專利名稱：：燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水基切削液及其制備方法，尤其涉及一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液及其制備方法。
背景技術(shù)：
：金屬切削液是金屬切削加工的重要配套材料。在金屬切削加工中，合理使用切削液，能夠減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減少刀具磨損，可以提高切削效率和加工質(zhì)量，延長刀具使用壽命，降低加工成本。隨著切削技術(shù)的提高，切削液的種類越來越多。按其類型大體可以分為油基切削液和水基切削液兩大類。油基切削液多采用礦物油、脂肪油、混合油和極壓油為原料，一般潤滑性良好，但冷卻性能較差。用在高速和重切削等加工過程中，因劇烈地冒煙而惡化壞境衛(wèi)生，甚至有引起火災(zāi)的危險。由于油的飛濺和散落也加劇了對環(huán)境的污染，同時為防止氧化變質(zhì)、提高其潤滑極壓性能，往往需要添加含氯、硫、磷的有機(jī)物極壓劑、油性劑、防銹劑和抗氧劑等。這些添加劑均為對人體健康有影響的有機(jī)化合物，已被美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)限制使用。水基切削液具有冷卻效果好、可節(jié)約能源和提高工作效率等特點(diǎn)，日漸廣泛應(yīng)用于金屬加工工藝中，并且有逐步替代油基潤滑劑的趨勢。其中尤以全合成型水基切削液的優(yōu)異性更為突出。與傳統(tǒng)的含礦物油乳化液(乳化油型)和微乳化液(又稱半合成液)相比，高水基全合成型切削液由于完全不含機(jī)械油，在清洗性、防銹性、冷卻性、加工可視性、抗菌性和穩(wěn)定性等方面都具有顯著的特點(diǎn)，因而逐漸獲得廣泛的應(yīng)用。我國機(jī)械行業(yè)用的切削液是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的配方研制而成，為油基乳化液，其成分中或多或少地含有亞硝酸鈉，對使用者具有致癌、致畸變等副作用，使用過程中易發(fā)生變質(zhì)、氣味嚴(yán)重、污染環(huán)境等，研制環(huán)保型水基切削液勢在必行。由于我國這方面的研發(fā)工作相對落后，近年來國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)在環(huán)保型水基合成切削液的研究開發(fā)己逐漸重視和加大了研發(fā)力度，不同單位研制的環(huán)保型水基合成切削液配方組成也各有特點(diǎn)，如黑龍江商學(xué)院發(fā)明的《精車螺紋切削液》(專利申請?zhí)?7102235),這種切削液以精制礦物油為基礎(chǔ)油，基礎(chǔ)油中加有一組復(fù)合添加劑，該復(fù)合添加劑由玉米油、苯三唑脂肪胺的反應(yīng)物、氯化石蠟及石油磺酸鋇所組成，該切削液具有優(yōu)良的抗磨、抗極壓性能、無臭味、無毒，是運(yùn)用于精車螺紋環(huán)規(guī)的切削液，但由于有植物油的存在，仍然存在使用時間過長后切削液的變質(zhì)問題；北京第一機(jī)床廠發(fā)明的《一種水基無油切削液》(專利申請?zhí)?6102438)，該發(fā)明為一種用于機(jī)械加工的水基無油切削液。其特征是配方中不含任何礦物油和植物油，成本低、配制簡單、污染很小、無臭無味，但仍然存在使用時間不長和潤滑、防銹性能差等問題；第一汽車制造廠工藝研究所和吉林省東遼縣乳化油廠聯(lián)合研制的《長壽命集中潤滑合成型切削液》(專利申請?zhí)?1105163.5)，該切削液為一種含有硼化物，殺菌劑混合物和羧酸及其鹽的添加劑，并且不含礦物油的合成型切削液。適用于鋼、鑄鐵、球鐵和鋁等材料的多種加工形式的集中潤滑系統(tǒng)，由于有殺菌劑混合物存在，因而有一定的毒副作用；美國辛辛那提米勒克朗公司研制的《硫化水性切削液組合物》(專利申請?zhí)?4108478.7)該發(fā)明提供的水性切削液組合物，特別是水性金屬加工液組合物，在金屬和固體非金屬工作件的機(jī)械成型和加工中顯示出改進(jìn)的摩擦力降低和改進(jìn)的壓力降低。