一.微乳切削液背景

切削液是一種用在金屬切、削、磨加工過程中，用來冷卻和潤(rùn)滑刀具和加工件的工業(yè)用液體,切削液由多種超強(qiáng)功能助劑經(jīng)科學(xué)復(fù)合配伍而成，同時(shí)具備良好的冷卻性能、潤(rùn)滑性能、防銹性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀釋特點(diǎn)。克服了傳統(tǒng)皂基乳化液夏天易臭、冬天難稀釋、防銹效果差的的毛病，對(duì)車床漆也無不良影響，適用于黑色金屬的切削及磨加工，屬當(dāng)前最領(lǐng)先的磨削產(chǎn)品。切削液各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于皂化油，它具有良好的冷卻、清洗、防銹等特點(diǎn)，并且具備無毒、無味、對(duì)人體無侵蝕、對(duì)設(shè)備不腐蝕、對(duì)環(huán)境不污染等特點(diǎn)。切削液按油品化學(xué)組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。水基的切削液可分為乳化液、半合成切削液和合成切削液。

乳化液型切削液的成分：礦物油50~80%，脂肪酸0~30%，乳化劑15~25%，防銹劑0~5%，防腐劑<2%，消泡劑<1%

半合成型切削液：礦物油0~30%，脂肪酸5~30%，極壓劑0~20%，表面活性劑0~5%，防銹劑0~10%

全合成型切削液：表面活性劑0~5%，胺基醇10~40%，防銹劑0~40%

現(xiàn)代半合成切削液,俗稱微乳,即按一定的比例稀釋到水中,廣泛用于金屬切削等加工工藝上,消除了乳化型及合成型切削液的缺點(diǎn),同時(shí)把該兩種切削液的優(yōu)點(diǎn)集于一體,它廣泛作為機(jī)械加工潤(rùn)滑、冷卻用，具有良好的潤(rùn)滑、冷卻、 防銹、 清洗等功能。其主要成分是水和表面活性劑, 礦物油、 脂肪油和極壓劑含量均低于乳化油。

微乳化油中包括了油、水、 表面活性劑、 防銹緩蝕劑、 油性劑、 極壓劑、 防霉殺菌劑等成分。

二、微乳切削液的組成

(1)油相和水相: 微乳化油含量一般為10 %～30 % ,油不僅有潤(rùn)滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。微乳化　油中的水分最高含量為45 % ,大量水的存在是有別于乳化油的一個(gè)主要特征。這不僅是偶和表面活性劑的需要,也為各類水溶性添加劑的使用提供了必要條件。從環(huán)境和健康出發(fā),要求油中芳烴的含量小于10 %;從與添加劑的配伍性出發(fā)。石蠟基與環(huán)烷基的c礎(chǔ)油較好。常選用；機(jī)械油、植物油、白油、15號(hào)石臘基油。

油不僅有潤(rùn)滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。從環(huán)境和健康出發(fā),要求油中芳烴的含量小于10 %;從與添加劑的配伍性出發(fā),石蠟基與環(huán)烷基的基礎(chǔ)油較好。

(2)表面活性劑:微乳化液中分散相的高度細(xì)化和體系的穩(wěn)定性是依靠表面活性劑的潤(rùn)濕、分散、乳化、增溶等作用實(shí)現(xiàn)的。

在乳化油中,表面活性劑的用量為20 %～25 % ,而在微乳化油中，其用量可高于40 % ,以保證分散相油滴細(xì)化,使體系保持高度穩(wěn)定性。表面活性劑是使油和水乳化的關(guān)鍵性物質(zhì),一般分為3種類型:陽(yáng)離子型表面活性劑、 陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。

陽(yáng)離子型表面活性劑通常使乳液顯酸性,使乳液容易腐敗變質(zhì),故極少用。陰離子型表面活性劑的特點(diǎn)是乳化性能好，并有一定的清洗和潤(rùn)滑性能,但抗硬水能力差,并易起泡。

