100Vol.54N o.l J a n.2021
曾海燕\王一助\熊红旗：
(1.广州机械科学研究院，广东广州510700; 2.广州吉盛润滑科技有限公司，广东广州510700)
[摘要]传统的油基切削液难以适应苛刻的加工条件，为此，研制了一种由表面活性剂、润滑剂、防锈剂、稳定 剂、精制矿物油、杀菌剂和水等组成的透明极压乳化切削液，探讨了防锈剂、油性剂、极压剂等添加剂的选择。通 过试验选出了最优乳化切削液的配方（质量分数）为：59.9%30号变压器油，10.0%四聚蓖麻油酸酯，5.0%二烷基五 硫化物，10.0%防锈剂复合包，2.0%AMP-95胺，8.0%EN-50乳化剂，3_0%MBM杀菌剂，2.0%145偶合剂，0.1%M S 575消泡剂。对比了该乳化切削液与市售进口同类切削液的性能、特点。结果表明：研制的重负荷乳化切削液透 明稳定，具有优良的防锈性、润滑性、冷却性和清洗性。 [关键词]重负荷乳化型切削液；极压性能；润滑性能
[中图分类号]TG174.42 [文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2021)01-0100-04
Development of Emulsion as Extreme Pressure Cutting Fluid
Z E N G H a i-yan' ,W A N G Y i-z h u',X I O N G H o n g-q i2
(1.G u a n g z h o u Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., G u a n g z h o u 510700,C h i n a；
2. G u a n g z h o u Jisheng Lubrication Technology Co., Ltd., G u a n g z h o u 510700,China)
A b s t r a c t：Traditional oil-based cutting fluids hardly m eet the severe operation conditions. H e n c e, a kind of emulsion as extreme pressure emulsion cutting fluid w a s developed, w h i c h consisted of lubricant, antirust additive, stabilizer, refined mineral oil, biocide a n d water etc. T h e selection of antirust additives, oiliness additives, extreme ressure additives were discussed detailedly. T h e optimal composition of emulsion cutting fluid w a s59. 9%(m a s s fractions) 30th transformer oil, 10.0%tetrapolyricinoleate,5.0%dialkyl pentasulfide,10.0%antirust c o m p o u n d p ackage, 2.0% A M P-95amine, 8.0% E N-50 emulsifier, 3.0%M
B M fungicide, 2.0%145 coupling agent a n d 0.1% M S575 defoamer. T h e properties a n d characters of this n e w type of emulsion cutting fluid a n d imported similar products o n the market were c o m p a r e d a n d researched. Results s h o w e d that this n e w type of emulsion cutting fluid w a s transparent a n d stable with goo d performances such as antirust, lubricating, refrigeratin
