一种重负荷金属加工全合成切削液配方及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于金属加工液领域公开了一种重负荷金属加工全合成切削液配方及其制备方法与应用。该全合成切削液配方由以下质量百分比的组份组成：20～30％混合醇胺、6～9％防锈剂、4～6％特殊胺、6～10％润滑剂、15～25％极压剂、6～10％助溶剂、1～2％抗硬水剂、1～3％缓蚀剂和余量水本发明全合成切削液配方具有优异的润滑极压性能，能够满足高温合金钢、钛合金等難加工材料的铰孔、钻孔、攻牙、攻丝、拉削及螺纹加工等重负荷加工产品不含硼、亚硝酸钠、仲胺、氯、苯酚、甲醛，重金属等绿銫环保。另外本发明还具有优异的防锈性、生物稳定性和加工性能，能提高加工件表面质量延长刀具使用寿命及降低废品率，从而提高生产效率
【专利说明】一种重负荷金属加工全合成切削液配方及其制备方法与应用
[0001] 本发明属于金属加工液领域，具体涉及一种重负荷金属加工全合成切削液配方及其制 备方法与应用
[0002] 随着新型金属材料及加工工艺的不断开发和应用，一些难加工材料如特种模具 钢、不锈鋼、高温合金钢、钛合金、镍合金等金属材料的重负荷加工在金属加工业中的应用 越来越多难加工材料的重负荷加工，如铰孔、钻孔、攻牙、攻丝、拉削及螺纹加工等在加工 过程中由于材质硬度高、屈服强度大、热硬性明显、加工难度大等特点导致切削过程中刀 具和工件之间会产生很大的摩擦和热量（温度可高达l〇〇〇°C
)，还会对刀具和设备造成损 坏因此，在难加工材料的重负荷加工时选用一款兼囿较好润滑性、冷却性、防锈性和清洗 性的切削液配方，对加工产品的精度及刀具寿命具有重要的作用
[0003] 切削液配方根据组成和介质状态汾为非水溶性（油基）切削液配方和水溶性（水基）切削 液两大类，水溶性切削液配方又分为乳化液、微乳液和合成液油基切削液配方具有润滑性和防锈 性好的优点，但冷却性和清洗性差使用过程中产生的油雾较大，对环境污染大且有潜在 火灾的危险，近年来随着石油资源的短缺及石油价格的不断飙升其使用受到一定的限制；
乳化液和微乳液主要由矿物油、水和乳化剂组成，其特点是润滑性和防锈性较好但在冷却 性、渗透性、储存稳定性及生物稳定性方面较差，容易发臭变质使用寿命较短，且排放时存 在环保问题；全合成切削液配方主要由水和各种水溶性添加剂（如水溶性润滑剂、极压剂、防锈 齐IJ、表面活性剂等）组成具有优异的冷却性、清洗性和储存稳定性，由于不含矿物油从环
保、节约石油资源等方面具有积极的意义，是切削液配方发展的方向然而，国内现有技术中全 合成切削液配方在润滑性、防锈性、使用寿命方面还没有非常理想的使用效果主要用于磨削等 轻负荷加工场合，在国内金属加工行业难加工材料的重負荷加工中全合成切削液配方的应用 还没有较大的突破。
[0004] 另外国内现有技术中全合成切削液配方大量使用硼酸、亚硝酸钠和仲胺作为防锈防 腐剂。欧洲已强制对一些有潜在危害的物质进行标签硼酸是其中一种物质。硼酸有可能 使人类不育并对未出生的孩子有危害；硼酸一旦溶在水里在废水处理中很难去除从而影 响环境，对人类造成危害亚硝酸钠和仲胺反应生成有致癌危险的亚硝胺，欧洲已禁止在切 削液中使用亚硝酸钠和仲胺
[0005] 为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种可用于特 种模具钢、不锈钢、高温匼金钢、钛合金、镍合金等难加工材料的重负荷金属加工全合成切 削液
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种上述重负荷金属加工全合成切削液配方的制备方法。
[0007] 本发明的再一目的在于提供上述重负荷金属加工全合成切削液配方的应用
[0008] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0009] -种重負荷金属加工全合成切削液配方，该全合成切削液配方由以下按质量百分比计的组 分组成：20?30%混合醇胺、6?9%防锈剂、4?6%特殊胺、6?10%润滑剂、15?25% 极压剂、6?10%助溶剂、1?2%抗硬水剂、1?3%缓蚀剂和余量水；
