一种全合成型高润滑水基切削液及其制备方法与流程

本发明属于金属切削加工，具体涉及一种全合成型高润滑水基切削液及其制备方法。

背景技术：

1、传统切削制造工艺正向节能环保方向转变，基于切削液减量化理念的可持续切削技术体系也应运而生。切削液在金属切、削、磨加工过程中，主要起冷却、润滑、清洗和防锈四个作用，传统金属切削液主要以矿物油为基油搭配其他油性添加剂，其最大的优点就是润滑性和防锈性优秀，但是冷却作用极差，容易产生油雾、油烟，甚至引发火灾。因此，近年来，水基切削液已大量替换掉油基切削液，并开始主导市场。

2、水基切削液通常被分为三类：一是乳化型切削液，以矿物油为主，配合适当的表面活性剂，使其在水中具备一定的溶解度；二是半合成型切削液，只含一部分矿物油，其他润滑油为合成油脂类化合物，在水中通常呈现半透明状态；三是全合成型切削液，即是以油脂类化合物为主要基础油的切削液。其中，全合成型切削液在使用后不会带来因矿物油的附着，而导致工件和机台内部出现油污清洗困难的问题，但是其还存在润滑不足、起泡强等技术缺陷。

3、专利cn115746945b提供了一种水基切削液，其中的多功能表面活性剂与消泡剂的结合可以快速的消泡，而且多功能表面活性剂结构中的n原子和s原子与金属原子之间的化学反应可以促进金属表面生成硬质膜层，使之具有优异的防锈性能，但是其耐极压性相对较差，可能导致出现磨斑，不适合高速、大吃刀量的使用场合。专利cn106350192 b提供了一种耐极压的水基切削液，具有良好的抗磨损性能及润滑性能，组分包含纳米滑石粉、甲基硅油、碱性磺酸盐、聚丙烯酸钠、十六烷基二甲基溴化铵、水性消泡剂和去离子水，该发明的水基切削液配方简单但是其含硫、含溴的添加剂影响切削液的使用寿命且环保性较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种全合成型高润滑水基切削液及其制备方法，通过添加纳米颗粒作为极压剂起到了减摩抗磨的作用，再借由生物降解性好、润滑性能优秀且水溶适应性良好的合成基础油保障了切削过程中的润滑性和冷却性，同时还弥补了水基切削液润滑性和防锈性不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明一方面提供了一种全合成型高润滑水基切削液，按重量份计，包含以下原料：0.1-0.3份改性纳米氮化硅、20-30份合成酯、15-20份表面活性剂和5-8份去离子水

4、所述改性纳米氮化硅的制备步骤如下：

5、配制三乙醇胺-甲苯溶液，往其中加入纳米氮化硅，超声分散25-40min后加入硼酸，在140-150℃下反应5-7h，反应结束后萃取、旋蒸、真空干燥即得到改性纳米氮化硅。

6、所述三乙醇胺-甲苯溶液中三乙醇胺和甲苯的体积比为1：(1.06-1.08)。

7、所述三乙醇胺-甲苯溶液、纳米氮化硅与硼酸的质量比(48-52)：1：(4.5-5.5)。

8、所述表面活性剂为聚甘油月桂酸酯、聚甘油硬脂酸酯和聚甘油肉豆蔻酸酯中的一种或几种。

9、优选地，所述表面活性剂为聚甘油月桂酸酯。

10、所述合成酯的制备步骤如下：

11、a1、在氮气保护下，将柠檬酸和丙三醇在110-130℃下反应1-3h，随后减压反应1-3h，得到溶液a；

12、a2、往步骤a1的溶液a加入戊二酸，继续减压反应1-3h，反应结束后恢复常压即得到所述合成酯。

13、所述步骤a1中柠檬酸与丙三醇的质量比为1：(1.4-1.5)。

14、所述步骤a2中溶液a与戊二酸的质量比为1：(0.08-0.12)。

15、本发明另一方面提供了一种全合成型高润滑水基切削液的制备方法，包含以下步骤：

16、先将改性纳米氮化硅与去离子水超声震荡30-50min，随后加入合成酯在100-140rpm的转速下搅拌50-70min，最后加入表面活性剂在50-70rpm的转速下搅拌1-2h，即得到所述全合成型高润滑水基切削液。

