[摘要]傳統(tǒng)的油基切削液難以適應(yīng)苛刻的加工條件，為此，研制了一種由表面活性劑、潤滑劑、防銹劑、穩(wěn)定劑、精制礦物油、殺菌劑和水等組成的透明極壓乳化切削液，探討了防銹劑、油性劑、極壓劑等添加劑的選擇。通過試驗(yàn)選出了最優(yōu)乳化切削液的配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：59.9%30號變壓器油，10.0%四聚蓖麻油酸酯，5.0%二烷基五硫化物，10.0%防銹劑復(fù)合包，2.0%AMP-95胺，8.0%EN-50乳化劑，3.0%MBM殺菌劑，2.0%145偶合劑，0.1%MS575消泡劑。對比了該乳化切削液與市售進(jìn)口同類切削液的性能、特點(diǎn)。結(jié)果表明：研制的重負(fù)荷乳化切削液透明穩(wěn)定，具有優(yōu)良的防銹性、潤滑性、冷卻性和清洗性。

　　[關(guān)鍵詞]重負(fù)荷乳化型切削液：極壓性能;潤滑性能

　　Abstract: Traditional oil-based cutting fluids hardly meet the severe operation conditions. Hence, a kind of emulsion as extreme pressure emulsion cutting fluid was developed, which consisted of lubricant, antirust additive, stabilizer, refined mineral oil, biocide and water etc. The selection of antirust additives, oiliness additives, extreme ressure additives were discussed detailedly. The optimal composition of emulsion cutting fluid was 59.9% (mass fractions) 30th transformer oil, 10.0% tetrapolyricinoleate , 5.0% dialkyl pentasulfide, 10.0% antirust compound package, 2.0% AMP-95 amine, 8.0% EN-50 emulsifier, 3.0% MBM fungicide, 2.0% 145 coupling agent and 0.1% MS 575 defoamer. The properties and characters of this new type of emulsion cutting fluid and imported similar products on the market were compared and researched. Results showed that this new type of emulsion cutting fluid was transparent and stable with good performances such as antirust lubricating, refrigerating and cleaning properties

　　Key word: extreme pressure cutting fluid; extreme pressure properties; lubricating properties

　　0前言

　　隨著金屬切削加工技術(shù)的不斷發(fā)展，日益苛刻的加工條件對切削液的質(zhì)量提出了越來越高的要求。同時隨著數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心和柔性制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用，由于先進(jìn)制造技術(shù)和難加工材料的切削加工都離不開潤滑冷卻技術(shù)，因此，切削液的發(fā)展應(yīng)用顯得越來越重要。傳統(tǒng)的油基切削液潤滑性能好，但其冷卻性能差，難以適應(yīng)苛刻的加工條件。水基切削液冷卻性能好，且成本相對較低，操作環(huán)境安全、干凈，沒有油霧和著火的危險。隨著水基切削液性能的不斷提高，其使用范圍逐漸擴(kuò)大，出現(xiàn)了油基切削液向水基切削液過渡的趨勢。目前市面上的水基切削液在替代油基切削液應(yīng)用于鎳基合金等高硬度材料大去除量、大進(jìn)給重負(fù)荷加工的過程中經(jīng)常出現(xiàn)由于潤滑性不足，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量熱量引起水霧及刺激性氣味。因此，研發(fā)一種能替代切削油用的重負(fù)荷乳化切削液顯得極為重要。

　　1試驗(yàn)

　　1.1 i驗(yàn)材料

　　主要試驗(yàn)材料：30號變壓器油，工業(yè)級;AMP-95胺;硬脂酸異辛酯;季戊四醇油酸酯;四聚蓖麻油酸醋;N，N-亞甲基雙嗎啉(MBM);乳化劑：脂肪醇聚氧乙烯醒，沙索RT 42，HLB值5.5;沙索EN-50，HLB值9.5;聯(lián)化，AEO3，HLB值6.0;斯盤-80(SP-80)，HLB值4.5;二烷基五硫化物;消泡劑：MS 575。

　　1.2 i驗(yàn)方法

　　防銹試驗(yàn)條件：溫度：(35±2)C;時間：單片24 h，疊片8h;執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6144.采用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察乳化油的潤滑性

　　能、極壓性能，試驗(yàn)條件：室溫;轉(zhuǎn)速(1 450±50)r/min;執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3142.

