專利名稱：：含有陶瓷粉末的水基切削液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種含有陶瓷粉末的水基切削液，特別是，涉及一種含有陶瓷粉末的具有卓越潤滑性和冷卻能力的環(huán)保型水基切削液，其在切削金屬和非金屬，例如陶瓷時，或機械加工時可用于代替切削油。
背景技術(shù)：
：通常，通過切削工具，對金屬，例如鋼鐵(Fe)、鋁(Al)、或合金進(jìn)行機械加工是用于去除結(jié)構(gòu)中不必要的部分的一種方法。機械加工廣泛用于切割結(jié)構(gòu)，以使其具備所期望的形狀、尺寸或表面。在這樣的機械加工中，在結(jié)構(gòu)和切削工具的接觸面存在較大的摩擦。然后，由于摩擦產(chǎn)生的熱量，切削工具被灼燒，結(jié)構(gòu)的已加工表面變粗糙，并且由于熱膨脹，結(jié)構(gòu)或工具的形狀和尺寸精度變次。為了解決這些問題，在機械加工時采用切削油或潤滑劑。對于切削油，通常使用水不溶性切削油和水溶性切削油。水不溶性切削油的實例包括通過向礦物油中加入硫或氯得到的切削油。水溶性切削油的實例包括通過往油，例如礦物油中加入脂肪酸鹽或硫酸酯作為乳化劑或加入更高級的醇或脂肪酸酯作為粘合劑得到的切削油。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切削油、切削液、或潤滑劑描述于下述文獻(xiàn)中。公開號為No.10-2003-20800，名稱為"用于使汽車、輪船或車輛的內(nèi)燃機的燃燒效率最大化的含有合成的低分子量陶瓷的低粘度的潤滑的保護(hù)涂層成形劑和低分子量陶瓷成膜熱交換導(dǎo)體的組合系統(tǒng)"的韓國專利申請公開了一種用于形成一種潤滑劑和具有特殊處理材料的內(nèi)燃機內(nèi)壁(圓柱體)的膜涂層的產(chǎn)品，以及使用該產(chǎn)品的組合系統(tǒng)，從而使汽車、輪船或車輛的活動性增強并改善燃燒效率。與公開號為No.11-349979的日本專利申請相似的公開號為No.310-2000-76116,名稱為"水性切削液，水性切削劑，以及使用它們切削堅硬且易碎材料的方法"的韓國專利申請公開了一種水性切削液，其包括胺值為20-200mgKOH/g的陽離子水溶性樹脂，和選自無機膨潤土、有機膨潤土和水性硅膠中的至少一種的粘度調(diào)節(jié)劑。在此情況下，粘度調(diào)節(jié)劑中的非揮發(fā)性物質(zhì)的含量相當(dāng)于陽離子水溶性樹脂中的非揮發(fā)性物質(zhì)重量的0.1-30%。此外，該文獻(xiàn)還公開了一種包含水溶性切削液和拋光粉的水性切削劑。在此情況下，拋光粉的含量相當(dāng)于水性切削液中的非揮發(fā)性物質(zhì)重量的100-1000%。登記號為No.10-0520714，名稱為"水性組合物，使用該水性組合物的切削液，其制備方法，及使用切削液的切削方法"的韓國專利申請與公開號為No.11-302681的日本專利申請相對應(yīng)。該文獻(xiàn)公開了一種通過將拋光粉分散于組合物中得到的水性切削液。該水性組合物包括含有親水性醇類化合物，例如乙二醇，親脂性醇類化合物，例如丙二醇的分散介質(zhì)，水，以及穩(wěn)定分散于該介質(zhì)中的硅膠體粒子。登記號為No.10-0494296，名稱為"不可燃水基切削液組合物和不可燃水基切削液"的韓國專利申請與公開號為No.2003-82381的日本專利申請相對應(yīng)。該文獻(xiàn)公開了一種包括平均分子量為1000-200000，重量百分比為5-45%的多聚羧酸基聚合物和/或其鹽的切削液組合物。專利號為5976695的美國專利公開了一種通過熱噴涂形成的組合物，其可用作包括金屬粉和陶瓷粉末的拋光劑。公開號為No.2005-113039,名稱為"水性切削液，水性槳液，以及切削耐切割的堅硬易碎材料的方法"的曰本專利申請公開了一種水性切削液，其包括一種具有酰胺鍵結(jié)構(gòu)單元的水溶性聚合物和一種含有活性氫的聚合物。如有必要，該水性切削液還進(jìn)一步包括分散劑、防銹劑、潤滑劑、消泡劑和pH緩沖劑，作為添加劑。公開號為No.l998-330732，名稱為"摩擦材料組合物及其使用方法"的日本專利申請公開了一種含有重量百分比為0.3-23%的玻璃碳和重量百分比為0.03-12%的碳化硅的摩擦材料組合物；通過加熱和擠壓該摩擦材料組合物制備得到一種摩擦材料。