17、在金属切削过程中，金属工件与刀具之间的作用力几乎全转换为热能，接触面的高温会导致刀具的强度和硬度大幅度降低，使得使用寿命大幅缩短，合适的切削液的加入可以有效改善上述问题，反之切削液润滑性能不足将会出现断刀现象，冷却性能不足则出现粘刀现象。

18、在切削液中添加的极压剂可以在高温下与金属表面反应生成耐高温的化学吸附保护膜，起到减摩抗磨的作用。目前市面上大部分的极压添加剂中主要含硫、磷、氯等元素，其在水溶液中会加快霉菌滋生，助长细菌繁殖，使切削液更易变质发臭，影响加工生产；含氯化合物虽能起到一定的防腐作用，但是水中游离的氯离子更易造成锈蚀。

19、本发明将纳米颗粒作为极压剂加入到切削液体系中，少量的添加量便能显著提高减摩抗磨作用且保障了切削液水溶液的稳定性。由于本发明的切削液在使用时为水基，虽然具备优异的热耗散性能，但也存在润滑不足的技术缺陷，为此本发明选择了具有润滑性的氮化硅作为纳米颗粒极压剂基体，并让其表面被三乙醇胺硼酸酯所修饰，一方面使得纳米氮化硅与基体的相容性提升，有效改善了纳米氮化硅的分散性且保障了切削过程中平稳的摩擦系数；另一方面，含氮硼酸酯具有无毒无臭等优点，且含有的b、n杂原子可在金属表面形成较好的吸附膜，使得具有良好的润滑和防锈性能。

20、本发明提供了一种生物降解性好、润滑性能优秀且水溶适应性良好的合成基础油，以柠檬酸、丙三醇和戊二酸为原料，得到了具有支化结构的交联状聚酯，使之含有丰富的末端官能团，加强了其在水溶液中的流动性和溶解性，方便其在切削过程中起效。

21、与聚烯烃类合成酯相比，本发明的合成酯具有更少的c＝c，使得其不易被氧化，保障了切削液的稳定性；含有的极性基团，如-cooh、-coor和-oh，可以产生更强的物理吸附作用，其中，-cooh基于金属皂化效应，还容易形成化学膜，使切削液达到更好的抗磨效果。

22、本发明选用聚甘油月桂酸酯作为表面活性剂，其对细菌、霉菌和酵母菌具有较强的抵抗力，同时还具有对机床机台表面的清洗功能，其与交联状聚酯的配合使用，有效减少了泡沫的产生。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1、本发明提供了一款全合成型高润滑水基切削液，通过添加纳米颗粒作为极压剂起到了减摩抗磨的作用，再借由生物降解性好、润滑性能优秀且水溶适应性良好的合成基础油保障了切削过程中的润滑性和冷却性。

25、2、本发明以氮化硅为纳米颗粒极压剂基体，通过三乙醇胺硼酸酯修饰，显著提高减摩抗磨作用的同时保障了切削液水溶液的稳定性，并且还弥补了水基切削液润滑性和防锈性不足的问题。

26、3、本发明提供了具有丰富末端官能团的支化结构交联状聚酯，使其在水溶液中拥有良好的流动性、溶解性、抗氧化性和抗磨性，方便其在切削过程中起效。

27、4、本发明以聚甘油月桂酸酯作为表面活性剂，发挥其对细菌、霉菌和酵母菌具的抵抗力，以及对机床机台表面的清洗功能，其与交联状聚酯的配合使用，有效减少了泡沫的产生。