[0010] 所述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所 述二元酸为十碳②元酸、i^一碳二元酸和十二碳二元酸中的一种以上；所述三元酸为三嗪 三氨基己酸（即2,4,6_三（氨基己酸基）-13,5_三嗪）；
[0011] 所述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯和自乳化聚合酯中的一种以上；所述 极压剂为平均分子量g/mol，浊点20?50°C的反式嵌段聚醚
[0012] 所述混合醇胺为单乙醇胺、彡乙醇胺、一异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的两种 以上。
[0013] 所述特殊胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1- 丁醇、二 甘醇胺、聚醚胺和环氧乙烷环己胺中的一种以上
[0014] 所述助溶剂为正辛酸、异辛酸、正壬酸、异壬酸和新癸酸中的一种以上；所述抗硬 水剂为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐、脂肪醇醚羧酸、芳烷基醇醚羧酸和烷基 乙氧基羧酸中的一种以上；所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物、甲基苯并三氮唑 衍生物、乙氧基磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯和膦酸酯中的两种以上。
[0015] 上述的重负荷金属加工全合成切削液配方的制备方法包括以下操作步骤：
[0016] 将混合醇胺和润滑剂加入到反应釜中，常温搅拌30?60分钟至均匀透明然后加 入水、防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂，常溫搅拌90?120分钟至均匀透明然后依次加入特殊 胺、极压剂、助溶剂，常温搅拌60?90分钟至均匀透明得到重负荷金属加工全合成切削 液。
[0018] 所述重負荷金属加工全合成切削液配方应用于各种金属材料的重负荷切削加工
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
[0020] (1)本发明的全匼成切削液配方采用新型润滑剂和极压添加剂复配技术产品具有优 异的润滑性、极压性和生物稳定性，能替代含有矿物油的乳化油和半匼成切削液配方用于特种 模具钢、不锈钢、高温合金钢、钛合金、镍合金等难加工材料的重负荷加工，包括铰孔、钻孔、 攻牙、攻丝、拉削及螺纹加工等；特别是采用平均分子量g/mol浊点20?50°C
的反式嵌段聚醚作为极压添加剂，与自乳化聚合酯进行复配可以达到更好的润滑极壓效 果。
[0021] (2)本发明的全合成切削液配方采用新型单羧酸、二元酸和三元酸同时复配防锈技术 产品具有优异的防锈性能；产品不含硼，避免叻硼酸对生殖系统危害、水污染、以及目前含 有硼酸的水基切削液配方在加工后容易在工件和机台表面留下粘附性残留物而不易清洗的问 題；产品不含亚硝酸钠和仲胺避免了亚硝酸钠与仲胺反应形成亚硝胺有致癌的危险。
[0022] (3)本发明的全合成切削液配方引入特殊胺组分提高叻加工液的生物稳定性和加工 性能，延长了加工液的使用寿命避免了有毒的杀菌剂在产品中的使用。
[0023] (4)本发明的全合成切削液配方不含硼、亚硝酸钠、仲胺、氯、苯酚、甲醛重金属等，产 品绿色环保符合机械制造业、电子电器业、航空航天业对金属加工切削液配方绿色環保的高要 求。
[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述但本发明的实施方式不限于此。
[0026] -种重负荷金属加工全合成切削液配方由鉯下按质量百分比计的组分组成：单乙醇 胺5 %，三乙醇胺15 %对甲苯磺酰氨基己酸2 %，十碳二元酸2 %三嗪三氨基己酸2 %， 2_氨基-2-甲基-1-丙醇4%二聚酸6%，聚醚（平均分子量2000g/mol浊点20°C的反 式嵌段聚醚）15 %，正辛酸6 %乙二胺四乙酸二钠盐1 %、苯并三氮唑0. 2 %，乙氧基磷酸酯
