剂、苯并三氮唑、软水剂以及水，该水基切削液具有优异的润滑、防腐、防锈作用，是一种绿色环保型水基切削液，生物降解性好，适合各种磨床加工工艺；该切削液虽然具有一定的润滑和防锈作用，但是在实际使用过程中，为了保证具有良好的散热效果，一方面使用量较大，另一方面需要保证切削液的温度处于一个较低的水平，但是这样会带来切削液使用量大，切削质量差等缺点。因此，如何提高水基切削液的润滑性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供水基高润滑性切削液及其制备方法，该水基高润滑性切削液由润滑添加剂、三乙醇胺、油性缓蚀剂、苯并三氮唑、表面活性剂等复配而成，其中润滑添加剂中包埋的硫化脂肪酸酯在受到高离心转速时，受到离心力的作用从孔隙中被甩出，并附着在金属表面形成一层致密的硫化膜，起到润滑的作用，可以有效的降低剪切应力，减小摩擦以及功率消耗，降低刀具与被加工件摩擦部位的温度和刀具磨损，从而改善工件材料的切削性能，提高切削液的润滑性能，使其具备使用量小，切削质量高的特点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种水基高润滑性切削液，所述高润滑性切削液的ph值维持在8-9，包含三乙醇胺、油性缓蚀剂、润滑添加剂、苯并三氮唑、表面活性剂、氢氧化钾溶液、ph调节剂以及去离子水；其各原料的重量份如下：三乙醇胺10-14份、油性缓蚀剂2-6份、润滑添加剂2-6份、苯并三氮唑1-2份、表面活性剂2-3份、氢氧化钾溶液3-5份、ph调节剂0.1-1.0份、去离子水150-200份。

4、作为本发明的进一步优选方案，所述油性缓蚀剂由石油磺酸钠、石油磺酸钡以及环烷酸锌按照质量比(2-3)：1：(3-4)组成；

5、所述表面活性剂为司盘80、烷基酚聚氧乙烯醚中任意一种；

6、所述氢氧化钾溶液的浓度为25-30wt％。

7、作为本发明的进一步优选方案，所述润滑添加剂的制备方法如下：

8、1)将聚乙烯吡咯烷酮溶解在无水乙醇中，然后加入复合型氧化石墨烯，超声分散3-5h后，在转速5000-8000r/min条件下将没有分散的在溶液中的复合型氧化石墨烯去除，得到无沉淀液体，接着将其加入到自身2-3倍体积的石油醚中，经离心、烘干后得到预处理复合型氧化石墨烯；

9、2)在120-130℃条件下，将聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中并恒温处理1-2h，降至室温后，加入到高压釜中，再加入三氯化铁乙二醇溶液以及硝酸银乙二醇溶液，充分混合后，加入预处理复合型氧化石墨烯形成反应液，在130-136℃下反应5-8h，待反应完成后冷却至室温，将产物经去离子水和乙醇反复洗涤后，即可得到润滑添加剂。

10、作为本发明的进一步优选方案，所述聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇、复合型氧化石墨烯的用量比例为(6-10)g：(200-300)ml：(4-7)g；

11、所述超声功率为300-400w。

12、作为本发明的进一步优选方案，所述反应液中，硝酸银0.04-0.06mol/l，聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.4mol/l，三氯化铁1.5-2.0×10-4mol/l，预处理复合型氧化石墨烯10-15g/l。

13、作为本发明的进一步优选方案，所述复合型氧化石墨烯的制备方法如下：

14、1)将适量的氧化石墨烯加入到去离子水中，在冰浴条件下超声分散1-3h得到分散液，然后将分散液与氨水加入到反应釜中并保温12-15h，将得到的产物经冷冻干燥后分散研磨，得到三维多孔氧化石墨烯；

15、2)将三维多孔氧化石墨烯加入到真空罐中，抽真空后，将硫化脂肪酸酯雾化后喷洒在不断翻滚的三维多孔氧化石墨烯表面，并维持真空度不变，浸渍处理30-60min后，缓慢泄压至常压，将产物取出，得到复合型氧化石墨烯。