常與非離子型表面活性劑配對(duì)使用。非離子型表面活性劑在水中不電離,其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)(一般為醚基和羥基)構(gòu)成,不宜受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類存在的影響,也不易受酸堿的影響,與其它類型的表面活性劑相溶性好,能很好地混合使用,但由于在溶液中不電離,故在一般的固體表面上不易發(fā)生強(qiáng)烈的吸附,另外,隨溫度的升高,很多非離子型表面活性劑溶解度降低甚至不溶,這樣會(huì)造成乳液渾濁。

所以,通常通過調(diào)整陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑的配比,使H LB值與分散相匹配,以獲取最佳的分散、乳化效果,這是能否獲得一個(gè)均一、 穩(wěn)定的體系的關(guān)鍵。

大量表面活性劑的參與使微乳化液的滲透、 清洗能力比乳化液大大增強(qiáng),有利于保持刀具刃面和砂輪的鋒利以及切削加工面的清凈度,從而提高了切削效率和加工精度。

常用陰離子和非離子表面活性劑復(fù)配使用效果較好。常用表面活性劑：脂肪酸皂,石油磺酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、吐溫、脂肪酸烷基酰胺、山梨糖醇酯, 聚醚等。

(3)防銹緩蝕劑:為了保護(hù)機(jī)床、刀具及工件不受乳液的侵蝕,要在切削液中加入防銹緩蝕劑,以期在金屬表面形成保護(hù)膜,或者形成鈍化膜。防銹添加劑主要由水溶性防銹劑和油溶性防銹劑兩大類。

水溶性添加劑有亞硝酸鈉、苯并三氮唑、硼酸、 三乙醇胺、磷酸鹽、鉻酸鹽、 植酸、 苯甲酸鈉、鉬酸鈉和無水碳酸鈉等。

他們與金屬發(fā)生作用,并在金屬表面生成不溶性的致密的氧化膜,阻止金屬的電化學(xué)腐蝕。

這類防銹劑多是電解質(zhì),用于乳液時(shí)，用量不易過大,以免發(fā)生電解現(xiàn)象而破壞乳液。油溶性防銹劑主要有磺酸鹽、 高分子羧酸及其金屬皂鹽類、 酯醇類、 胺類、磷酸酯等。

他們是極性很強(qiáng)的化合物,能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面化學(xué)反應(yīng)生成保護(hù)膜,抑制氧及水對(duì)金屬的接觸,因此,它會(huì)與極壓劑在金屬表面的吸附發(fā)生競(jìng)爭(zhēng),使乳液的極壓性下降。

亞硝酸鈉有致癌作用,在西方發(fā)達(dá)國(guó)家,和一些發(fā)展中國(guó)家已為禁用產(chǎn)品。

二乙醇胺的含量也不應(yīng)超過1 % ,因其在空氣中容易氧化成致癌物質(zhì)。常用的環(huán)境友好緩蝕劑如脂肪酸衍生物、胺類、咪唑啉類及三唑類。

(4)油性劑:為了保護(hù)刀具,提高加工質(zhì)量,此類添加劑是微乳化油中不可缺少的組分。

這類添加劑主要有動(dòng)植物油脂,聚合脂肪酸及其皂,脂肪醇及多元醇,硫化油脂,酮類,胺類等有機(jī)物。

它們是具有極性基的分子,能在金屬表面形成定向吸附膜。

在金屬加工中,此膜能減少工件、 切削、 刀具之間金屬的直接摩擦,降低工件表面粗糙度,提高工件精度并延長(zhǎng)刀具使用壽命。

(5)極壓劑: 極壓劑是含硫、磷、氯等元素的化合物,這些化合物在高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成化學(xué)吸附膜。

化學(xué)吸附膜與物理吸附膜相比,耐較高的溫度,故可用于極壓潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。國(guó)內(nèi)廣泛采用氯化石蠟、硫化脂肪油、硫氯化棉子油、亞磷酸二丁酯、磷酸三乙酯、ZDDP 等作為極壓劑。在磷類極壓劑中引入N、S、B 等元素形成的極壓劑效果不錯(cuò)。

