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            金屬切削液添加劑的神秘世界


             1、概況

              金屬加工液(Metal Working Fluid)是機械加工不可缺少的重要配套材料,其質量、水平、品質直接影響機械零件的加工質量、生產效率、能耗、材耗及生產環境的改善等。金屬加工液使用量約占潤滑油品總量的20%左右,因此國內外都非常重視其發展。金屬加工分為金屬成型加工和金屬切削加工兩大類。

              切削油劑主要用于提高金屬切削加工光潔度、延長刀具使用壽命、帶走切屑和提高生產效率。其主要作用是潤滑、冷卻、防銹和清洗。在切削加工時,被加工的金屬發生變形,同時由于刀具與加工件不斷摩擦而產生切削力和切削溫度,嚴重影響刀具壽命、切削效率和加工件的質量。所以,如何降低切削力和切削溫度可以從改善刀具的幾何形狀和材料方面來解決,但是常用和最經濟的方法是選用最合適的金屬加工油劑。

              金屬加工液按形態分為油態、可溶油、半合成液和合成液四種。使用的添加劑有邊界潤滑添加劑、極壓添加劑、腐蝕抑制劑、儲備堿度增強劑、抗氧劑、金屬堿活劑、乳化劑、耦合劑、凈水劑/軟化劑、抗煙霧添加劑、抗細菌的殺菌劑、抗泡劑和燃料等。

              油型:基礎油有礦物油、合成油、聚烯烴、烷基苯脂類油;添加劑有油性劑、極壓劑、防銹劑、抗氧劑、抗霧劑等。油型切削油具有良好的潤滑性,但是冷卻性能差。其中普通型切削油由礦物油加防銹劑、抗氧劑及動植物油復合用于有色金屬和加工條件不苛刻但工件的光潔度要求高的場合;極壓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為極壓切削油,用于加工條件苛刻、硬度較高的金屬加工,也用于切削速度較低而光潔度要求較高的場合。

              可溶性油;基礎油有礦物油、合成油;添加劑有潤滑性添加劑、極壓劑、防銹劑、乳化劑、偶合劑、抗菌劑、抗霧劑等組成母液。使用時用水(20:1)稀釋母液,形成不透明的乳化液。其性能具有切削油所具有的潤滑性,又具有水所具備的冷卻性??扇菪杂蛻梅秶鷱V泛,不但用于黑色金屬的加工,而且也能用于有色金屬加工,它的PH值通常保持在8-9之間,一般的車、鉆、先磨都可以用。

              半合成液;由少量的油(10-30%)、10-20%乳化劑和10-20%其他添加劑組成母液。油基經水稀釋成工作液后呈透明或半透明狀,半合成液實際上也是一種乳化液,只是其油相的液滴較小(0.06-1.0um)看起來呈透明或半透明狀。半合成液的潤滑性不如可容性油,但是其冷卻性能和清洗性能好,使用于高速切削及磨削加工。

              合成液;合成液也稱化學型切削液,是一種不含油的透明溶液,主要由水和水溶液添加劑(約50%)組成。合成液也可以因加入不同的添加劑而具有不同性能特點的品種,使用時稀釋成2-10%的水溶液。它具有極好的冷卻和清洗作用,原則上講,凡是乳化液和半合成液可以用的地方都可以使用合成液。合成液容易過濾并能循環使用,不容易變臭和使用壽命長.

              2、添加劑世界

              邊界潤滑性添加劑或稱油性劑是通過吸附在金屬表面上生成膜、減輕金屬與金屬接觸來提高液體的潤滑性。這些具有代表性添加劑的結構具有吸附于金屬界面的極性頭和與礦物油或水兼容烴尾。典型的化合物有動物油、植物油、脂肪酸、高級脂肪醇、合成脂等。

