專利名稱：通用金屬切削液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬工件加工潤滑，尤其是指一種通用金屬切削液的制備方法。
為了節(jié)約能源，目前國內(nèi)外金屬切削油正向著以水代油的趨勢發(fā)展，世界各國對水基切削液的使用日益重視，我國在這方面雖取得了一定進(jìn)展，但同國外樣品相比還存在較大差異，目前仍主要靠從國外進(jìn)口，而美國在金屬加工中已廣泛采用水基切削液、尤其是極壓型切削(潤滑)液，這方面的典型例子如U.S.4072，618中所述，該專利中報(bào)道的切削油是由礦物基油與極壓添加劑組成，其中極壓添加劑由兩部份組成，一部分是硫化油，另一部分為聚烯烴琥珀酐與聚乙烯(或聚丙烯)乙二醇的硫化反應(yīng)產(chǎn)物，這種添加劑需要在高溫(150-300℃)下經(jīng)過長時(shí)間(約10小時(shí)左右)的反應(yīng)而制得，因此，該方法的反應(yīng)周期長、能耗大，同時(shí)硫化物在高溫下有異味，另一方面，該方法生產(chǎn)的切削油在抗極壓性、通用性、防銹性等方面仍還不夠理想，特別是在化工機(jī)械行業(yè)高難度攻絲以及反標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)機(jī)加工工序方面迫切需要一種通用性強(qiáng)、抗極壓性好的金屬切削液。
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的金屬切削液的生產(chǎn)方法，它不僅能解決一般的以水代油問題，而且所生產(chǎn)切削液的通用性、抗極壓性、防銹性等性能優(yōu)良，能適應(yīng)各種類型金屬加工的不同要求。
本發(fā)明的要點(diǎn)是將基油與各種添加劑按一定比例在一定工藝條件下進(jìn)行合成，然后將反應(yīng)制得的可乳化切削油根據(jù)加工需要與水以不同比例配合，便成為本發(fā)明制得的通用金屬切削液。本方法中所用基油為一種液體烷烴、環(huán)烷烴、少環(huán)長側(cè)鏈的環(huán)烷烴和芳香烴的混合物，即精制10號機(jī)械油，所加各種添加劑為表面活性劑、乳化劑、防銹劑、防腐劑、極壓添加劑、殺菌劑、消泡劑，各種原料配比為(重量百分比，下同)石油磺酸鈉(石油磺酸鋇)9-16%環(huán)烷酸鉛2-8%氯化石臘4-16%油酸3-6%三乙醇胺3-6%硼酸0.2-1.0%鉬酸鈉0.1-1.0%精制10號機(jī)械油49-78%甲基硅油2-10PPm上述各種原料均為工業(yè)純的，若無石油磺酸鈉也可用石油磺酸鋇。本發(fā)明中所用的各種添加劑基本上都有雙重作用，對改善切削油的性能起到了很好的作用。石油磺酸鈉通式為R-SO3Na(R為烷基)，它是一種乳化添加劑，并具有抗鹽水浸漬能力，對黑色金屬和黃銅防銹性好，其分子中的極性基團(tuán)(SO3)牢固地吸附在金屬表面，而非極性基團(tuán)(R)則溶于油中，這樣形成一層致密的定向排列的吸附膜，從而阻止了侵蝕性介質(zhì)侵入;環(huán)烷酸鉛屬有機(jī)金屬系抗磨添加劑及極壓添加劑;在苛刻的摩擦條件下，切削油依靠極性分子(環(huán)烷酸鉛的化合物)與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定性高的邊界油膜，從而減低摩擦、磨損，防止產(chǎn)生卡住、擦傷、燒結(jié)(這種性能稱抗極壓性，又稱抗擦傷性能);氯化石臘系極壓添加劑，此極壓劑生成的氯化鐵薄膜具有與石墨、二硫化鉬相似的層狀結(jié)構(gòu)，摩擦系數(shù)及剪切強(qiáng)度小，熔點(diǎn)較低，故在高速、重負(fù)荷加工時(shí)，如拉削、攻絲等切削中對改善工件光潔度、保護(hù)刀具是非常有效的，此外氯化石臘還起一定的增稠、抗凝作用;油酸為陰離子表面活性劑，在本發(fā)明中起加溶、浮化作用，能阻止界面膜的結(jié)晶;三乙醇胺起穩(wěn)定油相，使之成為不分層、并呈透明均相的作用，同時(shí)調(diào)節(jié)和加寬了乳化范圍，提高了乳化效率，此外三乙醇胺還是一種水溶性防銹劑，但不宜過量;硼酸在本發(fā)明中起殺菌作用，故本發(fā)明生產(chǎn)的切削液經(jīng)長時(shí)間放置也不發(fā)臭;鉬酸鈉在本發(fā)明中為水溶性的腐蝕抑制劑取代了傳統(tǒng)方法中用的亞硝酸鹽，它對鑄鐵、銅、黃銅、鋁都有抑制作用，同時(shí)，鉬酸根陰離子(MuO＝4)是陰極鈍化劑，可促進(jìn)金屬表面氧化膜的形成;10號精制機(jī)械油作為本發(fā)明的基油，起潤滑作用，同時(shí)也是防銹添加劑，表面活性劑、穩(wěn)定劑的載體，其粘度較低，容易深入到定向吸附性分子中去而形成增水性膜，油膜恢復(fù)速度快，且容易精制，其理想成份是烷烴、環(huán)烷烴、少環(huán)長側(cè)鏈的環(huán)烷烴和芳香烴;甲基硅油為消泡劑，是無色、無味、無毒、中性、不易揮發(fā)的液體，對金屬不起腐蝕作用，同時(shí)硅油抗切變性強(qiáng)，在高溫或低溫下均能使用，能有效控制泡沫的形成，提高切削液的潤滑、冷卻、散熱性能。