這些組合物包含a)水，b)硫化有機(jī)物質(zhì)，該物質(zhì)選自由含6-22個碳原子的硫化不飽和脂族羧酸及其鹽，含1-22個碳原子的脂族羧酸的硫化不飽和酯，硫化聚合不飽和脂肪酸及其鹽和酯，以及它們的混合物所構(gòu)成的一個組，c)硫化烴和d)二垸基二硫代氨基甲酸的脂族酯，然而硫化烴的存在或多或少地對環(huán)境有影響；日本信越半導(dǎo)體株式會社和大智化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社共同研制的《水基組合物、使用此組合物的水基切削液、其制造方法和使用此切削液的切削方法》(專利申請?zhí)?9800279.8)提供一種能夠抑制對操作環(huán)境和地球環(huán)境的沖擊，同時具有磨料高分散性并能夠防止沉淀物硬餅化的水基切削液。但其廢液必須用活性污泥進(jìn)行處理，增加處理成本。由趙剛研制的長效綠色切削液及其制備方法(專利申請?zhí)?2113044.2)中提供了一種無毒副作用、無排放、無污染，能提高金屬零件精度、性能的切削液，這種長效切削液由多種酸經(jīng)過高溫反應(yīng)合成為水溶性脂，以脂為單體，加上極性劑、防銹劑、抗泡劑、金屬緩蝕劑、離子型表面活性劑等聚合成水溶液。但制造工藝較為復(fù)雜，尚存在產(chǎn)品一致性等問題。燒結(jié)釹鐵硼后加工中主要包括切片、磨片、打孔等工藝，其后加工中必須使用具有良好的潤滑、防銹和冷卻效果的切削液。釹鐵硼產(chǎn)品由于產(chǎn)品本身含有稀土元素，化學(xué)性質(zhì)活潑、粉末冶金體有空隙、不同金屬間易形成原電池反應(yīng)等，產(chǎn)品易氧化、易腐蝕，一般的水基切削液難以完全滿足其加工的要求。從已有的專利、文獻(xiàn)和技術(shù)看，現(xiàn)有的切削液(包括以上所列舉的各種切削液)主要可應(yīng)用于鐵、鋁、銅等金屬切、磨等加工，但目前沒有針對燒結(jié)釹鐵硼后加工的水基切削液產(chǎn)品。因此，開發(fā)一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成環(huán)保型防銹抗菌長效水基切削液就勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，該水基切削液不含礦物油、亞硝酸鹽、三氯苯、烷基取代苯酚、硅消泡劑等對人體有害和造成環(huán)境污染的成分，特別適用于燒結(jié)釹鐵硼材料的磨削、打孔等后加工中使用，對釹鐵硼特質(zhì)材料具有優(yōu)良的切削、冷卻、潤滑、防銹作用。本發(fā)明的另一目的在于提供一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的制備方法。本發(fā)明的解決方案是一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其按以下重量百分比的原料制成-一元或二元羧酸2%9%;三乙醇胺或二乙醇胺中的至少一種2%20%;水溶性硫代磷酸酯鹽0.1%2%;水溶性稀土配合物0.1%~2%;分子量為200600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中的至少一種2%20%;pH穩(wěn)定劑0.01%0.1%;抗硬水劑0.01%0.1%;水余量。上述各成分優(yōu)選范圍為一元或二元羧酸5%8%;三乙醇胺或二乙醇胺中的至少一種10%15%;水溶性硫代磷酸酯鹽0.5%1%;水溶性稀土配合物0.5%1%;分子量為200600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中的至少一種10%15%;pH穩(wěn)定劑0.05%0.07%;抗硬水劑0.05%0.7%;水余量。在上述各種原料中，一元或二元羧酸為良好的螯合劑，可以與稀土元素形成穩(wěn)定的化合物，并吸附于釹鐵硼磁性材料待加工件表面，形成均勻一致的分子膜，對于釹鐵硼磁性材料的加工有良好的防銹性和潤滑性。三乙醇胺、二乙醇胺是優(yōu)良的潤滑劑、pH調(diào)節(jié)劑、殺菌劑等，能與一定比例的一元或二元羧酸反應(yīng)生成酯和酰胺，這些產(chǎn)物對材料加工過程中的防銹性和潤滑性起到協(xié)同作用。水溶性硫代磷酸酯鹽作為防銹劑，水溶性稀土配合物作為稀土防氧化劑，對于釹鐵硼磁性材料的防銹和防氧化十分重要，在切削液中少量比例的添加防銹劑和稀土防氧化劑可以改善釹鐵硼磁性材料在加工過程中的氧化和銹蝕，特別適用于釹鐵硼磁性材料的加工，同時還是較好的防止切削液變質(zhì)的痕量添加劑。潤滑劑是改善切削液在加工過程中的切削速度、工件間的貼片情況重要的添加劑，本發(fā)明選擇分子量為200600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中的至少一種為潤滑劑。在切削液中添加pH穩(wěn)定劑可以防止切削液在加工過程中pH波動而影響加工質(zhì)量，可為四硼酸鈉、pH^89磷酸緩沖液，優(yōu)選為四硼酸鈉。