g a n d cleaning properties.
K e y w o r d：extreme pressure cutting fluid；extreme pressure properties；lubricating properties
0前言
电子签章生成随着金属切削加工技术的不断发展，日益苛刻的 加工条件对切削液的质量提出了越来越高的要求。同时随着数控机床、机械加工中心和柔性制造系统等先 进制造技术的广泛推广和应用，由于先进制造技术和 难加工材料的切削加工都离不开润滑冷却技术，因此，切削液的发展应用显得越来越重要。传统的油基切削 液润滑性能好，但其冷却性能差，难以适应苛刻的加工 条件。水基切削液冷却性能好，且成本相对较低，操作 环境安全、干净，没有油雾和着火的危险。随着水基切 削液性能的不断提高，其使用范围逐渐扩大，出现了油 基切削液向水基切削液过渡的趋势。目前市面上的水基切削液在替代油基切削液应用于镍基合金等高硬度 材料大去除量、大进给重负荷加工的过程中经常出现 由于润滑性不足，导致刀具磨损严重，产生大量热量引 起水雾及刺激性气味。因此，研发一种能替代切削油 用的重负荷乳化切削液显得极为重要。
1试验
l.i试验材料
主要试验材料:30号变压器油，工业级;AM P-95 胺；硬脂酸异辛酯；油酸酯；四聚蓖麻油酸酯;
亚甲基双吗啉（M BM)；乳化剂：脂肪醇聚氧乙烯 酸，沙索 RT42, H LB值 5.5；沙索 EN-50，HLB值 9_5；联
[收稿日期]2020-08-27
[通信作者]曾海燕，硕士，主要从事工业润滑材料及金属加工液研究开发，电话：135********，E-m a i l:z h y3140@ 163.c o m
第54卷•第1期•2021年1月101化，AE03，H LB值6.0；斯盘-80(SP-80)，H LB 值4.5；二
烷基五硫化物；消泡剂:M S 575。
1.2试验方法
防锈试验条件：温度时间：单片24 h，
叠片8 h；执行标准:GB/T6144。
采用四球摩擦磨损试验机考察乳化油的润滑性
能、极压性能，试验条件：室温；转速（1 450±50) r/min;
执行标准:G B/T3142。
攻丝扭矩试验机是模拟金属攻丝加工的试验方
法，使用一个旋转丝锥对一个固定好的通孔进行攻丝 加工，测量攻丝过程中的平均扭矩值。攻丝转速1 000 r/min，丝锥为YAM AW A M4X1，试验材料为45钢测试 块：规格M4F，孔径:3.7 mm，厚度:20 mm。润滑剂的润 滑性能对攻丝扭矩值的大小产生影响，润滑性能越好，平均扭矩值越小，反之则越大。
四聚蓖麻油酸酯的影响最大。其中样品D、E随着四聚 蓖麻油酸酯添加量的降低，乳化液的润滑性能也随着 下降，添加10%的四聚蓖麻油酸酯的润滑效果与添加 15 %的油酸酯相当。
2.2极压剂的抗磨、减磨性能测试
2结果与分析
2.1油性剂润滑性能测试
本工作采用市售的硬脂酸异辛酯、油酸 酯、自乳化酯、四聚蓖麻油酸酯作为油性剂调配成稳定 的乳化切削液配方。所有的乳化切削液样品以10%的浓度在四球摩擦磨损试验机和M icro Tap攻丝扭矩试 验机上进行润滑性能对比试验，试样用45钢块。
表1乳化切削液攻丝扭矩试验结果
项目参比样R配方A配方B配方C配方D配方E
30号变压器油745959595964
防锈复合包151515151515
硬脂酸异辛酯-15----
油酸酯--15---自乳化酯---15--
四聚蓖麻油酸酯----1510杀菌剂333333
乳化剂包888888
总计100100100100100100
45钢攻丝扭矩
相对效率/ %
100.0103.1111.3117.7121.3118.4为了更加直观地表示MicroTap攻丝扭矩试验结 果，将表1中攻丝效率以柱形图表示（见图1)，攻丝扭
配方攻丝扭矩值
_效率=参比样减雖膝Xl〇〇%°
从图1可以看出，合成酯的加人可以显著提高到 化液的攻丝扭矩效率，从样品A、B、C、D的结果可以看 出，硬脂酸异辛酯对6061铝的加工润滑性影响最小，