在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的切削油、切削液，或潤滑劑中，對于水溶性切削油而言，如果切削期間溫度上升，可能發(fā)生冒煙或著火。因此，僅當(dāng)溫度較低的時候才使用。對于水溶性切削油，在用于切削加工時有必要用水對其進(jìn)行稀釋，這樣它便具有了較低的冷卻能力。特別是，水不溶性切削油或水溶性切削油可以重復(fù)使用。然而，如果經(jīng)過很長時間，可能滋生細(xì)菌，并且由于細(xì)菌或其產(chǎn)生的氣體切削液可能散發(fā)臭味。另外，如果廢棄的切削油原樣排出，切削油中的礦物油成分或乳化劑可能對環(huán)境造成污染，這可能對人體構(gòu)成不良影響。因此，處理廢棄的切削油花費了大量成本和精力
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的固有缺陷完成了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供一種含有陶瓷粉末的低粘度水性切削液，當(dāng)切削金屬或非金屬時，可提供較好的流體流動，并且其具有較好的潤滑性和冷卻能力，從而能夠防止工具磨損并因此增長工具的使用壽命。本發(fā)明的另一個目的是提供一種含有陶瓷粉末的無害環(huán)保型的切削液，該切削液即使重復(fù)使用也不變質(zhì)，防止細(xì)菌生長，以及由于細(xì)菌而產(chǎn)生的臭味，并且該切削液不含有能造成環(huán)境污染及散發(fā)臭味的材料。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于切削加工的水基切削液，包括一種溶于水中的水溶性聚合物；和分散于水中的陶瓷粉末。具體實施例方式下面將參閱構(gòu)成本發(fā)明一個組成部分的附圖對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，通過將水溶性聚合物溶于水中以及將陶瓷粉末分散于水中獲得水基切削液。該切削液組合物用于切削加工。注意本發(fā)明中所使用的術(shù)語"切削加工"在說明書和所附的權(quán)利要求書中以其廣義使用。"切削加工"的含義包括用刀片切削、車削、鏜(孔)或銑削，和用磨石粒子研磨、辨磨、拋光，半導(dǎo)體片拋光，或通過盾構(gòu)法鑿巖。此外，切削加工的目標(biāo)材料可以是金屬、玻璃、陶瓷或塑料。切削液還可以包括水玻璃。水玻璃，非為限制本發(fā)明，為一種硅酸鈉水溶液?？墒褂霉杷徜嚮蚬杷徕洿婀杷徕c。水溶性聚合物優(yōu)選選自聚乙烯醇(PVA)、纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉中的一種或其組合。加入聚乙烯醇是為使水玻璃的含量最低，并增強水性切削液的潤滑性。水玻璃(硅酸鈉水溶液)具有較高的潤滑性，然而，如果長時間放置，它會變硬，并因此降低切削性能的效率。因此，優(yōu)選使水玻璃的含量最低。羧甲基纖維素起潤滑劑和分散劑的作用，能增強陶瓷粉末的分散穩(wěn)定性和粘度穩(wěn)定性，從而防止陶瓷粉末結(jié)硬塊(hardcake)。因此通過往陶瓷水基切削液中加入羧甲基纖維素，使延緩或控制其沉降時間成為可能。水溶性羧甲基纖維素如下述化學(xué)式l所示。即，纖維素的一個羥基(-OH)由親水性的羧甲基鈉基團(tuán)取代，具有了水溶性。此外水溶性羧甲基纖維素具有吸水性?；瘜W(xué)式化學(xué)式1羧甲基纖維素(CMC)的化學(xué)結(jié)構(gòu)當(dāng)溶于水溶液中的水溶性聚合物的濃度較高時，粘度也較高，并且當(dāng)水溶液變干時，水溶性聚合物可變硬。當(dāng)水溶性聚合物的濃度較低時，潤滑性變差。因此，有必要將合適量的水溶性聚合物溶于水基切削液。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，水溶性聚合物的含量范圍相對于水基切削液的重量優(yōu)選為1-30%，更優(yōu)選含量范圍為10-25%。分散于水中的切削液的陶瓷粉末可含有一種或多種具有片形、球形或各種形狀的粉末。作為環(huán)保型陶瓷水基切削液的主要組分，陶瓷粉末優(yōu)選選自石墨、絹云母、滑石粉、高嶺石、粉煤灰中的一種，或其兩種或多種混合物。因此，在根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液中，由于陶瓷粉末具有片形或球形，相互滑動性及導(dǎo)熱性較好。