              極壓添加劑是一些特殊的與金屬表面反應的邊界潤滑性添加劑,而不是吸附在金屬表面,在苛刻的金屬加工條件下在刀具和加工件間形成金屬鹽層或物理屏障。生成的金屬鹽層起屏障作用來降低摩擦、磨損和損害。典型的化合物有氯化石蠟、氯化脂肪、硫化脂肪、硫化烯烴、硫磷脂、亞磷酸和超堿值的磺酸鹽(PEP)

              堿儲備添加劑也稱PH堿性緩沖劑是通過中和酸性污染物和保持適當范圍的PH值來保持液體的防腐性能。這些添加劑也與其他組分其乳化劑作用來穩定液體。典型的化合物有鏈烷醇胺、單乙醇胺、三乙醇胺、氨甲基丙醇、2-(氨基乙氧基)乙醇和磺酸鹽等。

              金屬堿活劑阻止金屬相互接觸時液體污染非鐵合金(銅)和減輕腐蝕。金屬堿活劑是通過在金屬表面生成保護涂層。例如琉基苯并噻挫、甲苯基三挫和苯并三挫等。

              乳化劑作用是降低分散相于分散媒之間的界面張力,使之成為易混合狀態,再進行機械攪拌成為穩定的乳化狀態,最后由于界面配向吸附,使分子間同側聯系,在液體周圍生成某種程度的強韌的保護膜,來防止粒子的凝集及再聚合,從而成為穩定的乳化液。典型的乳化劑有石油磺酸鈉、脂肪酸皂、羥酸鹽、酰胺及環氧化合物和脂肪酸的鏈烷醇銨鹽等。

              防銹劑是一些極性物質,其分子結構的特點是;一端是極性很強的基團,具有親水性質;另一端是非極性的烷基,具有疏水性質。當含有防銹劑的金屬表面有很強的吸附力,在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護層,阻止腐蝕介質與金屬接觸,故起到防銹作用。典型化合物有磺酸鹽、羥酸鹽、環烷酸鹽、磷酸鹽、醇胺鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽、多元醇脂、羥酸、胺類等。

              偶合劑用以增加油中皂的溶解度來穩定水稀釋濃縮的金屬加工液,預防組分的分離。典型化合物有丙二醇、乙二醇醚和非離子環氧基化合物。

              螯合物也稱水軟化劑是降低硬水對金屬加工乳化液不穩定的影響。螯合劑于鈣鎂結合來防止他們與陽離子乳化劑反應,如烷醇胺的脂肪酸鹽。典型的化合物有乙二胺四十六烷酸。

              抗霧劑是使在機械作用時分散在空氣中的潤滑劑的量減少到最少。因為聚合物可提高液體的伸長粘度,但粘性流體細絲的延長受張力的約束,張力抑制了延長的破裂點,細絲縮短為相應的大滴,就無氣霧產生。典型的抗霧劑是聚合物,油基體系的是乙烯、丙稀共聚物和聚異丁烯,其分子量在1000000到2000000;而水基體系的典型化合物是聚環氧乙烷。

              殺菌劑的作用是抑制工業用乳狀液中存在的細菌、霧、酵母等微生物引起的各種有害作用。微生物作用于水溶性的切削油、磨削油、液壓油貨軋制液,容易產生腐敗,腐敗不僅產生臭味,污染環境,而且使油劑各種性能下降,使被削材料及機械生銹,污染機械,堵塞管線,降低油劑使用壽命。常金屬加工液的形態有純油的型和水型兩種,純油型不含水對微生物具有較好的穩定性,而水型進一步分為乳化油、半合成液和合成液三種,他們都含有水分最容易受到微生物的攻擊,因為水基金屬加工液中給微生物提供了水和豐富的有機及無機營養素的生存條件。防止微生物生長。加殺菌劑是一種有效的化學殺菌方法。用的殺菌劑有甲醛縮合物和酚類化合物。

              甲醛縮合物是最常用的金屬加工液殺菌劑,他們通過釋放甲醛來控制微生物的生長;這類殺菌劑具有很寬的抗微生物的范圍,其化合物有三嗪(六氫1,3,5-三(羥乙基)-S-三嗪、等。

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