本發(fā)明涉及切削液技術領域，尤其是一種石墨烯合成切削液及其制備方法。
背景技術：
鋼鐵、鋁合金、鎂合金等金屬在車削鉆磨等機加工時，為降低設備的刀具、砂輪、鉆頭的磨損和改善工件的表面光潔度質量，必須需要具備良好的冷卻性能、潤滑性能、防銹性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀釋特點的切削液。
切削液發(fā)展到今天，已經形成合成切削液，微乳切削液，乳化油切削液三類；各種產品大量應用在工業(yè)生產中，三類產品優(yōu)缺點非常明顯：其中合成切削液具有透明、使用周期長、不含潤滑油的優(yōu)點，但具有潤滑性差的缺點；乳化油切削液具有潤滑性好的優(yōu)點，但具有容易變質發(fā)臭、不透明、排放周期段的缺點；微乳切削液具有上述兩類之間潤滑性好、使用周期長的優(yōu)點，但也具有容易變質發(fā)臭的缺點。
三類切削液在應用中分鋼鐵類，鋁合金類，鎂合金類，對鋼鐵、鋁合金和鎂合金同時能用的切削液市場上非常少，無色透明合成切削液能滿足上述三種金屬材質的未見有過報道。
因此，如何提供一種能同時滿足鋼鐵、鋁合金、鎂合金三類金屬通用，而且潤滑性好、環(huán)保性好，不含潤滑油以及油酸的合成切削液是目前本領域技術人員亟需解決的技術問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯合成切削液，該石墨烯合成切削液能同時滿足鋼鐵、鋁合金、鎂合金三類金屬通用，而且潤滑性好、環(huán)保性好，不含潤滑油以及油酸。本發(fā)明另一目的是提供一種石墨烯合成切削液的制備方法。
為解決上述的技術問題，本發(fā)明提供的技術方案為：
一種石墨烯合成切削液，由下列重量百分數(shù)的原料制成：0.01％～0.1％的氧化石墨烯、1％～5％的鉬酸鹽、10％～20％的乙醇胺、2％～3％的硫酸、5％～10％的非離子表面活性劑、1％～5％的硼酸或硼酸鹽、0.01％～0.1％的雙氧水、2％～3％的癸二酸、0.1％～0.2％的四硼酸鉀以及余量的水。
優(yōu)選的，所述氧化石墨烯為水溶性氧化改性石墨烯。
優(yōu)選的，所述鉬酸鹽為鉬酸鈉或鉬酸銨。
優(yōu)選的，所述乙醇胺為一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
優(yōu)選的，所述非離子表面活性劑為op-10。
優(yōu)選的，所述硼酸鹽為硼酸鉀。
本申請還提供了一種上述的石墨烯合成切削液的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化石墨烯和乙醇胺混合溶解，然后攪拌；
2)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入硫酸，持續(xù)攪拌；
3)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的一部分，持續(xù)攪拌；
4)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入非離子表面活性劑，持續(xù)攪拌；
5)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入癸二酸、硼酸或硼酸鹽，持續(xù)攪拌；
6)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入鉬酸鹽、四硼酸鉀，持續(xù)攪拌；
7)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的剩余部分，持續(xù)攪拌，得到石墨烯合成切削液成品。
優(yōu)選的，步驟3)具體為：然后再加入全部水的重量的50％，然后加熱至50℃～60℃。
優(yōu)選的，步驟5)具體為，然后再依次加入癸二酸、硼酸或硼酸鹽，保溫在80℃～90℃持續(xù)攪拌30min。
優(yōu)選的，步驟7)中，添加三乙醇胺提高ph值或添加硼酸降低ph值至ph值為7.5～8.0。
本申請?zhí)峁┝艘环N石墨烯合成切削液及其制備方法，采用氧化石墨烯作為添加劑，代替了潤滑油、油酸、硫、磷等潤滑擠壓添加劑，保持了傳統(tǒng)合成切削液的防銹好、無色透明、使用周期長的優(yōu)點、同時具有乳化油的潤滑性好的優(yōu)點，配方中無潤滑油、油酸、硫、磷等非環(huán)保因子，在應用上具有更加環(huán)保的優(yōu)點；利用氧化石墨烯是一種二維晶體，只有一個碳原子的厚度，使得石墨烯在潤滑、防銹方面具有優(yōu)越的性能，用改性石墨烯和其它材料的協(xié)同作用，來做潤滑膜，提高了切削液的抗擠壓性、潤滑性和防銹性；利用鎂鋁合金材料的易腐蝕性，調配ph值在7.5～8.0之間，能夠同時滿足鋼鐵、鋁合金、鎂合金三種金屬材質使用的需求；本申請配方中不含潤滑油、油酸等非水溶性物質，不用發(fā)生乳化反應，減少了排放周期，更加利用環(huán)保的要求。
本申請具有以下的有益技術效果：
1.環(huán)保性方面：無潤滑油、油酸，不用經常排放。
2.使用周期：可長期循環(huán)使用1～2年，不變臭不變質。
3.潤滑性能：解決了普通合成切削液潤滑性低的缺陷。
4.外觀性能：工作液無色透明，利于觀察加工工件質量。
5.防銹性能：保持了傳統(tǒng)切削液防銹性好的優(yōu)點。
6、通用性：鋼鐵、鋁合金、鎂合金均能適用。
具體實施方式
