一种金属切削油及其制备方法和应用与流程

本发明属于机械加工用润滑油，具体涉及一种金属切削油及其制备方法和应用。

背景技术：

1、铝合金是一种密度低、强度高、可塑性优异、耐腐蚀的材料，主要由铜、锌、锰、硅、镁等合金元素组成，在工业上的应用量仅次于钢材，被大量应用于航天航空、汽车制造、化学工业等领域。

2、铝合金切削加工中常出现的问题包括：1.铝合金化学性质相对活跃，在酸性和碱性环境中容易被腐蚀；2.铝合金熔点低，弹性模量较小，质地较软，在加工过程中容易出现粘刀，加工时产生的铝屑集聚在刀刃附近增大了加工难度，高温高速下更有可能在刀刃上产生熔焊；3.铝合金的热膨胀系数较高，高速加工中所产生的巨大热量容易导致工件变形。因此铝合金加工切削用油需具备以下特点：1.相对温和的酸碱度，防止铝合金在加工过程中出现发黑，提高光亮度；2.良好的极压抗磨性，在高速高压的加工环境下仍能保持润滑；3.良好的冷却能力，防止过热导致的热膨胀。

3、目前常用的铝合金切削加工液大多为水基切削液。水基切削极压抗磨性能较差，低温环境下容易凝固，润滑性和防锈性也难以达到预期。

4、因此，非常有必要开发一种高润滑性、高极压抗磨性、耐高低温的铝合金切削油。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属切削油及其制备方法和应用。该切削油具有良好的极压润滑性能和高低温稳定性，能够防止铝合金切削过程中产生粘刀、熔焊等现象，适合用于铝合金的切削加工。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种金属切削油，所述金属切削油包括如下质量百分比的组分：

4、油性剂10-15％、极压剂3-5％、抗氧化剂0.2-1％和余量的基础油；

5、其中，所述油性剂由粘度为30-450mm2/s的高粘度油性剂与粘度为5-15mm2/s的低粘度油性剂按质量比5:(1-7)组成。

6、本发明中，所述油性剂的质量百分比例如可以是10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％等。

7、所述极压剂的质量百分比例如可以是3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％等。

8、所述抗氧化剂的质量百分比例如可以是0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。

9、所述高粘度油性剂的粘度可以是30mm2/s、35mm2/s、40mm2/s、45mm2/s、50mm2/s、55mm2/s、60mm2/s、70mm2/s、80mm2/s、90mm2/s、100mm2/s、120mm2/s、150mm2/s、180mm2/s、200mm2/s、220mm2/s、250mm2/s、280mm2/s、300mm2/s、320mm2/s、350mm2/s、380mm2/s、400mm2/s、420mm2/s或450mm2/s等。

10、低粘度油性剂的粘度可以是5mm2/s、6mm2/s、7mm2/s、8mm2/s、9mm2/s、10mm2/s、11mm2/s、12mm2/s、13mm2/s、14mm2/s或15mm2/s等。

11、所述高粘度油性剂与低粘度油性剂的质量比可以是5:1、5:2、5:3、5:4、5:5、5:6或5:7等。

12、需要说明的是，本发明中所述高粘度油性剂和低粘度油性剂的粘度是指40℃下的运动粘度。

13、油性剂

14、油性剂可通过极性基团吸附在金属摩擦面上，形成分子定向吸附膜，阻隔金属互相间的直接接触，从而减少摩擦磨损。由于极压剂需要在高温、高压的环境下才会起到关键性作用，在常温低载荷时难以发挥到润滑功效，因而需要在切削油中添加油性剂，确保常温常压状态下金属切削过程的润滑性能。

15、本发明通过采用高粘度油性剂与低粘度油性剂在特定的比例下协同配合，能够使形成的润滑膜更好地吸附在金属表面，从而提高了金属切削油的润滑性能。

16、在本发明一些实施方式中，所述高粘度油性剂选自妥尔油、氢化棕榈油、氧化菜籽油和四聚蓖麻油中的一种或多种。

17、在本发明一些实施方式中，所述低粘度油性剂选自棕榈酸异丙酯、己二酸二异十三醇酯、癸二酸双(2-乙基己基酯)和油酸2-乙基己基酯中的一种或多种。

18、极压剂

19、极压剂是一种在高温高压的边界润滑条件下能与金属表面形成高熔点化学反应膜的添加剂。在铝合金切削中，化学反应膜有效阻碍了高温高速下铝屑和刀具产生的熔焊现象。

20、在本发明一些实施方式中，所述极压剂选自磷酸酯、磷酸酯铵盐和磷酰胺中的一种或多种，优选为磷酸酯和/或磷酸酯铵盐。优选的极压剂极压性能优异，更易于溶解在基础油中，在实际使用时能够更有效地防止铝合金腐蚀。

21、示例性的，本发明中所述磷酸酯包括但不限于二烷基硫代磷酸酯、月桂醇磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯；所述磷酸酯铵盐包括但不限于烷基磷酸酯铵盐、脂肪醇磷酸酯铵盐、烷基酚聚醚磷酸酯三乙醇胺盐。

22、抗氧化剂

23、抗氧化剂是一种通过延缓或抑制聚合物氧化，从而阻止聚合物老化并延长其寿命的添加剂。由于切削油需要长时间反复使用，因而为了防止部分易氧化物(如磷酸酯、自乳化酯、妥尔油等)因长时间在高温下被氧化，少量有效的抗氧剂必不可少。