16、作为本发明的进一步优选方案，所述超声功率为800-1000w；

17、所述分散液浓度为5-10mg/ml。

18、作为本发明的进一步优选方案，所述分散液与氨水的体积比为(120-140)：(25-30)；

19、所述反应釜中的温度为180-190℃。

20、作为本发明的进一步优选方案，所述三维多孔氧化石墨烯与硫化脂肪酸酯的用量比例为(1-5)g：(50-80)ml；

21、所述抽真空的真空度为-0.02--0.05mpa；

22、所述真空罐处于不断旋转中；

23、所述浸渍处理的时间为30-60min。

24、一种水基高润滑性切削液的制备方法，具体包括如下步骤：

25、按照配比，将三乙醇胺、油性缓蚀剂、苯并三氮唑、表面活性剂以及氢氧化钾溶液依次加入到去离子水中，充分搅拌混匀后加入润滑添加剂，分散均匀后加入ph调节剂，并维持ph值在8-9，即可得到所需的高润滑性切削液。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明中，以氨水作为氮源，通过水热还原法，并经冷冻干燥得到具有三维多孔结构的氧化石墨烯，形成的三维多孔氧化石墨烯具有丰富的微介孔结构，并且孔道与孔道之间相互连接，具有高孔隙率，以该三维多孔氧化石墨烯作为载体，通过抽真空浸渍的方法，将硫化脂肪酸酯负载于三维多孔氧化石墨烯的孔隙中，三维多孔氧化石墨烯具有的丰富孔道结构蜿蜒曲折，极大的限制了硫化脂肪酸酯的流动，使得硫化脂肪酸酯被限固在孔隙中，限固在孔隙中的硫化脂肪酸酯在受到高离心转速时，受到离心力的作用从孔隙中被甩出，并附着在金属表面形成一层致密的硫化膜，起到润滑的作用，可以有效的降低剪切应力，减小摩擦以及功率消耗，降低刀具与被加工件摩擦部位的温度和刀具磨损，从而改善工件材料的切削性能，对润滑性能的提升起到关键性的作用；并且为了提高切削液的稳定性，避免复合型氧化石墨烯出现团聚沉降，本发明中，用聚乙烯吡咯烷酮通过非共价键的方式修饰在氧化石墨烯的表面，从而可以有效的提高复合型氧化石墨烯在水基切削液中的分散性，使其不易发生团聚沉降，从而有助于提高水基切削液的稳定性。

28、并且为了进一步提高硫化脂肪酸酯的限固效果，抑制硫化脂肪酸酯的溢出，本发明中，以预处理复合型氧化石墨烯作为基体，采用乙二醇热还原法，利用乙二醇在超过120℃的高温下分解为乙醛，乙醛将银离子还原为银原子，银原子会聚合成单晶、孪晶或多重孪晶，在足够高的温度下晶核生长到临界尺寸，形成以低能晶面为主的五重孪晶结构，通过引入可以定向包裹晶面的聚乙烯吡咯烷酮，可以实现银原子在晶面富集并定向生长，从而在基体表面形成超高长径比的纳米线，由于形成的纳米线较长，相互之间的接触面积较大，因此极易发生相互间的缠绕交联，从而形成多层次的网状结构，从而将预处理复合型氧化石墨烯包裹住，进一步抑制硫化脂肪酸酯的流出，使得硫化脂肪酸酯在受到高离心转速的情况下才回缓慢溢出，并附着在金属表面形成致密的硫化膜。

29、本发明中的水基高润滑性切削液由润滑添加剂、三乙醇胺、油性缓蚀剂、苯并三氮唑、表面活性剂等复配而成，其中润滑添加剂中包埋的硫化脂肪酸酯在受到高离心转速时，受到离心力的作用从孔隙中被甩出，并附着在金属表面形成一层致密的硫化膜，起到润滑的作用，可以有效的降低剪切应力，减小摩擦以及功率消耗，降低刀具与被加工件摩擦部位的温度和刀具磨损，从而改善工件材料的切削性能，提高切削液的润滑性能，使其具备使用量小，切削质量高的特点，广泛应用于汽车，摩托车零部件加工及其它机械行业，特别适用于数控机床，加工中心等领域。