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金属切削液添加剂的神秘世界


 1、概况

  金属加工液(Metal Working Fluid)是机械加工不可缺少的重要配套材料,其质量、水平、品质直接影响机械零件的加工质量、生产效率、能耗、材耗及生产环境的改善等。金属加工液使用量约占润滑油品总量的20%左右,因此国内外都非常重视其发展。金属加工分为金属成型加工和金属切削加工两大类。

  切削油剂主要用于提高金属切削加工光洁度、延长刀具使用寿命、带走切屑和提高生产效率。其主要作用是润滑、冷却、防锈和清洗。在切削加工时,被加工的金属发生变形,同时由于刀具与加工件不断摩擦而产生切削力和切削温度,严重影响刀具寿命、切削效率和加工件的质量。所以,如何降低切削力和切削温度可以从改善刀具的几何形状和材料方面来解决,但是常用和最经济的方法是选用最合适的金属加工油剂。

  金属加工液按形态分为油态、可溶油、半合成液和合成液四种。使用的添加剂有边界润滑添加剂、极压添加剂、腐蚀抑制剂、储备碱度增强剂、抗氧剂、金属碱活剂、乳化剂、耦合剂、净水剂/软化剂、抗烟雾添加剂、抗细菌的杀菌剂、抗泡剂和燃料等。

  油型:基础油有矿物油、合成油、聚烯烃、烷基苯脂类油;添加剂有油性剂、极压剂、防锈剂、抗氧剂、抗雾剂等。油型切削油具有良好的润滑性,但是冷却性能差。其中普通型切削油由矿物油加防锈剂、抗氧剂及动植物油复合用于有色金属和加工条件不苛刻但工件的光洁度要求高的场合;极压切削油是在普通切削油中加入一定量的硫磷和氯元素后即为极压切削油,用于加工条件苛刻、硬度较高的金属加工,也用于切削速度较低而光洁度要求较高的场合。

  可溶性油;基础油有矿物油、合成油;添加剂有润滑性添加剂、极压剂、防锈剂、乳化剂、偶合剂、抗菌剂、抗雾剂等组成母液。使用时用水(20:1)稀释母液,形成不透明的乳化液。其性能具有切削油所具有的润滑性,又具有水所具备的冷却性。可容性油应用范围广泛,不但用于黑色金属的加工,而且也能用于有色金属加工,它的PH值通常保持在8-9之间,一般的车、钻、先磨都可以用。

  半合成液;由少量的油(10-30%)、10-20%乳化剂和10-20%其他添加剂组成母液。油基经水稀释成工作液后呈透明或半透明状,半合成液实际上也是一种乳化液,只是其油相的液滴较小(0.06-1.0um)看起来呈透明或半透明状。半合成液的润滑性不如可容性油,但是其冷却性能和清洗性能好,使用于高速切削及磨削加工。

  合成液;合成液也称化学型切削液,是一种不含油的透明溶液,主要由水和水溶液添加剂(约50%)组成。合成液也可以因加入不同的添加剂而具有不同性能特点的品种,使用时稀释成2-10%的水溶液。它具有极好的冷却和清洗作用,原则上讲,凡是乳化液和半合成液可以用的地方都可以使用合成液。合成液容易过滤并能循环使用,不容易变臭和使用寿命长.

  2、添加剂世界

  边界润滑性添加剂或称油性剂是通过吸附在金属表面上生成膜、减轻金属与金属接触来提高液体的润滑性。这些具有代表性添加剂的结构具有吸附于金属界面的极性头和与矿物油或水兼容烃尾。典型的化合物有动物油、植物油、脂肪酸、高级脂肪醇、合成脂等。

  极压添加剂是一些特殊的与金属表面反应的边界润滑性添加剂,而不是吸附在金属表面,在苛刻的金属加工条件下在刀具和加工件间形成金属盐层或物理屏障。生成的金属盐层起屏障作用来降低摩擦、磨损和损害。典型的化合物有氯化石蜡、氯化脂肪、硫化脂肪、硫化烯烃、硫磷脂、亚磷酸和超碱值的磺酸盐(PEP)