此外，由于切削中產(chǎn)生的熱量被分散，因此水基切削液的冷卻性能極好。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，陶瓷粉末可包括具有片形或球形的穩(wěn)定的陶瓷或金屬化合物粉末。例如石墨、絹云母、滑石粉、高嶺石或粉煤灰。為增強冷卻能力和潤滑性，陶瓷粉末的含量范圍優(yōu)選相當(dāng)于組合物重量的1-40%，更優(yōu)選地，含量范圍為5-30%。在根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液中，可根據(jù)目的混合添加劑。添加劑可選自防止工具或機構(gòu)生銹的防銹劑、在拋光期間給結(jié)構(gòu)表面打上光澤的光澤劑，用于增加潤滑性諸如淀粉的天然材料、分散劑、防腐劑，抗微生物劑和芳香劑中的一種。作為添加劑，可釆用巿售的水溶性產(chǎn)品。對添加劑的含量未特別限定，但優(yōu)選相對于組合物含量的0.1-2%。下面，將對水基切削液的性能進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液可在切削金屬或非金屬時用作切削油的替代品。例如，水基切削液是一種懸浮液，其中將一種或多種片形或球形陶瓷粉末，例如石墨或絹云母，分散于通過將水溶性聚合物和/或水玻璃溶于水中得到的水溶液。在此，由于將合適量的具有高導(dǎo)熱性的陶瓷或金屬化合物粉末分散于水溶液中，因此切削中產(chǎn)生的熱量可得以減少。根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液可根據(jù)目的用水稀釋20-50倍。使用過后，可通過一般的污水處理方法處理水基切削液，同時除去陶瓷粉末。在此情況下，對環(huán)境幾乎沒有不利影響。使用根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液的金屬或非金屬切削工具的實例包括單刃刀片工具，例如切削刀，多刃刀片工具，例如鉆孔機、鉸刀、銑刀、拉刀、鋸、模柄，和磨具，例如磨石或磨石粒子。此外，切削工具可包括具有對應(yīng)于待切削的產(chǎn)品的外形的切削刀片狀的成形車刀。關(guān)于切削工具的材料，可舉的實例有，例如碳素工具鋼、高速鋼、鑄造有色金屬合金、陶瓷(燒結(jié)氧化物)、金剛石、和人造磨石顆粒。利用根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液進(jìn)行切割的結(jié)構(gòu)的實例包括金屬結(jié)構(gòu)、例如鋼圓棒、方鋼和六角鋼和鋼板。具體而言，鋼，例如一般結(jié)構(gòu)用軋制鋼、碳鋼和鉬鋼板、鉚釘用的圓鋼、鏈用圓鋼、焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼、熱軋鋼板和鋼帶、冷軋鋼板和鋼帶、一般結(jié)構(gòu)用碳鋼管、機械結(jié)構(gòu)用碳鋼管、普通管用碳鋼管、常壓用碳鋼管、高壓用碳鋼管、高溫服務(wù)用碳鋼管、低碳鋼盤條、普通管用合金鋼管、低碳鋼盤條、高碳鋼盤條、機械結(jié)構(gòu)用碳鋼、鎳鉻鋼、鋁鉻錳鋼、不銹鋼、以及焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼、無氧銅、紫銅(toughpitchcopper)、磷酸二氧化銅、銅金合金、銅鋅合金、壓鑄鎂合金、白色金屬、鈦和鈦合金。但是本發(fā)明并不限于此。根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液可輸送到諸如圓鋸切削機、桌式鉆孔機、機床或鑿巖機的切削油泵中。此外，切削圓鋼棒、鉆孔、或加工凸緣曲面。另外，該切削液可用于切削非金屬，例如玻璃、陶瓷、特種陶器，或強化塑料，或通過盾構(gòu)法用于鑿巖。根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液能夠防止任何損壞，例如，溫度引起的切削工具損壞、刀口損壞，以及刀口的經(jīng)常性磨損。與含有礦物油作為基材的公知切削油相比，由于切削液包括水和穩(wěn)定的陶瓷粉末，因此其具有較低的粘度，它的流體流動更好并且不變質(zhì)。此外，本發(fā)明的切削液具有極好的冷卻能力和潤滑性，從而能夠減少結(jié)構(gòu)和工具間產(chǎn)生的摩擦熱。