在切削液中添加抗硬水劑，優(yōu)選為乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、羥乙二胺四乙酸、二羥乙基甘氨酸、乙二胺四乙酸、水溶性乙二胺四乙酸鹽、水溶性二乙基三胺五乙酸鹽、水溶性羥乙二胺四乙酸鹽、水溶性二羥乙基甘氨酸鹽或水溶性乙二胺四乙酸鹽，所述水溶性鹽是指鉀、鈉、銨鹽?？褂菜畡┛梢苑乐骨邢饕涸趯?shí)際使用過程中稀釋用水硬度過高而帶來的切削液壽命縮短等問題。本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液原料中所用的一元或二元羧酸是指具有一個或兩個羧基的羧酸，它們可以是飽和的和不飽和的，優(yōu)選的一元或二元羧酸選自具有620個碳原子的脂肪一元或二元羧酸，進(jìn)一步優(yōu)選為己二酸、油酸、碳十四酸或烯基丁二酸。本發(fā)明所述水溶性硫代磷酸酯鹽優(yōu)選二硫代磷酸二乙醇胺油酸酯鉬酸鹽或二硫代磷酸三乙醇胺油酸酯鉬酸鹽;所述水溶性稀土配合物優(yōu)選二壬基酚聚氧乙烯醚碳酸鈰或二壬基酚聚氧乙烯醚草酸鈰。制備本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的方法依次由以下步驟組成a.按照原料組分加入所需原料；b.加熱攪拌回流，加熱溫度7015(TC，攪拌速度1001000r/min;c.反應(yīng)18小時后，冷卻至室溫。本發(fā)明所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的制備方法，其所述加熱溫度優(yōu)選為卯110'C,攪拌速度優(yōu)選為350500r/min，反應(yīng)時間優(yōu)選為24小時。本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，成本低廉，不含礦物油、亞硝酸鹽、三氯苯、烷基取代苯酚、硅消泡劑等對人體有害和造成環(huán)境污染的成分，特別適用于燒結(jié)釹鐵硼材料的磨削、打孔等后加工中使用，對釹鐵硼特質(zhì)材料具有優(yōu)良的切削、冷卻、潤滑、防銹作用。本發(fā)明燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的制備方法，操作步驟簡單，有利于推廣應(yīng)用。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1反應(yīng)釜中先加入表1原料配方中所需用量一半的水，然后一次加入己二酸、三乙醇胺、二硫代磷酸二乙醇胺油酸酯鉬酸鈉、二壬基酚聚氧乙烯醚碳酸鈰、分子量為400的聚乙二醇、分子量為400的聚乙烯醇、分子量為400的聚丙二醇、四硼酸鈉pH穩(wěn)定劑、乙二胺四乙酸抗硬水劑及剩余一半量的水，7(TC下以100r/min的攪拌速度攪拌，回流反應(yīng)l小時后，冷卻至室溫即得到所需產(chǎn)品。實(shí)施例212的操作步驟同實(shí)施例1，原料物質(zhì)、原料配方及制備條件參數(shù)見表1所示。表1本發(fā)明實(shí)施例212原料組分及制備參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>檢驗參照GB6144.1985,GB3142.1982，SY1374.1977,JB1470.1981標(biāo)準(zhǔn)，專門針對本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液進(jìn)行實(shí)驗，所得產(chǎn)品驗收結(jié)果見表2。表2本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液檢驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注表中"20%溶液"為本發(fā)明產(chǎn)品與水的重量比為1:4混合而成。從表2可以看出，本發(fā)明的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液具有優(yōu)良的防腐蝕性、防銹性、消泡性及適應(yīng)性，各項指標(biāo)均符合國內(nèi)外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。還采用鄰甲氧基苯酚偶聯(lián)光度法測定本發(fā)明產(chǎn)品中的亞硝酸鹽。其基本原理為在室溫下，亞硝酸鈉和苯胺反應(yīng)生成重氮鹽，在堿性介質(zhì)中(pH〉9.5)，重氮鹽與鄰甲氧基苯酚偶聯(lián)顯色，其最大吸收波長為452nm。