  碱储备添加剂也称PH碱性缓冲剂是通过中和酸性污染物和保持适当范围的PH值来保持液体的防腐性能。这些添加剂也与其他组分其乳化剂作用来稳定液体。典型的化合物有链烷醇胺、单乙醇胺、三乙醇胺、氨甲基丙醇、2-(氨基乙氧基)乙醇和磺酸盐等。

  金属碱活剂阻止金属相互接触时液体污染非铁合金(铜)和减轻腐蚀。金属碱活剂是通过在金属表面生成保护涂层。例如琉基苯并噻挫、甲苯基三挫和苯并三挫等。

  乳化剂作用是降低分散相于分散媒之间的界面张力,使之成为易混合状态,再进行机械搅拌成为稳定的乳化状态,最后由于界面配向吸附,使分子间同侧联系,在液体周围生成某种程度的强韧的保护膜,来防止粒子的凝集及再聚合,从而成为稳定的乳化液。典型的乳化剂有石油磺酸钠、脂肪酸皂、羟酸盐、酰胺及环氧化合物和脂肪酸的链烷醇铵盐等。

  防锈剂是一些极性物质,其分子结构的特点是;一端是极性很强的基团,具有亲水性质;另一端是非极性的烷基,具有疏水性质。当含有防锈剂的金属表面有很强的吸附力,在金属表面形成紧密的单分子或多分子保护层,阻止腐蚀介质与金属接触,故起到防锈作用。典型化合物有磺酸盐、羟酸盐、环烷酸盐、磷酸盐、醇胺盐、硼酸盐、钼酸盐、多元醇脂、羟酸、胺类等。

  偶合剂用以增加油中皂的溶解度来稳定水稀释浓缩的金属加工液,预防组分的分离。典型化合物有丙二醇、乙二醇醚和非离子环氧基化合物。

  螯合物也称水软化剂是降低硬水对金属加工乳化液不稳定的影响。螯合剂于钙镁结合来防止他们与阳离子乳化剂反应,如烷醇胺的脂肪酸盐。典型的化合物有乙二胺四十六烷酸。

  抗雾剂是使在机械作用时分散在空气中的润滑剂的量减少到最少。因为聚合物可提高液体的伸长粘度,但粘性流体细丝的延长受张力的约束,张力抑制了延长的破裂点,细丝缩短为相应的大滴,就无气雾产生。典型的抗雾剂是聚合物,油基体系的是乙烯、丙稀共聚物和聚异丁烯,其分子量在1000000到2000000;而水基体系的典型化合物是聚环氧乙烷。

  杀菌剂的作用是抑制工业用乳状液中存在的细菌、雾、酵母等微生物引起的各种有害作用。微生物作用于水溶性的切削油、磨削油、液压油货轧制液,容易产生腐败,腐败不仅产生臭味,污染环境,而且使油剂各种性能下降,使被削材料及机械生锈,污染机械,堵塞管线,降低油剂使用寿命。常金属加工液的形态有纯油的型和水型两种,纯油型不含水对微生物具有较好的稳定性,而水型进一步分为乳化油、半合成液和合成液三种,他们都含有水分最容易受到微生物的攻击,因为水基金属加工液中给微生物提供了水和丰富的有机及无机营养素的生存条件。防止微生物生长。加杀菌剂是一种有效的化学杀菌方法。用的杀菌剂有甲醛缩合物和酚类化合物。

  甲醛缩合物是最常用的金属加工液杀菌剂,他们通过释放甲醛来控制微生物的生长;这类杀菌剂具有很宽的抗微生物的范围,其化合物有三嗪(六氢1,3,5-三(羟乙基)-S-三嗪、等。

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