通过测试摩擦系数、磨斑直径、磨斑表面形貌考察 了氯化石蜡及其取代物的减磨、抗磨效果。减磨、抗磨 性能选用浓度为10%的乳化液通过196 N负载下长磨 30 min试验，摩擦系数小、磨斑直径小，磨斑形貌光滑 说明该极压剂的润滑性能好。
烟雾过滤器
随着极压剂的加人，乳化液的抗磨性能有所提高，长磨摩擦系数降低，磨斑直径变小。30号变压器油乳 化的摩擦系数为0.141，加入极压添加剂后，52号氯化 石蜡的摩擦系数降至0.121；磷酸酯的摩擦系数降至 0.113，二烷基五硫化物的摩擦系数降至最低0.099。由于磷酸酯具有较强的极性，容易在金属表面形成一层 油膜即流体润滑膜，在长磨过程中降低摩擦系数。而 二烷基五硫化物化合物能降低摩擦系数可能是由于二 烷基五硫化物化合物中含有电负性很强的硫原子，容 易吸附在金属表面，在长磨过程中易于钢球表面产生 化学反应生成硫化铁，从而使摩擦系数变小。
表2不同极压剂的长磨试验数据
项目参比样R A B C 30号变压器油74666969
防锈复合包15151515
氯化石蜡-8--
磷酸酯--5-二烷基五硫化物---5杀菌剂3333
乳化剂包8888总计100100100100摩擦系数M0.1410.1210.1130.099磨斑直径D/m m 1.170.880.62
0.51
lm Vol.54 N o.l Jan. 2021
在196 N的负荷下，长磨30 min后的钢球用溶剂 清洗干净，干燥。选择有代表性的钢球磨斑用电镜进行扫描，该电镜为原四球摩擦磨损试验机自带电镜，放 大倍数为250倍，得到的磨斑形貌见图2。
(C)磷酸酷 （d)二S基五硫化物
图2长磨钢球表面磨斑的电镜形貌250X
由图2可知，在相同的试验条件下，磨斑直径的变 化趋势为30号变压器油>氯化石蜡添加剂>磷酸酯添 加剂 >二烷基无硫化物添加剂。磨斑直径越小说明添 加剂的减磨、抗磨性能越优异。30号变压器油乳化条 件下的钢球表面的划痕较深，在加人氯化石蜡后，钢球 表面很明显地变光滑，犁沟变浅，说明氯化石蜡在乳化 液中具有一定的抗磨性，这是由于在长磨过程中，氯化 石蜡中的氯与钢球表面产生化学反应，生成了氯化铁 所致；而加人磷酸酯后，磨斑直径明显变小，钢球表面 划痕线，没有犁沟，这主要是由于磷酸酯极性较大，容 易吸附在钢球表面，形成一层润滑膜，增加30号变压 器油的油膜强度，在长磨过程中显著降低摩擦系数，从 而使得磨斑直径变小；加人二烷基五硫化物后，磨斑直 径变小，摩擦系数降低，这是由于二烷基五硫化物中含 有氮元素，与钢球表面发生反应形成保护膜，并且二烷 基五硫化物容易吸附在钢球表面，有效地抑制了钢球 与钢球摩擦副之间的直接接触，从而表现出较好的减 磨效果。
2.3乳液稳定性研究
乳液稳定性是乳化切削液的一个重要指标，如果乳化液母液不稳定，产品容易出现分层、不乳化、结成 果冻状等现象。确定乳化液是否稳定的最好办法是将 该产品静置观察l a，但耗时太长。因此需要一些加快 老化进程的方法。本工作参考ATSM的D3707方法，取 100 mL乳化液样品在55尤下储存12 h后降温至常温，放人0 T冰箱内储存12 h，观察乳化液样品的外观。
由于乳化液本身需要用水稀释后再使用，因此还 需要评定其稀释液的稳定性。稀释液的稳定性取决于 乳化液母液的产品质量和用来稀释的水质。测定稀释 液的稳定性具体步骤是：使用100 mL的量筒，在95 m L 的水（150 m g/L的碳酸钙）中加人5 mL乳化液母液，用塞子塞住量筒，倒转180°，然后再回到原来的垂直位 置，充分摇勻后静置24 h，测定浮油或分脂的量，以此 判断稀释液的稳定性。
表3为不同乳化剂的乳化液的稳定性。从表3可 以看出，采用EN-50作为表面活性剂，调制的乳化液母 液高、低温稳定性及5 %稀释液稳定性都达到要求。
2.4乳化液配方的确定及其性能指标
由于在产品研制过程中，秉承一剂多用的原则，对 选用的几种添加剂进行合理的配对，
能达到各种性能指
第54卷•第1期.2021年1月
10S多功能开瓶器
表3
不同乳化剂的乳液稳定性
项目A
B
挤压比C
D
30号变压器油74666969防锈复合包15151515四聚蓖麻油酸酯
10101010二烷基五硫化物