為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是進一步說明本發(fā)明的特征及優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。
本申請?zhí)峁┝艘环N石墨烯合成切削液，由下列重量百分數(shù)的原料制成：0.01％～0.1％的氧化石墨烯、1％～5％的鉬酸鹽、10％～20％的乙醇胺、2％～3％的硫酸、5％～10％的非離子表面活性劑、1％～5％的硼酸或硼酸鹽、0.01％～0.1％的雙氧水、2％～3％的癸二酸、0.1％～0.2％的四硼酸鉀以及余量的水。
在本申請的一個實施例中，所述氧化石墨烯為水溶性氧化改性石墨烯；此處的氧化石墨烯為濟寧利特納米技術有限責任公司生產。
在本申請的一個實施例中，所述鉬酸鹽為鉬酸鈉或鉬酸銨。
在本申請的一個實施例中，所述乙醇胺為一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
在本申請的一個實施例中，所述非離子表面活性劑為op-10。
在本申請的一個實施例中，所述硼酸鹽為硼酸鉀。
本申請利用石墨烯是二維碳原子的特性，提高了切削液的潤滑性，能滿足上述三種金屬材質的機加工要求。
本申請還提供了一種上述的石墨烯合成切削液的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化石墨烯和乙醇胺混合溶解，然后攪拌；
2)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入硫酸，持續(xù)攪拌；
3)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的一部分，持續(xù)攪拌；
4)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入非離子表面活性劑，持續(xù)攪拌；
5)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入癸二酸、硼酸或硼酸鹽，持續(xù)攪拌；
6)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入鉬酸鹽、四硼酸鉀，持續(xù)攪拌；
7)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的剩余部分，持續(xù)攪拌，得到石墨烯合成切削液成品。
在本申請的一個實施例中，步驟3)具體為：然后再加入全部水的重量的50％，然后加熱至50℃～60℃。
在本申請的一個實施例中，步驟5)具體為，然后再依次加入癸二酸、硼酸或硼酸鹽，保溫在80℃～90℃持續(xù)攪拌30min。
在本申請的一個實施例中，步驟7)中，添加三乙醇胺提高ph值或添加硼酸降低ph值至ph值為7.5～8.0。
由于氧化石墨烯是配備過程的關鍵步驟，步驟1)與步驟2)中，必須保證攪拌的均勻性和反應的速度行。
步驟1)中，控制加入氧化石墨烯與乙醇胺的混合液，不得有水分混入。
步驟2)中，硫酸滴加不得過快。
上述制備方法中，是在連續(xù)不間斷地攪拌的過程中依次加入各種原料的，一邊攪拌一邊加料，并不是攪拌一定時間后，停止攪拌，然后加入下一種原料，再繼續(xù)攪拌。
上述石墨烯合成切削液在工業(yè)應用中，將石墨烯合成切削液按5％的重量百分數(shù)用水稀釋使用。
本申請中上述切削液的制備原料的作用原理：
(1)本發(fā)明利用氧化石墨烯是只有一個碳原子厚度的準二維材料，具有六方晶格，原子呈層狀排列，同一層晶面上碳原子間的距離為0.142nm，相互之間是共價鍵結合；層與層之間的距離為0.34nm，原子間呈分子鍵結合，層與層之間的作用力很小，故很容易在層間發(fā)生相對滑動；因為這些結構上的特點，導致它具有很好的減磨作用，以此特性提高了切削液的潤滑性，在鉬酸鹽的協(xié)調作用下，利用鉬酸鹽在弱堿性液體介質中容易和鋼鐵、鎂鋁合金表面發(fā)生鈍化作用，鈍化膜和石墨烯六方晶體具有遮蓋作用，也極大提高了切削液的防銹性。
(2)硼酸、癸二酸與乙醇胺反應生產相應的硼酸酯、癸二酸酯，用于提高切削液的抗擠壓性能。
(3)由于氧化石墨烯是改性水溶性材料，采用硫酸與三乙醇胺反應的特點，提高碳納米在溶液的均勻分布，在乙醇胺及其酯化合物的共同作用下，增加鋼鐵的防銹性。
(4)雙氧水是一種強氧化劑，在溶液中具有殺菌的作用。
(5)三乙醇胺為ph調整劑，為了適應多種金屬的實用性，控制ph值在7.5～8.0。
(6)op-10作為表面活性劑，輔助清洗和提高氧化石墨烯的溶解均勻性。
本發(fā)明中未詳盡描述的方法和裝置均為現(xiàn)有技術，不再贅述。
為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的一種石墨烯合成切削液及其制備方法進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
實施例1，適用于切削制造高碳鋼gcr15軸承的石墨烯合成切削液
一種石墨烯合成切削液，由下列重量百分數(shù)的原料制成：0.03％的氧化石墨烯、1％的鉬酸銨、20％的三乙醇胺、3％的硫酸、8％的op-10、3％的硼酸、0.06％的雙氧水、2％的癸二酸、0.2％的四硼酸鉀以及余量的水。
本實施例1提供的石墨烯合成切削液的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化石墨烯和三乙醇胺混合溶解，然后攪拌；
2)然后在連續(xù)攪拌的過程中再滴加硫酸，持續(xù)攪拌；