以亞硝酸鈉溶液建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果表明實(shí)施例l-12所得產(chǎn)品中均未檢出亞硝酸鹽。也采用Agilent68卯N-5973NGC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀測定本發(fā)明實(shí)施例1-12所得產(chǎn)品中的三氯苯、烷基取代苯酚含量。主要實(shí)驗條件為色譜柱DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(30mx0.25mmI.D.,0.25um,美國J&W科技公司)。色譜與質(zhì)譜條件見表3。表3測定本發(fā)明產(chǎn)品中的三氯苯、烷基取代苯酚含量的色譜與質(zhì)譜條件<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用上述實(shí)驗條件，分別對實(shí)施例l-12所得產(chǎn)品的10%甲醇溶液和乙酸乙酯萃取液中的三氯苯、垸基取代苯酚含量進(jìn)行定性、定量檢測。結(jié)果表明實(shí)施例1-12所得產(chǎn)品中均未檢出三氯苯、烷基取代苯酚。另外，還對本發(fā)明切削液進(jìn)行了切削使用試驗，被加工產(chǎn)品為NdFeBVCM磁性材料(含Nd，F(xiàn)e，B，Al,Co,Dy等元素)，硬度HV620。(1)加工工序及工藝參數(shù)(a)切削工序設(shè)備型號J0506E1型內(nèi)圓切片機(jī)切削用量主軸轉(zhuǎn)速n=3000r/min;軸向最大位移量為100mm，橫向最大位移為110mm;切削有效行程60mm。(b)輪廓磨削工序設(shè)備型號JS0070型組合輪廓磨床。磨削用量主軸轉(zhuǎn)速n=3000r/min;軸向最大進(jìn)給量為5mm;雙邊磨削余量t=0.4mm。磨削有效行程200mm。(2)切磨削刀具(a)內(nèi)圓切片機(jī)采用NQD-246刀片。(b)輪廓磨床采用100-150目金剛石砂輪。(3)冷卻方式(a)內(nèi)圓切片機(jī)采用自然冷卻。(b)輪廓磨床采用冷卻機(jī)循環(huán)冷卻。(4)切削液配比濃度(a)內(nèi)圓切片采用25%重量百分比的本發(fā)明切削液溶液(本發(fā)明切削液水=25:75)。(b)輪廓磨加工采用5%重量百分比的本發(fā)明切削液溶液(本發(fā)明切削液:水=5:95)。實(shí)驗結(jié)果VCM切片的精度要求為1.16±0.03，表面粗糙度Ra1.6;輪廓磨加工工序精度要求為內(nèi)弧度尺寸11.10士0.01,外弧尺寸18.70±0.01，線輪廓度為0.3，表面粗糙度Ral.6。兩種工序試用及正常使用l年時間均能滿足尺寸和形狀精度要求，內(nèi)圓切刀片在切割1700片VCM,產(chǎn)品表面粗糙度在Ra1.6以內(nèi)，切削效率正常；輪廓磨VCM表面粗糙度在加工數(shù)量100000只以內(nèi)Ra值為1.6,磨削效率正常，后續(xù)工序未發(fā)生因粗糙度而引起的加工廢品，且最終加工質(zhì)量完全符合圖紙要求，在整個工藝流程中未發(fā)現(xiàn)因使用這種水溶性切削液引起的VCM銹蝕現(xiàn)象。本發(fā)明所述燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，通過實(shí)驗證明發(fā)明得到的水基切削液特別適用于燒結(jié)釹鐵硼材料的磨削、打孔等后加工中使用，對釹鐵硼特質(zhì)材料具有優(yōu)良的切削、冷卻、潤滑、防銹作用。能夠滿足釹鐵硼磁性材料切削、磨削等加工的尺寸、形狀精度和表面粗糙度的要求，刀具未發(fā)現(xiàn)異常磨損，設(shè)備和工件未發(fā)^L銹蝕，人身沒有不適感覺，與使用煤油、及國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比對生產(chǎn)效率沒有影響，產(chǎn)品價格低于國外同類產(chǎn)品。產(chǎn)品pH值波動低于國外同類產(chǎn)品。產(chǎn)品潤滑性、沉降能力、冷卻效率、抗腐蝕能力可以抗衡于國外同類產(chǎn)品。該發(fā)明操作步驟簡單，成本低廉，產(chǎn)品不含礦物油、亞硝酸鹽、三氯苯、垸基取代苯酚、硅消泡劑等對人體有害和造成環(huán)境污染的成分。