P - N 具有較高的承載能力S - P - N型磷元素在低速高扭矩條件下效果最好,在高速?zèng)_擊負(fù)荷下效果很差,但硫元素在高沖擊下對(duì)提高極壓性能卻最為有效,此外,由于胺的存在抑制了酸性磷酸酯的化學(xué)腐蝕磨損,所以該類極壓抗磨添加劑具有較好的極壓性、 防銹性和抗氧化性，B - P - N 型則具有良好的抗銅腐蝕性和優(yōu)良的極壓抗磨性能。

有機(jī)硼酸酯分子中引入活性元素硫和磷則具有多種性能,除了增強(qiáng)抗氧化和減摩作用外,其抗磨性和摩擦改性均變好;若引入氮元素,可明顯提高承載能力和抗磨性能。

有機(jī)鉬化合物作為極壓抗磨添加劑,不僅具有優(yōu)良的抗磨、減摩、抗極壓性能,而且還有防腐蝕性能。

二聚酸及其衍生物是水基金屬加工液良好的添加劑,與水相溶而生成透明的水溶性潤(rùn)滑液。

其油性基團(tuán)具備良好的減摩抗磨作用,在極壓條件下,二聚酸與摩擦表面反應(yīng)生成二聚酸金屬鹽皂膜起極壓抗磨作用,此外,還能提供防銹性。

其可用于多種金屬材料加工, 包括含鐵和非鐵金屬,如鈦、 鎂、 黃銅、 銅、 青銅或其它相類似的易于被污染的金屬的加工。

由于油基產(chǎn)品向水基產(chǎn)品發(fā)展,水溶性極壓劑的研究也越來越受到人們的重視。

這類產(chǎn)品有脂肪酸的有機(jī)硫磷酸鹽、 壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯,烷基氧乙烯醚有機(jī)磷酸胺鹽等。最近發(fā)現(xiàn),高堿值磺酸鹽在重金屬加工中用作惰性極壓劑(PEP) ,能在金屬表面形成物理覆蓋的碳酸鹽保護(hù)膜,具有低剪切強(qiáng)度,在金屬加工中具有優(yōu)異的極壓潤(rùn)滑性能,與含硫極壓劑復(fù)合使用有顯著的協(xié)同效應(yīng),對(duì)多數(shù)金屬?zèng)]有腐蝕,且具有防銹作用,對(duì)人和環(huán)境基本無害,符合工業(yè)衛(wèi)生和環(huán)保要求。

還能改善表面光潔度,有極好的防銹能力,對(duì)大多數(shù)金屬不腐蝕,安全并無環(huán)境污染。

(6)防霉殺菌劑：微乳液容易滋長(zhǎng)微生物,使加工液變質(zhì),使用壽命變短。

常用的殺菌劑有甲醛釋放劑、酚類化合物、水楊酸類、雜環(huán)化合物等。目前,我國(guó)常用的為三丹油。鄰苯基苯酚, 四氯代酚。對(duì)氯間二甲基酚, 六氫化三吖嗪, 三溴水楊酰胺和二溴水楊酰胺的混合物等

(7)其他助劑;微乳化液中使用的輔助添加劑還有消泡劑(硅油乳劑,高級(jí)醇)、穩(wěn)定劑（十二醇）偶和劑、pH調(diào)整劑、金屬離子掩蔽劑等。消泡劑常用的為硅油類,其不溶于水,分散于水中,不能加多,否則,體系易渾濁。

偶和劑用來增加體系的穩(wěn)定性,其性能取決于自身的親水- 親油之間的平衡。

體系pH值應(yīng)保持在8～10之間,pH值過低,易滋生細(xì)菌霉變;pH值過高,鋁腐蝕嚴(yán)重。金屬離子掩蔽劑能絡(luò)合水中的鈣鎂離子。這些添加劑如何使用,應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

三、市面常見切削液

油基切削液、水基切削液、環(huán)保長(zhǎng)效切削液、加工中心專用切削液、微乳切削液、極壓切削油、拉絲油、金屬磨削液、玻璃磨削液、油基磨削液、水基磨削液、切削油、線切[1]割液、切割冷卻液、線切割工作液、單硅片切割液、多晶硅切割液、藍(lán)寶石切割液

乳化液、沖壓油、淬火劑、高溫油、極壓切削液、防銹油、發(fā)黑劑、拉深油等。

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