24、在本发明一些实施方式中，所述抗氧化剂选自n-苯基苯胺与2,4,4-三甲基戊烯的反应产物(抗氧剂5057)、n-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪、4,4-二辛基二苯胺、2,6-二叔丁基对甲酚和2,6-二叔丁基氨基对甲酚中的一种或多种，优选为n-苯基苯胺与2,4,4-三甲基戊烯的反应产物和/或n-苯基-α-萘胺。优选的抗氧化剂能够更稳定存在于切削油中，更有效地防止氧化。

25、缓蚀剂

26、由于部分切削机器中所用的零部件中含铜、铝、铁，而添加剂中的极压剂可能会产生一定的腐蚀作用，为了缓解这种腐蚀，本发明中切削油优选还含有缓蚀剂。

27、在本发明一些实施方式中，所述缓蚀剂的质量百分比为0.3-0.5％；例如可以是0.3％、0.32％、0.35％、0.38％、0.4％、0.42％、0.45％、0.48％或0.5％等。

28、在本发明一些实施方式中，所述缓蚀剂选自巯基苯并噻唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑和甲基苯并三氮唑钠盐中的一种或多种，优选为苯并三氮唑和/或甲基苯并三氮唑。优选的缓蚀剂具有更强的油溶性，能够更稳定存在于切削油中。

29、抗油雾剂

30、抗油雾剂是一种通过降低液体的表面张力，使其更难形成液滴或者油雾的添加剂，抗油雾剂也可以将液体中的颗粒或微小液滴分散保持其稳定性。由于切削油需要长期循环使用，抗油雾剂的添加有助于减少加工时油雾的形成，减少油雾污染。因此本发明中切削油优选还含有抗油雾剂。

31、在本发明一些实施方式中，所述抗油雾剂的质量百分比为1-2％；例如可以是1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等。

32、在本发明一些实施方式中，所述抗油雾剂选自聚异丁烯、聚丙烯酸酯和乙烯丙烯共聚物中的一种或多种。

33、耦合剂

34、耦合剂是一种通过链接两个或者多个油性剂、基础油分子，从而促进反应的进行，使反应物之间发生键合的添加剂。由于切削油需要长期存放或者使用，少量添加耦合剂能够使切削油更为稳定，不易析油和分层。因此本发明中切削油优选还含有耦合剂。

35、在本发明一些实施方式中，所述耦合剂的质量百分比为1-2％；例如可以是1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等。

36、在本发明一些实施方式中，所述耦合剂选自c16格尔伯特醇、二乙二醇单丁醚、c14和c15的单支链醇混合物、月桂醇、乙二醇中的一种或多种，优选为c16格尔伯特醇、二乙二醇单丁醚、c14和c15的单支链醇混合物中的一种或多种。

37、乳化剂

38、乳化剂是一种能使多种互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的添加剂。乳化剂降低了混合体系中各部分的界面张力，在切削油被去除过程中更容易与水结合产生乳液，从而达到良好的油污去除能力。因此本发明中切削油优选还含有乳化剂。

39、在本发明一些实施方式中，所述乳化剂的质量百分比为3-5％；例如可以是3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％等。

40、在本发明一些实施方式中，所述乳化剂选自烷氧基化脂肪醇、聚山梨酯、单油酸脱水山梨糖醇酯、醇醚羧酸和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种，优选为烷氧基化脂肪醇、聚山梨酯和单油酸脱水山梨糖醇酯中的一种或多种。优选的乳化剂能够增强亲水性，使切削油更容易被水所清洗。

41、在本发明一些实施方式中，所述基础油为石蜡油，优选为白油。

42、在本发明一些实施方式中，所述金属切削油包括如下质量百分比的组分：

43、油性剂10-15％、极压剂3-5％、抗氧化剂0.2-1％、缓蚀剂0.3-0.5％、抗油雾剂1-2％、耦合剂1-2％、乳化剂3-5％和余量的基础油。

44、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的金属切削油的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

45、将各组分按配比混合至澄清透明，得到所述金属切削油。

46、在本发明一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：

47、(1)将基础油、油性剂和极压剂混合，在55-60℃下搅拌至溶液澄清透明；

48、(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入抗氧化剂、任选地缓蚀剂、任选地抗油雾剂，搅拌至溶液澄清透明；

49、(3)向步骤(2)得到的混合溶液中加入任选地耦合剂、任选地乳化剂，搅拌至溶液澄清透明，得到所述金属切削油。

50、需要说明的是，上述步骤(2)和(3)中所述“任选地”是指添加或不添加，添加与否取决于第一方面所述的金属切削油中是否含有该组分。

51、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的金属切削油的应用，所述金属切削油用于金属的切削加工，优选用于铝合金的切削加工。

52、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

53、(1)润滑性好：本发明提供的切削油中的极压剂和油性剂能够在切削油中均匀分散，使用时可在金属表面形成均匀连续的润滑膜，从而具有较高的润滑性能，用于铝合金的切削加工时能够防止切削过程中产生粘刀、熔焊等现象，有效减少切削过程中刀具和工件的磨损；

54、(2)安全环保：本发明不含硫、氯、亚硝等有害物质，存储安全，使用时对皮肤与呼吸道无刺激性，易降解，环境友好；

55、(3)缓蚀性能和防锈性能好：本发明提供的切削油中不含高碱值、高酸值的添加剂，而磷酸酯和磷酸酯铵盐极压剂更能有效抑制高温条件下铝合金的锈蚀；

56、(4)清洗性能好：通过进一步在切削油中加入乳化剂，得到的切削油能够溶于水中，在工件加工完成后只需用水冲洗即可清除残留在金属表面的油污，无需额外使用清洗剂，进一步减少了化学物质的排放。