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環保型全合成金屬加工液研制與應用

日期:2015年4月28日 11:27

    水基金屬加工液自上世紀40年代問世以來,憑借其具有油基難以比擬的冷卻特性及低廉的成本而獲得迅猛發展。它分為乳化油、半合成液和全合成液。其中,乳化油和半合成液都會消耗大量石油資源,而且,由于其含油份重且表面活性劑會乳化掉部分雜油,導致操作車間環境臟、亂、臭,維護成本相對較高,由此滋生的厭氧菌甚至會引起操作工人皮膚過敏。同時,它排放之后在短時間內難以降解,會污染環境。

    相對而言,全合成金屬加工液因具有良好的冷卻性,加工過程具備透明可視性,并擁有一定的清潔性、穩定性、對橡膠材料有良好的兼容性等優點,而使其發展前景值得期待。

    試驗研究

    目前全合成金屬加工液的品種五花八門,良莠不齊。存在的主要問題有:使用有毒有害原材料,比如有些產品為了追求利潤,依然使用容易致癌的亞硝酸鈉作為防銹劑;有些產品雖然使用無毒害材料,但由于配比不好,存在潤滑性不足、性偏高和傷手等問題。

    積架石油化工有限公司從上世紀90年代起便已開始致力于環保型全合成金屬加工液的研發,進行了系統的試驗研究,成果頗豐。

    1. 試驗方法

    ①穩定性試驗

    考慮到國內的天氣變化幅度較大,積架石油化工對濃縮液進行了70℃及零下15℃的穩定性測試,以保證儲存、運輸的穩定性。而且,考慮到中國南北地域的水質不同,有些地區水的硬度較高的現狀,積架石油化工公司亦對稀釋液進行了硬水穩定性測試,以確保即使是在水質硬度較高的地區,稀釋液也能維持透明度和可觀察性。

    ②防銹性試驗

    該試驗包括對加工工件的防銹性試驗和對機床的防銹性試驗。前者的實施過程參照GB 6144,采用單疊片試驗。單片試驗是先將5%不同水質稀釋液,按照梅花式樣滴于一級灰口鑄鐵試片上,然后罩上玻璃罩,置于35℃恒溫箱,24小時后讀取結果。迭片試驗是將5%不同水質稀釋液均勻涂在鑄鐵試片上,再將另一試片重疊放置,同樣置于35℃恒溫箱,8小時后讀取結果。

    對于機床的防銹性試驗,則采用英國的標準試驗方法,即IP287,首先將模板圍繞成35mm的正方形,置于濾紙的中心,然后將濾紙放在培養皿里,用2.0±0.1g的鐵屑完全覆蓋測試區域,再取走模板。移取2ml稀釋液充分潤濕鐵屑,蓋上培養皿的蓋子,放于20±3℃的環境下。2小時后從培養皿中移出濾紙,用自來水沖洗并晾干,讀取結果。

    ③潤滑性試驗

    參照GB/T 3142,利用四球試驗機,進行最大無卡咬負荷(PB值)和燒結負荷(PD值)試驗,同時采用摩擦磨損試驗機進行磨斑測試。

    ④消泡性試驗

    進行該項試驗時,選用最易起泡的去離子水配置稀釋液,并調節空氣流量,用玻璃泡沫頭吹氣,然后進行檢測。同時用過濾后反復檢測消泡性來模擬機床的過濾系統對加工液消泡性的影響。

    2. 配方篩選

    ①潤滑添加劑的選擇

    潤滑性是保證刀具使用壽命及工件表面光潔度的關鍵因素。由于全合成金屬加工液不含油,潤滑性不足,因此,必須選擇一些添加劑以保證加工時良好的潤滑效果。在研究時,積架石油化工選擇的是聚醚。

    聚醚在水中具有獨特的逆溶作用。溫度較低時,聚醚溶解在液體中,呈透明狀。當液體被帶入加工表面時,由于摩擦生熱,溫度升高,超過聚醚的濁點,形成許多浸潤金屬表面的聚醚液滴,為加工提供了良好的潤滑性。當加工結束后,溫度降低,聚醚又溶解在水中,呈透明狀。研究采用濁點適宜的聚醚為潤滑劑,同時考慮了氣味及對人的皮膚造成的腐蝕。

    ②防銹劑的選擇

    為保證機床及工件不受切削液侵蝕,防銹劑必不可少。由于亞硝酸鈉有致癌作用,已經禁用。而二乙醇胺(DEA)在高溫下加工時會發生分解,釋放出的亞硝胺也具有致癌作用,因此水性防銹劑方面不建議采用DEA。采用硼酸鹽及多元酸防銹劑進行調和是比較可行的做法。

    ③其它輔助表面活性劑的選擇

    為了實現良好的沉降性及抗雜油性,在研究中選擇了非離子表面活性劑來調整,并通過沉降性試驗進行篩選。

    應用實例

    基于以上的試驗研究等多方努力,采用環保添加劑研制的積架環保型全合成金屬加工液,有效減少了對環境的污染,堪稱新一代環保型全合成產品,其潤滑性能優秀,抗雜油及沉降性好。

    東莞某表廠使用積架全合成金屬加工液做表帶鉆孔加工已有近一年時間,該公司認為積架全合成金屬加工液能達到良好的潤滑效果,且鉆嘴磨損慢,加工精度高,無發臭現象,對皮膚亦無刺激。

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