　　攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)是模擬金屬攻絲加工的試驗(yàn)方

　　法，使用一個旋轉(zhuǎn)絲錐對一個固定好的通孔進(jìn)行攻絲加工，測量攻絲過程中的平均扭矩值。攻絲轉(zhuǎn)速1000

　　r/min，絲錐為YAMAWA M4X1，試驗(yàn)材料為45鋼測試塊：規(guī)格M4F，孔徑：3.7 mm，厚度：20 mm。潤滑劑的潤滑性能對攻絲扭矩值的大小產(chǎn)生影響，潤滑性能越好，平均扭矩值越小，反之則越大。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1 油性劑潤滑性能測試

　　本工作采用市售的硬脂酸異辛酯、季戊四醇油酸酯、自乳化酯、四聚蓖麻油酸酯作為油性劑調(diào)配成穩(wěn)定的乳化切削液配方。所有的乳化切削液樣品以10%的濃度在四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和Micro Tap攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行潤滑性能對比試驗(yàn)，試樣用45鋼塊。

　　為了更加直觀地表示MicroTap攻絲扭矩試驗(yàn)結(jié)果，將表1中攻絲效率以柱形圖表示(見圖1)

　　從圖1可以看出，合成酯的加入可以顯著提高乳化液的攻絲扭矩效率，從樣品A、B.C、D的結(jié)果可以看出，硬脂酸異辛酯對6061鋁的加工潤滑性影響最小，四聚蓖麻油酸酯的影響最大。其中樣品D.E隨著四聚蓖麻油酸酯添加量的降低，乳化液的潤滑性能也隨著下降，添加10%的四聚蓖麻油酸酯的潤滑效果與添加15%的季戊四醇油酸酯相當(dāng)。

　　2.2 極壓劑的抗磨、減磨性能測試通過測試摩擦系數(shù)、磨斑直徑、磨斑表面形貌考察了氯化石蠟及其取代物的減磨、抗磨效果。減磨、抗磨性能選用濃度為10%的乳化液通過196 N負(fù)載下長磨30 min試驗(yàn)，摩擦系數(shù)小、磨斑直徑小，磨斑形貌光滑說明該極壓劑的潤滑性能好。

　　隨著極壓劑的加入，乳化液的抗磨性能有所提高，長磨摩擦系數(shù)降低，磨斑直徑變小。30號變壓器油乳化的摩擦系數(shù)為0.141，加入極壓添加劑后，52號氯化石蠟的摩擦系數(shù)降至0.121;磷酸酯的摩擦系數(shù)降至

　　0.113，二烷基五硫化物的摩擦系數(shù)降至最低0.099，由于磷酸酯具有較強(qiáng)的極性，容易在金屬表面形成一層油膜即流體潤滑膜，在長磨過程中降低摩擦系數(shù)。而二烷基五硫化物化合物能降低摩擦系數(shù)可能是由于二烷基五硫化物化合物中含有電負(fù)性很強(qiáng)的硫原子，容易吸附在金屬表面，在長磨過程中易于鋼球表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化鐵，從而使摩擦系數(shù)變小。

　　在 196 N 的負(fù)荷下，長磨 30 min 后的鋼球用溶劑清洗干凈，干燥。選擇有代表性的鋼球磨斑用電鏡進(jìn)行掃描，該電鏡為原四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)自帶電鏡，放大倍數(shù)為 250 倍，得到的磨斑形貌見圖 2。