本方法中所用的某些原料，如精制10號機(jī)械油、石油磺酸鈉等，由于其產(chǎn)地不同、煉制工藝不同，導(dǎo)致成份有所不同而影響產(chǎn)品的乳化性能，因此在工藝中可以采取控制其HLB值(平衡值)的手段來控制，最好控制各原料的HLB值為石油磺酸鈉、環(huán)烷酸鉛、氯化石臘、三乙醇胺、精制10號機(jī)械油均為10～12，油酸為16-18。
本發(fā)明的制備方法，在工藝上重點(diǎn)控制反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、攪拌、配方等四要素，其合成工藝條件為1、按照上述配比，稱取精制10號機(jī)械油投入反應(yīng)釜中攪拌升溫至100-130℃脫水(精制10號機(jī)械油中含水約0.2%)。脫水后降溫至90-110℃，在攪拌下加入環(huán)烷酸鉛，使其全部溶解，混合均勻。攪拌反應(yīng)時(shí)間控制在20-40分鐘。
2、在90-100℃時(shí)加入油酸及石油磺酸鈉(或石油磺酸鋇)，并繼續(xù)攪拌20-40分鐘，使其全部溶于油中。加料時(shí)需待前一種原料完全溶解后才加入后一種原料。
3、在不斷攪拌的情況下，使溫度降至70-90℃，加入氯化石臘，使其全部溶于油中。攪拌反應(yīng)時(shí)間控制在20-40分鐘。
4、在不斷攪拌的情況下，使溫度降至70-80℃，徐徐加入三乙醇胺，攪拌反應(yīng)時(shí)間在20-30分鐘。
5、在不斷攪拌的情況下，加入鉬酸鈉及硼酸，攪拌反應(yīng)20-30分鐘后，加入甲基硅油，攪拌反應(yīng)10-20分鐘，取樣進(jìn)行分析，合格即為成品。
實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)環(huán)烷酸鉛最好在反應(yīng)后期加入，故可先用少量精制10號機(jī)械油將其溶解后備用，在反應(yīng)后期溫度較低時(shí)加入到反應(yīng)混合物中進(jìn)行反應(yīng)。
由上述步驟得到的切削油產(chǎn)品，使用時(shí)根據(jù)不同的加工需要加水配合，即成為本發(fā)明生產(chǎn)的通用金屬切削(乳化)液。其具體用法舉例見表1。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于1、本方法工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)中不使用亞硝酸鹽和硫化物型添加劑，生產(chǎn)過程無毒、無刺激、無異味，生產(chǎn)中無廢渣、廢水排放，無污染;
2、本方法生產(chǎn)的切削液通用性強(qiáng)，除了具有良好的潤滑、冷卻、防銹性能外，尤其具有優(yōu)良的抗極壓性能，可適用于車、銑、鋸、插、拉、磨等機(jī)床上加工鑄、鍛、鋼、不銹鋼等工件，能提高加工工件表面光潔度，并可延長刀具使用壽命，能取代目前金屬切削機(jī)床使用的硫化切削油、豬油、豆油、輕柴油、煤油、軋鋼機(jī)用軋制油、水壓機(jī)液壓油等，尤其是解決了對高壓法蘭M80、M64及其它標(biāo)準(zhǔn)件螺紋攻絲、大型滾齒機(jī)、深鉆孔和進(jìn)口機(jī)床等高難度加工切削的關(guān)鍵用液，從而使過去存在的螺紋表面不光滑、絲錐斷裂、塞止規(guī)通過等問題得以較好解決;
3、本方法生產(chǎn)的切削液具有防腐性，對工件表面能形成一層防腐膜，在自然條件下，其本身有效防腐期15天以上，可滿足上下工序間工件防銹要求，無需另作防銹處理;
4、本方法生產(chǎn)的切削液潤滑性好，能代替普通機(jī)床上使用的10號、20號機(jī)械潤滑油;
5、本方法生產(chǎn)的切削油產(chǎn)品乳化性能好，可根據(jù)加工需要與自來水以不同比例配合，且不受水質(zhì)限制，反復(fù)使用時(shí)間長達(dá)半年以上;
6、本方法中所有原料立足國內(nèi)，既可節(jié)約大量外匯，又降低了產(chǎn)品成本。