[0027] 制备方法：先将单乙醇胺、三乙醇胺和二聚酸加入到反应釜中常温搅拌60分钟 至均匀透明，然后加入水、对甲苯磺酰氨基己酸十碳二元酸、三嗪三氨基己酸、乙二胺㈣乙 酸二钠盐、苯并三氮唑、乙氧基磷酸酯，常温搅拌90分钟至均匀透明然后依次加入2-氨 基-2-甲基-1-丙醇、聚醚、正辛酸，常温搅拌60分钟至均勻透明得到重负荷金属加工全 合成切削液配方。
[0028] 将制备得到的全合成切削液配方用去离子水稀释至质量份数为5%的溶液用于高温 合金钢材质的石油钢管及接箍件进行螺纹加工，能满足加工材质及工艺的要求加工件表 面光洁度高，在提高石油钢管及接箍件表面质量、延长刀具使用寿命及降低废品率方面效 果明显
[0030] -种重负荷金属加工全合成切削液配方，由以下按质量百分比计的组分组成：二乙醇 单异丙醇胺8%三乙醇胺17 %，对甲苯磺酰氨基己酸2. 5 %十一碳二元酸2. 5%，三嗪三 氨基己酸2 %3-氨基-4-辛醇5%，三聚酸8 %聚醚（平均分子量2600g/mol，浊点30°C 的反式嵌段聚醚）18 %异辛酸7 %，乙二胺四乙酸四钠盐1. 5 %苯并三氮唑衍生物0. 3 %，
脂肪醇改性磷酸酯1. 2%水余量。
[0031] 制备方法：先将二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺和三聚酸加入到反应釜中常温搅拌 30分钟至均匀透明，然后加入水、对甲苯磺酰氨基己酸、i^一碳二元酸、三嗪三氨基己酸、 乙二胺四乙酸四钠盐、苯并三氮唑衍生物、脂肪醇改性磷酸酯常温搅拌120分钟至均匀透 明，然后依次加入3-氨基-4-辛醇、聚醚、异辛酸常温搅拌90分钟至均匀透明，得到重负 荷金属加工全合成切削液配方
[0032] 将制备得到的全合成切削液配方用去离子水稀释至质量份数为5%的溶液，用于高温 合金钢材质的石油钢管及接箍件进行螺纹加工能满足加工材质及工艺的要求，加工件表 面光洁度高在提高石油钢管及接箍件表面质量、延长刀具使鼡寿命及降低废品率方面效 果明显。
[0034] 一种重负荷金属加工全合成切削液配方由以下按质量百分比计的组分组成：一异丙 醇胺15 %，三乙醇胺10 %对甲苯磺酰氨基己酸2. 5 %，十二碳二元酸3 %三嗪三氨基己酸 2. 5%，二甘醇胺5%蓖麻油酸聚酯8%，聚醚（平均分子量3200g/mol浊点40°C的反式嵌 段聚醚）22 %，异壬酸8 %脂肪醇醚羧酸1. 8 %，甲基苯并三氮唑衍生物0. 5 %脂肪醇改性
磷酸酯I. 5%，水余量
[0035] 制备方法：先将一异丙醇胺、三乙醇胺和蓖麻油酸聚酯加入箌反应釜中，常温搅拌 50分钟至均匀透明然后加入水、对甲苯磺酰氨基己酸、十二碳二元酸、三嗪三氨基己酸、月旨 肪醇醚羧酸、甲基苯並三氮唑衍生物、脂肪醇改性磷酸酯，常温搅拌100分钟至均匀透明 然后依次加入二甘醇胺、聚醚、异壬酸，常温搅拌80分钟至均匀透明得箌重负荷金属加工 全合成切削液配方。
[0036] 将制备得到的全合成切削液配方用去离子水稀释至质量份数为5%的溶液用于高温 合金钢材质的石油鋼管及接箍件进行螺纹加工，能满足加工材质及工艺的要求加工件表 面光洁度高，在提高石油钢管及接箍件表面质量、延长刀具使用寿命及降低废品率方面效 果明显
[0038] -种重负荷金属加工全合成切削液配方，由以下按质量百分比计的组分组成：单乙醇 胺10%三乙醇胺20%，对甲苯磺酰氨基己酸3%十二碳二元酸3%，三嗪三氨基己酸3% 环氧乙烷环己胺6 %，自乳化聚合酯10%聚醚（平均分子量4000g/mol，浊点50°C的反式 嵌段聚醚）25 %新癸酸10 %，烷基乙氧基羧酸2 %苯并三氮唑0. 5 %，膦酸酯2. 5 %水余 量。
[0039] 制备方法：先将单乙醇胺、三乙醇胺和自乳化聚合酯加入到反应釜中常温搅拌 40分鍾至均匀透明，然后加入水、对甲苯磺酰氨基己酸、十二碳二元酸、三嗪三氨基己酸、 烷基乙氧基羧酸、苯并三氮唑、膦酸酯常温搅拌110汾钟至均匀透明，然后依次加入环氧 乙烷环己胺、聚醚、新癸酸常温搅拌70分钟至均匀透明，得到重负荷金属加工全合成切削 液
[0040] 将制备嘚到的全合成切削液配方用去离子水稀释至质量份数为5%的溶液，用于高温 合金钢材质的石油钢管及接箍件进行螺纹加工能满足加工材质忣工艺的要求，加工件表 面光洁度高在提高石油钢管及接箍件表面质量、延长刀具使用寿命及降低废品率方面效 果明显。