　　由圖2可知，在相同的試驗(yàn)條件下，磨斑直徑的變化趨勢為30號變壓器油>氣化石蠟添加劑>磷酸酯添加劑>二烷基無硫化物添加劑。磨斑直徑越小說明添加劑的減磨、抗磨性能越優(yōu)異。30號變壓器油乳化條件下的鋼球表面的劃痕較深，在加入氯化石蠟后，鋼球表面很明顯地變光滑，犁溝變淺，說明氯化石蠟在乳化液中具有一定的抗磨性，這是由于在長磨過程中，氯化石蠟中的氯與鋼球表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成了氯化鐵所致;而加入磷酸酯后，磨斑直徑明顯變小，鋼球表面劃痕線，沒有犁溝，這主要是由于磷酸酯極性較大，容易吸附在鋼球表面，形成一層潤滑膜，增加30號變壓器油的油膜強(qiáng)度，在長磨過程中顯著降低摩擦系數(shù)，從而使得磨斑直徑變小;加入二烷基五硫化物后，磨斑直徑變小，摩擦系數(shù)降低，這是由于二烷基五硫化物中含有氮元素，與鋼球表面發(fā)生反應(yīng)形成保護(hù)膜，并且二烷基五硫化物容易吸附在鋼球表面，有效地抑制了鋼球與鋼球摩擦副之間的直接接觸，從而表現(xiàn)出較好的減磨效果。

　　2.3乳液穩(wěn)定性研究

　　乳液穩(wěn)定性是乳化切削液的一個重要指標(biāo)，如果乳化液母液不穩(wěn)定，產(chǎn)品容易出現(xiàn)分層、不乳化、結(jié)成果凍狀等現(xiàn)象。確定乳化液是否穩(wěn)定的最好辦法是將該產(chǎn)品靜置觀察1a，但耗時太長。因此需要一些加快老化進(jìn)程的方法。本工作參考ATSM的D3707方法，取100 mL.乳化液樣品在55 ℃下儲存12h后降溫至常溫，放入0℃冰箱內(nèi)儲存12 h，觀察乳化液樣品的外觀。

　　由于乳化液本身需要用水稀釋后再使用，因此還需要評定其稀釋液的穩(wěn)定性。稀釋液的穩(wěn)定性取決于乳化液母液的產(chǎn)品質(zhì)量和用來稀釋的水質(zhì)。測定稀釋液的穩(wěn)定性具體步驟是：使用100 mlL的量筒，在95 ml.

　　的水(150 mg/L的碳酸鈣)中加入5 ml.乳化液母液，用塞子塞住量筒，倒轉(zhuǎn)180，然后再回到原來的垂直位置，充分搖勻后靜置24 h，測定浮油或分脂的量，以此判斷稀釋液的穩(wěn)定性。

　　表3為不同乳化劑的乳化液的穩(wěn)定性。從表3可以看出，采用EN-S0作為表面活性劑，調(diào)制的乳化液母液高、低溫穩(wěn)定性及5%稀釋液穩(wěn)定性都達(dá)到要求。

　　2.4乳化液配方的確定及其性能指標(biāo)由于在產(chǎn)品研制過程中，秉承一劑多用的原則，對選用的幾種添加劑進(jìn)行合理的配對，能達(dá)到各種性能指標(biāo)增效的效果。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，通過正交試驗(yàn)篩選和配方優(yōu)化，研制的重負(fù)荷乳化液的最終配方見表 4。

　　表5為研制的重負(fù)荷乳化液與在國內(nèi)某大型模具鋼加工企業(yè)成功應(yīng)用的同類進(jìn)口乳化液的性能指標(biāo)進(jìn)行的比較。通過對比可以看出，研制的重負(fù)荷乳化液與進(jìn)口產(chǎn)品的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)一致，且都不含對環(huán)境有污染的氯化石蠟、亞硝酸鹽、苯酚等物質(zhì)。

　　3結(jié)論

　　(1)四聚蓖麻油酸酯具有優(yōu)異的潤滑性能，在乳化液配方中添加10%能有效提高乳化切削液在6061鋁合金的攻絲扭矩效率。

　　(2)通過四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了含有二烷基五硫化物、氯化石蠟、磷酸酯在乳化切削液的潤滑極壓性能。結(jié)果表明：二烷基五硫化物和磷酸酯在抗磨減磨性能方面明顯優(yōu)于氯化石蠟，當(dāng)二烷基五硫化物添加量為5%時，乳化切削液的抗磨、減磨效果最佳。(3)制備出的重負(fù)荷乳化切削液加工性能好，能用于鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、模具鋼等材質(zhì)加工，效果良好，能有效替代切削油。

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文章名稱： 重負(fù)荷乳化型切削液的研制

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