5555杀菌剂
3333A E 038---S P -80-8--R T 42--8-E N -50
---855 t 稳定性分层透亮透亮透亮0 t 稳定性透亮浑浊透亮透亮5%稀释液稳定性
无析油
析油
析皂
无析油
标增效的效果。根据以上试验结果，通过正交试验筛选和配方优化，研制的重负荷乳化液的最终配方见表4。
表4
乳化液浓缩液的组成（质量分数）成分w/°/o
30号变压器油59.9四聚蓖麻油酸酯
10.0二烷基五硫化物
5.0防锈剂复合包
10.0A M P -95 胺 2.0E N -50乳化剂8.0M B M 杀菌剂
3.0145偶合剂
2.0M S 575消泡剂
0.1
表5为研制的重负荷乳化液与在国内某大型模具 钢加工企业成功应用的同类进口乳化液的性能指标进 行的比较。通过对比可以看出，研制的重负荷乳化液 与进口产品的各项理化性能指标一致，且都不含对环 境有污染的氯化石蜡、亚硝酸盐、苯酚等物质。
3结论
(1) 四聚蓖麻油酸酯具有优异的润滑性能，在乳化
液配方中添加10%能有效提高乳化切削液在6061铝 合金的攻丝扭矩效率。
(2)
通过四球摩擦磨损试验机考察了含有二烷基
五硫化物、氯化石蜡、磷酸酯在乳化切削液的润滑极压 性能。结果表明：二烷基五硫化物和磷酸酯在抗磨减 磨性能方面明显优于氯化石蜡，当二烷基五硫化物添 加量为5%时，乳化切削液的抗磨、减磨效果最佳。
(3)
制备出的重负荷乳化切削液加工性能好，能用 于铸铁、碳钢、不镑钢、模具钢等材质加工，效果良好，
能有效替代切削油。
表5
重负荷乳化液与同类进口乳化液产品性能指标对比项目
研制微乳液进口微乳液
实验方法
浓缩液外观
棕透明液红棕透明液目测
密度（2〇r )/(g .C n T 3) 1.005 6 1.011 5G B /T 1884
含量/%7675折光仪折光仪系数1.01.0头部跟踪
折光仪
储存性无分层、
无相变
无分层、 无相变
高温:55 U
4 h 低温:0丈，24 h 组成不含氯、苯酚、不含氯、苯
亚硝酸钠酚、亚硝酸钠
-
5 %稀释液外观
半透明液体半透明液体
目测微生物发酵床
p H
值
9.39.5p H 试纸
消泡性/[rnL *(10 min )_1 ]0
G B /T 6144乳液稳定性丨5~35 t ,24h ,m L S H /T 0365
析油无无析皂
无
无
防锈试验铸铁（35±2) t G B /T 6144
单片24 h A 级A 级叠片8 h A 级
A 级
腐蚀试验（5±2) ^G B /T 6144
铸铁24h A 级A 级紫铜8 h A 级A 级铝片8 h
A 级
A 级
硬水适应性/( m g *L _1)>500>500自建
长磨摩擦系数
0.0980.102G B /T 3142D / m m
0.51
0.53
G B /T 3142
[
参考文献
]
[1 ]
孙建国，刘镇昌.论绿切削液的必要性和可行性[J].润滑与密封，2001,26(2): 68-69.
[
2
]
巩清叶，余来贵.环境友好润滑剂及其添加剂的摩擦学 研究现状[J ].润滑与密封，2000,25(5): 65-68.
[3 ]
S K O L D , R O L F. M e t h o d of producing a n a m i d e product m i x ture, a n a m i d e product mixture a n d the use thereof ： 5523431 [P ], 1996-06-04.
[4]
洪泾•切削液中聚合酯取代氯化石蜡的性能研究[J]. 润滑油,2010,8(1) :39-43.
[ 5 ]
冯君茜，胡德栋.极压微乳化切削液的研制与应用[J]. 润滑与密封,2005,30(9) :157-161.
[
6
]
巩清叶，几种硫代磷酸酯在菜籽油中的摩擦学和抗乳化
性能研究[J ].摩擦学学报，2003,2(4) :311-315.
[7]
程秀莲，李广宇，庄园.通用型高性能微乳切削液的研
制[】].润滑与密封,2010,35(6):101-103.
[编校：王
宇
]
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议