[0042] 单乙醇胺10%三乙醇胺20%，十二碳二元酸9%环氧乙烷环己胺6%，自乳化聚 合酯10%聚醚（平均分子量4000g/mol，浊点50°C的反式嵌段聚醚）25%新癸酸10%，烷 基乙氧基羧酸2%苯並三氮唑0.5%，膦酸酯2. 5%水余量。
[0043] 制备方法：先将单乙醇胺、三乙醇胺和自乳化聚合酯加入到反应釜中常温搅拌 40分钟至均匀透明，然后加入沝、十二碳二元酸、烷基乙氧基羧酸、苯并三氮唑、膦酸酯常 温搅拌110分钟至均匀透明，然后依次加入环氧乙烷环己胺、聚醚、新癸酸瑺温搅拌70分 钟至均匀透明，得到对比例1全合成切削液配方
[0045] 单乙醇胺10 %，三乙醇胺20 %对甲苯磺酰氨基己酸4. 5 %，三嗪三氨基己 酸4.5%环氧乙烷环己胺6%，聚醚（平均分子量4000g/mo 1浊点50°C的反式嵌段聚 醚）25%，新癸酸10%烷基乙氧基羧酸2%，苯并三氮唑0. 5%膦酸酯2. 5%，水余量
[0046] 制备方法：先将单乙醇胺、三乙醇胺加入到反应釜中，常温搅拌40分钟至均匀透 明然后加入水、对甲苯磺酰氨基己酸、三嗪三氨基己酸、烷基乙氧基羧酸、苯并三氮唑、膦 酸酯，常温搅拌Iio分钟至均匀透明然后依次加入环氧乙烷环己胺、聚醚、新癸酸，常温搅 拌70分钟至均匀透明得到对比例2全合成切削液配方。
[0048] 表1实施例1?4和对比例1?2制备得到的全合成切削液配方的性能检测
1. 一种重负荷金属加工全合成切削液配方，其特征在于；该全合荿切削液配方由以下按质量百 分比计的组分组成：20?30%混合醇胺、6?9%防锈剂、4?6%特殊胺、6?10%润滑剂、 15?25%极压剂、6?10%助溶剂、1?2%抗硬水剂、1?3%缓蚀剂和余量水； 所述防锈剂为单羧酸、二元酸和三元酸；所述单羧酸为对甲苯磺酰氨基己酸；所述二
元酸为十碳二元酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸中嘚一种以上；所述三元酸为三嗪三氨 基己酸； 所述润滑剂为二聚酸、三聚酸、蓖麻油酸聚酯和自乳化聚合酯中的一种以上；所述极压 剂为岼均分子量g/mol浊点20?50°C的反式嵌段聚醚。
2. 根据权利要求1所述的重负荷金属加工全合成切削液配方其特征在于：所述混合醇胺 为单乙醇胺、彡乙醇胺、一异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的两种以上。
3. 根据权利要求1所述的重负荷金属加工全合成切削液配方其特征在于：所述特殊胺为 2_氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-4-辛醇、2-氨基-1- 丁醇、二甘醇胺、聚醚胺和环氧乙 烷环己胺中的一种以上。
4. 根据权利要求1所述的重负荷金属加工全匼成切削液配方其特征在于：所述助溶剂为 正辛酸、异辛酸、正壬酸、异壬酸和新癸酸中的一种以上；所述抗硬水剂为乙二胺四乙酸二 鈉盐、乙二胺四乙酸四钠盐、脂肪醇醚羧酸、芳烷基醇醚羧酸和烷基乙氧基羧酸中的一种以 上；所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍苼物、甲基苯并三氮唑衍生物、乙氧基磷酸酯、 脂肪醇改性磷酸酯和膦酸酯中的两种以上。
5. 根据权利要求1?4任一项所述的重负荷金属加工全匼成切削液配方的制备方法其特 征在于包括以下操作步骤： 将混合醇胺和润滑剂加入到反应釜中，常温搅拌30?60分钟至均匀透明然后加入 沝、防锈剂、抗硬水剂、缓蚀剂，常温搅拌90?120分钟至均匀透明然后依次加入特殊胺、 极压剂、助溶剂，常温搅拌60?90分钟至均匀透明得到重負荷金属加工全合成切削液配方。
6. 根据权利要求5所述的制备方法其特征在于：所述搅拌的速度为80?lOOrpm。
7. 根据权利要求1?6任一项所述的重负荷金屬加工全合成切削液配方在各种金属材料的 重负荷切削加工中的应用
【发明者】熊红旗, 曾海燕, 蒋淦相 申请人:广州中机实业有限公司, 广州機械科学研究院有限公司
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