3)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的重量的50％，然后加熱至55℃，持續(xù)攪拌；
4)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入op-10，持續(xù)攪拌；
5)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入癸二酸、硼酸，保溫在85℃持續(xù)攪拌30min，持續(xù)攪拌；
6)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入鉬酸銨、四硼酸鉀，持續(xù)攪拌；
7)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的剩余部分，添加三乙醇胺提高ph值或添加硼酸降低ph值至ph值為7.5，持續(xù)攪拌，得到石墨烯合成切削液成品。
將上述石墨烯合成切削液按5％的重量百分數(shù)用水稀釋使用。
在山東高德ck6136d數(shù)控機床上，使用實施例1中的石墨烯合成切削液切削加工制造高碳鋼gcr15軸承，且同時使用現(xiàn)有技術中的幾種切削液切削加工制造高碳鋼gcr15軸承，測試切削后制件的性能以表征所使用的多種切削液的性能，詳見下表：
實施例2，適用于切削制造zl200鋁合金材料汽車輪轂的石墨烯合成切削液
一種石墨烯合成切削液，由下列重量百分數(shù)的原料制成：0.03％的氧化石墨烯、1％的鉬酸銨、15％的三乙醇胺、3％的硫酸、8％的op-10、5％的硼酸、0.06％的雙氧水、2％的癸二酸、0.2％的四硼酸鉀以及余量的水。
本實施例2提供的石墨烯合成切削液的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化石墨烯和三乙醇胺混合溶解，然后攪拌；
2)然后在連續(xù)攪拌的過程中再滴加硫酸，持續(xù)攪拌；
3)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的重量的50％，然后加熱至55℃，持續(xù)攪拌；
4)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入op-10，持續(xù)攪拌；
5)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入癸二酸、硼酸，保溫在85℃持續(xù)攪拌30min，持續(xù)攪拌；
6)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入鉬酸銨、四硼酸鉀，持續(xù)攪拌；
7)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的剩余部分，添加三乙醇胺提高ph值或添加硼酸降低ph值至ph值為8.0，持續(xù)攪拌，得到石墨烯合成切削液成品。
將本實施例2中的石墨烯合成切削液按5％的重量百分數(shù)用水稀釋使用。
使用實施例2中的石墨烯合成切削液切削加工制造zl200鋁合金材料汽車輪轂，且同時使用現(xiàn)有技術中的幾種切削液切削加工制造zl200鋁合金材料汽車輪轂，測試切削后制件的性能以表征所使用的多種切削液的性能，詳見下表：
實施例3，適用于切削制造az91d鎂合金材料法蘭盤的石墨烯合成切削液
一種石墨烯合成切削液，由下列重量百分數(shù)的原料制成：0.03％的氧化石墨烯、1％的鉬酸銨、15％的三乙醇胺、3％的硫酸、8％的op-10、6％的硼酸、0.06％的雙氧水、2％的癸二酸、0.2％的四硼酸鉀以及余量的水。
本實施例3提供的石墨烯合成切削液的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化石墨烯和三乙醇胺混合溶解，然后攪拌；
2)然后在連續(xù)攪拌的過程中再滴加硫酸，持續(xù)攪拌；
3)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的重量的50％，然后加熱至55℃，持續(xù)攪拌；
4)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入op-10，持續(xù)攪拌；
5)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入癸二酸、硼酸，保溫在90℃持續(xù)攪拌30min，持續(xù)攪拌；
6)然后在連續(xù)攪拌的過程中再依次加入鉬酸銨、四硼酸鉀，持續(xù)攪拌；
7)然后在連續(xù)攪拌的過程中再加入全部水的剩余部分，添加三乙醇胺提高ph值或添加硼酸降低ph值至ph值為7.5，持續(xù)攪拌，得到石墨烯合成切削液成品。
將本實施例3中的石墨烯合成切削液按5％的重量百分數(shù)用水稀釋使用。
使用實施例3中的石墨烯合成切削液切削加工制造az91d鎂合金材料法蘭盤，且同時使用現(xiàn)有技術中的幾種切削液切削加工制造az91d鎂合金材料法蘭盤，測試切削后制件的性能以表征所使用的多種切削液的性能，詳見下表：
以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對于這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說是顯而易見的，本文所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。