新型微乳化切削液的配制方法和性能

2021-09-27李秀峰

化工设计通讯 2021年9期

李秀峰

（河北省冶金研究院，河北石家庄 050031）

新型微乳化切削液的化学性质介于乳化油和切削液之间，因此新型切削液有较高的润滑性和防锈性。与乳化油相比，新型切削液因合成原材料中会使用大量的表面活性剂，所以新型切削液的实际渗透能力比乳化油更强。与合成切削液相比，新型切削液因原材料中加入大量油性剂，所以润滑性更高。

1 微乳液材料的组成

1.1 基础油的选用

本实验中所使用的基础油为黏度较低的AN20全损耗油，且使用减一线AN20全损耗油的效果会更好，制备出的母液会更加透亮且质地均匀。AN20全损耗油会比AN6全损耗油多出高润滑的性能，价格也比较便宜，可以降低制备成本。通过科学实验对比后发现，减一线AN20油在性能上远高于AN32油和AN油，是本次新型微乳化切削液实验最理想的基础用油，将AN20全损耗系统用油和其他基础油进行性价比较。

1.2 油溶性缓蚀剂的选用

本次实验所使用的油溶性缓蚀剂主要有磺酸钠（T0）、磺酸钡（T1）和环烷酸锌（T2），将它们和AN20全损耗系统油混合后，所产生的实际效果见表1。由此可以得出实验溶液稳定性较强[1]。

表1 油溶性缓蚀剂在微乳液中的观察情况

1.3 铝、铜缓蚀剂的选用

NF816是一种含有硅元素的铝制缓蚀剂，该缓冲剂的pH值位于9.6～9.7呈碱性，具有不溶于油、溶于水和大多表面活性剂的特性，在新型微乳化切削液中抑制铝材腐蚀效果良好。苯并三氮唑（Q1）是一种以铜为主要材料的缓蚀剂，可溶于水和酒精，最佳溶解温度为40℃，在新型微乳化切削液中抑制铜材腐蚀效果良好。铝、铜缓蚀剂在微乳液中的实际效果见表2。

表2 铝、铜缓蚀剂在微乳液中的观察情况

由表3数据可知，NF816与Q1必须与缓蚀剂和防锈剂一起使用才可以达到最佳的防腐效果[1]。

1.4 水溶性防锈剂的挑选

水溶性防锈剂是新型切削液具有防锈功能的主要成分。现阶段市面上常用的防锈剂种类很多，在配置新型微乳化切削液时应当对水溶性防锈剂进行挑选，进而对比出最为适合新型微乳化切削液的水溶性防锈剂，实验选用的三种水溶性防锈剂防锈效果见表3。

表3 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

新型微乳化切削液的水乳化主要需要表面活性剂的作用，表面活性剂分布着大量的阴离子、阳离子以及非离子。新型微乳化切削液在热力学上属于不稳定系种，因为表面活性剂能够自由作用水、油等比重差较大的物质进行布朗运动，所以如果表面活性剂挑选不当，就会导致新切削液内部出现油滴凝聚的现象。本实验初期选用的是非离子表面活性剂（斯盘80非离子表面活性剂），该活性剂的HLB值处于4.3～4.5，因此该表面活性剂的亲油性较强。选用的另一种表面活性剂是烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），该活性剂的HLB值处于14.4～14.6，因此该表面活性剂的亲水性较强。在新型微乳化切削液的实验中，如果单独使用其中一种表面活性剂，则在短时间内可以保持微乳液的相对稳定，但是经过一段时间的静止后就会出现明显的分层现象，对此，应当将两种表面活性剂相结合，利用复配活性剂的方式来维持微乳液的稳定[3]。

1.6 pH调节剂的选用

新切削液的pH应当保持在8～9，因pH太低就会使新型微乳化切削液呈现酸性，容易滋生细菌，从而导致微乳液出现腐败，造成微乳液防腐性能低下的现象，并且新型微乳化切削液过酸还会锈蚀设备。同时，如果新型微乳化切削液pH过高，则会对操作者的皮肤造成伤害，且还会造成铝材设备的腐蚀，所以新型微乳化切削液的配置必须要控制pH处于8～9。由于微乳液中含有一定的水分，因此新型微乳化切削液的酸碱性可以采用水溶性的酸碱材料进行调节。

2 新型微乳化切削液配方确定

2.1 新型微乳化切削液的配制

将新型微乳化切削液所使用的材料通过配比实验的方式逐步进行筛选，规划出新型切削液的各项性能处于稳定区间的标准，新型微乳化切削液的配制见表4。本文设计的新型切削液以S1表示，将pH偏低且使用一段时间的切削液设为S2，将pH偏高且使用过一段时间的切削液设为S3，将铝合金放置在上述三种切削液中浸泡下的侵蚀情况见图1。

表4 新型切削液配方

图1 铝合金在三种切削乳化液中浸泡的电荷转移电阻Rct随时间变化图

2.2 新型微乳化切削液性能评定结果

在国际金属加工液的分类中，该新型切削液属于MAF类别中的一种，具有高抗磨和高防锈等能力。现阶段ISO和我国的相关标准中并未明确规定出微乳化切削液的统一标准，因此本实验暂借现行的微乳化切削液的国际指标进行性能评定，见表5。

表5 实验得出微乳化切削液的评定结果

将本实验配制的新型切削液样品投入到机械加工车间进行实验后可以发现，通过将新型微乳化切削液投入到加工车间的数控机床和普通车床进行试用，在2个月的时间内，加工机床对钢、黄铜以及铝合金的加工共计60个批次，作用在设备上的新型微乳化切削液呈现出良好的防锈性、润滑性、冷却性以及清洗性等性能，因此可以说明本实验制作的新型微乳化切削液能够达到国际指标中的性能评定标准[4]。