因此，使用根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液能延長工具的使用壽命。而且，由于它不含有任何能造成腐蝕的有機物質(zhì)或油性成分，因此在使用后的廢物處理中也不會帶來問題。為了評價根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液的特性，根據(jù)表1所示的配比將由未稀釋的水坡璃和水溶性聚合物組成的溶液按重量比2-30%加入到1升水中，混合l-2小時，從而制得一種潤滑劑水溶液。接下來，按照組合配比加入陶瓷粉末并攪拌6-12小時，從而制得一種陶瓷水基切削液。然后，將該陶瓷水基切削液與水混合稀釋20-30倍，并且評價其特性。表表1表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>的切削量比現(xiàn)有的切削油(EML-llO，乳液型)要大，切削表面狀態(tài)更好。此外對于組合物2、5和8，沒有任何有機物質(zhì)由于切削操作期間產(chǎn)生的熱量而揮發(fā)。因此可以看出，其對人體無不利影響，且無味。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方案的水基切削液具有較低的粘度，在切削金屬或非金屬時，能提供較好的流體流動，具有優(yōu)良的潤滑性和冷卻能力，因此能夠防止工具磨損并因此增長工具的使用壽命。并且該切削液避免了由于重復(fù)使用帶來的質(zhì)量下降。此外，由于不使用油類，可以防止細(xì)菌生長，以及由于細(xì)菌而產(chǎn)生的臭味。而且該切削液不含有能造成環(huán)境污染及散發(fā)臭味的材料，對人體無害且環(huán)保。盡管本發(fā)明通過實施方案進(jìn)行了說明和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，只要不背離所附權(quán)利要求書所限定的范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化或修改。權(quán)利要求1、一種用于切削加工的水基切削液，包括溶于水中的水溶性聚合物和分散于水中的陶瓷粉末。2、根據(jù)權(quán)利要求l的切削液，還包括水玻璃。3、根據(jù)權(quán)利要求l的切削液，其中該水溶性聚合物為選自聚乙烯醇(PVA)、纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉中的一種，或其組合。4、根據(jù)權(quán)利要求2或3的切削液，其中水玻璃和水溶性聚合物的含量相當(dāng)于切削液重量的1-30%。5、根據(jù)權(quán)利要求l的切削液，其中該陶瓷粉末具有片形、球形,以及包括片形和球形的復(fù)合形狀中的一種。6、根據(jù)權(quán)利要求1的切削液，其中該陶瓷粉末為選自石墨、絹云母、滑石粉、髙嶺石、粉煤灰中的一種，或其組合。7、根據(jù)權(quán)利要求l、5和6任一所述的切削液，其中所述陶瓷粉末的含量相當(dāng)于切削液重量的5-30%。8、根據(jù)權(quán)利要求1的切削液，其中，選自分散劑、防銹劑、防腐劑，抗微生物劑、光澤劑中的一種或其組合作為添加劑混合在切削液中。9、根據(jù)權(quán)利要求8的切削液，其中所述添加劑的含量為相當(dāng)于切削液重量的0.1-2%。10、一種用于切削加工的水基切削液，包括一種溶于水中的水玻璃；一種溶于水中的水溶性聚合物；以及含有石墨的分散于水中的陶瓷粉末，其中該陶瓷粉末的含量為相當(dāng)于切削液重量的5-30%。全文摘要一種水基切削液，包括一種溶于水中的水溶性聚合物和分散于水中的陶瓷粉末。該切削液還包括水玻璃。此外，該水溶性聚合物選自聚乙烯醇(PVA)、纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉中的一種或其組合。文檔編號C10M173/02GK101636478SQ200880006214公開日2010年1月27日申請日期2008年2月26日優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日發(fā)明者尹尚玉,信金,金允漢,金官壽申請人:江陵大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)