本發(fā)明方法生產(chǎn)的切削液與美國芝加哥斯塔特石油公司生產(chǎn)的COdOL-0748極壓切削液主要性能對比見表2(此為機(jī)械工業(yè)部廣州機(jī)床研究所的分析測試結(jié)果)，從表2可知，本發(fā)明生產(chǎn)的切削液的抗極壓值(PB)為90公斤，而美國產(chǎn)品為65公斤;此外，本方法生產(chǎn)的切削液還具有防銹性能好、通用性強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。從價(jià)格來說，本方法生產(chǎn)的切削油產(chǎn)品售價(jià)僅為美國產(chǎn)品的二分之一左右。
實(shí)施例1按照100克原料重量百分比配方。
1、稱取5克精制10號機(jī)械油(HLB為11.4)加熱至100-110℃，加入5.5克環(huán)烷酸鉛(HLB值為11.5)攪拌，使其全部溶于精制10號機(jī)械油中，備用。
2、稱取49克精制10號機(jī)械油于另一燒杯中，水浴加熱，升溫至100-120℃進(jìn)行脫水，然后降溫至90-100℃，加入油酸5克(HLB值為16.8)，攪拌30分鐘，控制溫度在90-100℃時(shí)加入石油磺酸鈉(HLB值為11.4)15克，在加入油酸及石油磺酸鈉時(shí)要不斷攪拌，使其混合反應(yīng)均勻。
3、在不斷攪拌下使溫度降至70-80℃，加入第1步備好的油和環(huán)烷酸鉛的混合物，再加入氯化石臘(HLB值11.0)15克，控制溫度在70-80℃反應(yīng)20-30分鐘后徐徐加入三乙醇胺(HLB值11.4)5克使其充分反應(yīng)，然后加入鉬酸鈉0.2克及硼酸0.5克、甲基硅油2P.P.M進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，控制溫?0-60℃下攪拌反應(yīng)30分鐘，即成為成品，經(jīng)分析PB值為90公斤。
權(quán)利要求
1.一種通用金屬切削液的制造方法，是將可乳化切削油與水進(jìn)行乳化而制得，可乳化切削油是向基油中添加極壓添加劑而制得，其特征在于在可乳化切削液的制備中除向基油中添加極壓添加劑外，還分別添加乳化劑、表面活性劑、防銹劑、防腐劑、殺菌劑、消泡劑，由基油與各種添加劑進(jìn)行反應(yīng)而制得可乳化切削油，并控制各種添加劑的加入溫度及攪拌反應(yīng)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于本方法中所用添加劑是石油磺酸鈉(或石油磺酸鋇)、環(huán)烷酸鉛、氯化石臘、油酸、三乙醇胺、硼酸、鉬酸鈉、甲基硅油，所用基油為精制10號機(jī)械油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于可乳化切削油的原料配比為(重量百分比)石油磺酸鈉(石油磺酸鋇) 9-16%環(huán)烷酸鋁 2-8%氯化石臘 4-10%油酸 3-6%三乙醇胺 3-6%硼酸 0.2-1.0%鉬酸鈉 0.1-1.0%甲基硅油 2-10(PPm)精制10號機(jī)械油 49-78%
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于本方法中所用石油磺酸鈉、環(huán)烷酸鉛、氯化石臘、三乙醇胺、精制10號機(jī)械油的HLB值均為10-12，油酸為16-18。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于本方法中所用原料均為工業(yè)純。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于可乳化切削油與水可以任意比例配合，且不受水質(zhì)限制。
全文摘要
一種通用金屬切削液的制造方法，是將基油與各種添加劑，在一定工藝條件下進(jìn)行反應(yīng)而制得可乳化切削油，再將可乳化切削油根據(jù)加工需要與水以不同比例配合即成為本發(fā)明的通用金屬切削液。本方法工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)中無廢渣、廢水排放、無異味、無污染，同時(shí)所生產(chǎn)切削液的通用性強(qiáng)，其潤滑、冷卻、防銹、清洗以及抗極壓性能優(yōu)良，適于各種切削機(jī)床加工黑色有色金屬和合金工件，可取代現(xiàn)有的硫化切削油、豬油、豆油、輕柴油、煤油、軋鋼機(jī)用軋制油。
文檔編號C10M141/02GK1031107SQ8710206
公開日1989年2月15日 申請日期1987年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月7日
發(fā)明者孔悟平, 張伯高, 俸健中 申請人:湖南省長沙化工機(jī)械廠