新型微乳化切削液的配制方法和性能研究

陈福生， 武 洋， 谷从旺

（河南平高电气股份有限公司， 河南 平顶山 467001）

0 引言

在金属切削过程中， 为提高加工质量， 提高切削效率，提高工件的加工精度，延长刀具的使用寿命，减少刀具与工件的摩擦，延长刀具使用寿命，避免材料因切削热而产生的热变形，防止设备和加工件锈蚀，要达到这些目的，采用性能优良的切削液往往可以明显提高切削效率，降低表面粗糙度，取得良好的经济效益。 如今，很多企业都引进先进的加工设备，一些数控机床、数控加工中心在企业广泛使用，机械加工行业发展迅猛，使用高性能的金属切削液势在必行，因此开发研制新型金属切削液，对提高企业金属加工液的水平，满足企业生产的需要，取代国内外价格高昂的产品， 降低企业生产成本具有重要的现实意义。

微乳切削液是介于乳化油和合成切削液之间的冷却液，具有乳化油的润滑性、防锈性又具有合成切削液的冷却性和清洗性。微乳切削液和乳化油相比，由于微乳切削液大量使用表面活性剂，使其渗透、清洗能力比乳化油更强；与合成切削液相比，微乳切削液加入了大量的油性剂和油溶性添加剂，极大的提高了微乳切削液的润滑性，因此微乳化切削液的综合性能非常优越。

1 微乳液材料的组成

1.1 基础油的选用

在实验中采用粘度较低的AN10 全损耗系统用油。使用环烷基，减一线AN10 全损耗系统用油效果更好，制备的母液更透亮均匀稳定，润滑性能比AN5 全损耗系统用油要好，价格也比较便宜，能有效降低成本，适合批量生产。通过实验比较使用环烷基--减一线AN10 全损耗系统用油，是比较理想的基础用油，性价比较合适，AN5 全损耗系统用油虽然性能更好，但价格较贵，加工成本较高，AN10全损耗系统用油和其它基础油进行性价比较，见表1。

表1 各基础油在微乳液中的性价比

1.2 油溶性缓蚀剂的选用

油溶性缓蚀剂有石油磺酸钠 （T702）、 石油磺酸钡（T701）、环烷酸锌（704），它们和AN10 全损耗系统油混合后，采用不同油溶性缓蚀剂的量能产生不同的效果，见表2。

表2 油溶性缓蚀剂在微乳液中的观察情况

石油磺酸钠（T702）对微乳液有良好的感受性，适量加入防锈效果非常明显，T702 作为油溶性缓蚀剂也是很好的表面活性剂能更好地分散在体系中， 从而降低水相的积聚程度，起到良好的防锈效果。石油磺酸钡（T701）的性能不是很好，如果和油溶性缓蚀剂环烷酸锌（T704）匹配使用，对钢、铸铁有良好的防蚀效果，对铜、铝也起到较好的防蚀效果。

1.3 铝、铜缓蚀剂的选用

NF815 是一种含硅的铝材缓蚀剂，pH 值在9.7-9.8之间程碱性，不溶于油，溶于水和大多表面活性剂，在微乳液抑制铝材腐蚀效果良好。 苯并三氮唑（T706）是一种铜材缓蚀剂，溶于水和酒精，水温在40℃摄氏度时溶解度更好，在微乳液抑制铜材腐蚀效果良好，在切削液生产行业被广泛应用，见表3。

表3 铝、铜缓蚀剂在微乳液中的观察情况

铝材缓蚀剂NF815、 铜材缓蚀剂苯并三氮唑（T706）必须和油溶性缓蚀剂、 水溶性防锈剂三乙醇胺一起匹配使用可达到最佳防腐效果。

1.4 水溶性防锈剂的选用

水溶性防锈剂是微乳液的主要防锈成分。 常用的种类很多， 必须从中筛选和微乳液匹配使用较好的水溶性防锈剂，通过性能对比筛选出性能良好的水溶性防锈剂，见表4。

表4 水溶性防锈剂在微乳液中的观察情况

1.5 表面活性剂的选用

表面活性是使油和水乳化的关键性物质， 主要有阴离子、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。 微乳液在热力学上属于不稳定系，由于表面自由能的作用，水、油比重差和体系中布朗运动的影响，如果乳化剂选用不当，那就会出现油滴凝聚结合现象，导致相分离（即破乳），如果选用合适的乳化剂就不会产生破乳。在实验初步选择的表面活性剂是非离子表面活性剂司本—80， 它的HLB 值是4.3，它的亲油性强，另一种是聚乙烯谜烷基（OP--10），它的HLB 值是14.5，它的亲水性强，如果单独使用一种表面活性剂，短时间微乳液能保持稳定，但放置一段时间就会出现分层现象，说明体系乳化不平衡，把两种表面活性剂HLB 值相差较大相结合，两者复配使用能保证微乳液的长期稳定状态。

1.6 pH 值调节剂的选用

微乳液pH 值应该保持在8～9 之间，pH 值太低容易繁殖细菌，导致微乳液腐败，降低微乳液的防腐性能，使工件和设备锈蚀， 但是pH 值太高会伤害操作者的皮肤，还能造成铝材的腐蚀，铝是两性金属，铝在碱性值较高的环境里会发生化学反应，所以必须把微乳液的pH 值控制在8～9 之间。微乳液里含有一定量的水，因此可以用水溶性的碱性材料调节pH 值。 选用三乙醇胺（TEA）是很好的pH 值调节剂，三乙醇胺（TEA）碱值保持能力强，它还是性能很好的水溶性防锈剂， 适当加入不会使微乳液的体系发生胶凝和析出。 在微乳液中可以加入适量EDTA 用30%的氢氧化钾的溶液进行溶解来调节pH 值， EDTA 还能降低水的硬度，进一步降低微乳液体系的表面张力，可以提高微乳液的透明度。

2 微乳化切削液配方确定

把微乳液所用的材料通过实验进行筛选， 保证微乳液的各项性能稳定，最终确定了微乳液的配方，见表5。

表5 微乳化切削液配方

3 微乳化切削液性能评定结果及使用实验结果

在ISO 金属加工液分类标准中属于MAF，是一类具有抗磨、防锈、半透明或透明的微乳化切削液。微乳化切削液是介于乳化液与合成切削液之间的产品，ISO 及我国标准中微乳化切削液尚无统一标准， 暂时借鉴现行的微乳化切削液国际指标（GB/T6144-85）进行性能评定，见表6。

把配制的微乳化切削液样品送达本事业部机械加工车间做使用试验，使用结果表明：在机加工车间通过数控机床、 数控加工中心和普通车床对微乳化切削液进行试用，经过2 个月的时间，对钢、紫铜、黄铜、铝及铝合金共计60 个批次进行加工，微乳化切削液体现出良好的防锈性、润滑性、冷却性、清洗性、消泡性，并且自制微乳化切削液对设备油漆无腐蚀，该切削液无毒无污染，无刺激性气味，对人体皮肤无伤害。

表6 实验得出微乳化切削液性能评定结果

4 结论

实验所得微乳化切削液为红棕色透明液体。所研制的微乳化切削液具有良好的防锈性、防腐性、润滑性、冷却性、清洗性，可满足工序间防锈，且满足各项技术指标。

本微乳化切削液经权威部门检测，不含国家指定的重金属和有害物质，对眼睛和皮肤无刺激，不易生长微生物，可改善工人的操作条件，对环境不造成污染。