本發(fā)明的上述實(shí)施方案是對本發(fā)明的說明而不能用于限制本發(fā)明，與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1、一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于按以下重量百分比的原料制成一元或二元羧酸2％～9％；三乙醇胺或二乙醇胺中的至少一種2％～20％；水溶性硫代磷酸酯鹽0.1％～2％；水溶性稀土配合物0.1％～2％；分子量為200～600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中的至少一種2％～20％；pH穩(wěn)定劑0.01％～0.1％；抗硬水劑0.01％～0.1％；水余量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于按以下重量百分比的原料制成一元或二元羧酸5%8%;三乙醇胺或二乙醇胺中的至少一種10%15%;水溶性硫代磷酸酯鹽0.5%~1%;水溶性稀土配合物0.5%~1%;分子量為200600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中的至少一種10%15%;pH穩(wěn)定劑0.05%0.07%;抗硬水劑0.05%0.07%;水余量。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述一元或二元羧酸為具有620個碳原子的脂肪一元或二元羧酸。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述水溶性硫代磷酸酯鹽為二硫代磷酸二乙醇胺油酸酯鉬酸鹽或二硫代磷酸三乙醇胺油酸酯鉬酸鹽;所述水溶性稀土配合物為二壬基酚聚氧乙烯醚碳酸鈰或二壬基酚聚氧乙烯醚草酸鈰。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述pH穩(wěn)定劑為四硼酸鈉或pH為8-9的磷酸緩沖液。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述抗硬水劑為乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、羥乙二胺四乙酸、二羥乙基甘氨酸、乙二胺四乙酸、水溶性乙二胺四乙酸鹽、水溶性二乙基三胺五乙酸鹽、水溶性羥乙二胺四乙酸鹽、水溶性二羥乙基甘氨酸鹽或水溶性乙二胺四乙酸鹽。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述一元或二元羧酸為己二酸、油酸、碳十四酸或烯基丁二酸。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其特征在于所述pH穩(wěn)定劑為四硼酸鈉。9、一種權(quán)利要求1所述燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的制備方法，其特征在于該方法由以下步驟組成a.按照原料組分加入所需原料；b.加熱攪拌回流，加熱溫度70150'C，攪拌速度1001000r/min;c.反應(yīng)18小時后，冷卻至室溫。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液的制備方法，其特征在于所述加熱溫度為90110。C，攪拌速度為350500r/min，反應(yīng)時間為24小時。全文摘要本發(fā)明涉及一種燒結(jié)釹鐵硼用全合成水基切削液，其按以下重量百分比原料制成一元或二元羧酸2％～9％；三乙醇胺或二乙醇胺中至少一種2％～20％；水溶性硫代磷酸酯鹽0.1％～2％；水溶性稀土配合物0.1％～2％；分子量為200～600的聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇中至少一種2％～20％；pH穩(wěn)定劑0.01％～0.1％；抗硬水劑0.01％～0.1％；水余量。制備方法為a.按照原料組分加入所需原料；b.加熱攪拌回流，加熱溫度70～150℃，攪拌速度100～1000r/min；c.反應(yīng)1～8小時后，冷卻至室溫。該切削液成本低廉、環(huán)保長效抗菌，對釹鐵硼具有優(yōu)良的切削、冷卻、潤滑、防銹作用。文檔編號C10M173/00GK101191099SQ200710157030公開日2008年6月4日申請日期2007年11月17日優(yōu)先權(quán)日2007年11月17日發(fā)明者周小清,姚宇良,梁樹勇,沈昊宇申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院