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切削液用添加剂简介

2014-06-11   

  为了改善切削液的性能所加入的化学物质,称为添加剂。常见的有油性和极压添加剂、防锈添加剂、防霉添加剂、抗泡沫添加剂以及乳化剂等
  一、油性添加剂和极压添加剂
  油性添加剂主要应用于低压低温边界润滑状态,它在金属切削过程中主要起渗透和润滑作用,降低油与金属的界面张力,使切削油很快渗透到切削区,在一定的切削温度作用下进一步形成物理吸附膜,减小前刀面与切屑、后刀面与工件之间的摩擦。

  在极压润滑状态下,切削液中必须添加极压添加剂来维持润滑膜强度。常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物,这些化合物在高温下与金属表面起化学反应,生成化学吸附膜,它比物理吸附膜的熔点高得多,可防止极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触,减小摩擦,保持润滑作用。常用极压添加剂如下:
  (1)含硫的极压添加剂:在切削液中引入硫元素有两种方式,一是用元素硫直接硫化的矿物油,叫硫化切削油;二是在矿物油中加入含硫的添加剂,如硫化动植物油、硫化烯烃和硫、氯化动植物油等,制成极压切削油。硫化切削油对铜及铜合金有腐蚀作用,加工时气味大,已逐渐被极压切削油所代替。含硫的极压切削油在金属切削过程中和金属起化学反应,生成硫化铁。硫化铁没有像氯化铁那样的层状结构,比氯化铁摩擦系数大,但熔点高(硫化铁熔点1193℃,二硫化铁熔点117l℃),硫化膜在高温下不易破坏,故切削钢件时,能在1000℃左右的高温下,仍保持其润滑性能。
  (2)含氯的极压添加剂:常用的含氯极压添加剂有氯化石蜡(氯含量为40%—50%)、氯化脂肪酸或酯类等。氯的化学性能活泼,在200—300℃时即能与金属表面起化学反应。氯化物的摩擦系数低于硫化物,故含氯极压添加剂具有优良的润滑性能,含氯极压添加剂的切削液约可耐600℃的高温,特别适合于切削合金钢、高强度钢、钼以及其他难切削材料。氯化石蜡等有腐蚀性,必须与油溶性防锈添加剂一起使用。有的资料[30]认为含氯添加剂的重点应放在四氯化碳这一类高挥发性的添加剂,因为它能渗入切屑、工件与刀具界面间的微裂缝中,同时又能防止冷焊磨损的发生。但因四氯化碳会挥发出有害气体,所以国内很少采用。
  (3)含磷的极压添加剂:在切削液中,常用的含磷添加剂是有机磷酸酯或硫代磷酸锌。这类添加剂有中等的极压性能,与钢铁接触即被吸附,并起化学反应,生成磷酸铁化学润滑膜,降低摩擦、减小磨损的效果比含硫、含氯的极压添加剂更为良好。
  为了得到效果较好的切削液,往往在一种切削液中加入上述的两种或三种添加剂,复合使用,以便切削液迅速进入高温切削区,形成牢固的化学润滑膜。
  二、防锈添加剂
  为了使机床、刀具、工件不受腐蚀,要在切削液中加入防锈添加剂。它是一种极性很强的化合物,与金属表面有很强的附着力,在金属表面上优先吸附形成保护膜,或与金属表面化合形成钝化膜,保护金属表面不与腐蚀介质接触,因而起到防锈作用。常用的防锈添加剂,可分为水溶性和油溶性两大类:
  (1)水溶性防锈添加剂:水溶性防锈添加剂的品种很多,其中以亚硝酸钠在乳化液和水溶液中的应用较为广泛。亚硝酸钠基本上没有润滑性能,在碱性介质中对钢铁有防锈作用,用量一般控制在0.25%左右,浓度再高则对操作者皮肤有害。亚硝酸钠的防锈作用,对有色金属(如铜、铝及其合金等)无效,甚至起腐蚀作用。加工铜的乳化液或水溶液,宜用苯骈三氮唑为防锈添加剂,加入0.01%—0.1%即见效果。应当注意,水溶性防锈添加剂用于乳化液时,用量不宜过大,因为它们大多是电解质,用量过大会破坏乳化液,致使油水分离。
  (2)油溶性防锈添加剂:油溶性防锈添加剂主要应用于防锈乳化液,也有用于切削油的。在使用过程中,常常将各种具有不同特点的防锈剂复合使用,以达到综合防锈的良好效果。如添加氧化石油酯及其皂类,能提高耐大气腐蚀性能;添加胺类,能提高油脂的抗氧化性,中和酸性物质,添加羊毛脂及其皂类,能提高吸附性。
  三、防霉添加剂
  乳化液长期使用以后,容易变质发臭,这是由于细菌繁殖的结果。只要加入万分之几的防霉添加剂,即可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。但防霉添加剂会引起操作者皮肤起红斑、发痒等,所以一般不用。

  四、抗泡沫添加剂


  切削液中一般都加入防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂,这些物质增加了混入空气而形成泡沫的可能性。如果泡沫过多,会降低切削液的效果。若加入百万分之几的抗泡沫添加剂(如二甲基硅油),可以有效地防止形成泡沫。在高速强力磨削时,由于会产生比较多的泡沫,所以必须在磨削液中添加适量的抗泡沫剂,并作消泡试验。

  五、乳化剂


  乳化液是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的关键性物质。它能吸附在油水界面上形成坚固的吸附膜,使油很均匀地分散在水中,形成稳定的乳化液。
  (1)乳化液形成的机理(表面活性剂的作用):油水本来是互不相溶的,经过高速搅拌也能形成分散体,但静置后不久还会分离。若加入表面活性剂后,再加搅拌混合,油就会以微小的颗粒分散在水中,形成稳定的乳化液,即使静置也难分离。这是因为表面活性剂是一种有机化合物,它的分子是由极性基团和非极性基团两个部分组成助。极性基因是亲水的,叫做亲水基团,可溶于水;非极性基团是亲油的,叫做亲油基团或憎水出由,可溶于油。
  加入油和水中的表面活性剂能定向地排列吸附在油水两相界面上,极性端朝水,非极性端朝油,把油和水连接起来,降低油—水的界面张力,使油以微小的颗粒稳定地分散在水中,形成稳定的水包油(0/W)乳化液。这时水为连续相,称为分散介质或外相;油为不连续相,称为分散相或内相。反之就是油包水(W/O)的乳化液。在金属切削加工中应用的是水包油(O/W)的乳化液。
  表面活性剂在乳化液中,除了起乳化作用外,还能吸附在金属表面上形成润滑膜,起油性添加剂的润滑作用。
  (2)表面活性剂的种类:表面活性剂的种类和牌号很多,但按其性质和分子结构,大体可分为四类:阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型。在配制乳化液时,应用最广泛的是阴离子型和非离子型的表面活性剂(详见表8—2)。
  阴离子型表面活性剂的特点是乳化性能好,并有一定的清洗和润滑性能,有的还有—定的防锈性能,但抗硬水能力差,易起泡沫。
  非离子型表面活性剂在乳化液和水溶液中不产生离子,所以不怕硬水,也不受PH值(酸碱值的大小)的限制,而且分子中的亲水、亲油基可根据需要加以调节。
  (3)乳化稳定剂:乳化液中加入稳定剂的作用有两个方面:一是使乳化油中的皂类借稳定剂的加溶作用与其他添加剂充分互溶,以改善乳化油及乳化液的稳定性;二是扩大表面活性剂的乳化范围,提高稳定性。但是,在使用乳化稳定剂低分子醇时,应特别注意,因它同时又是破乳剂,如用量过大会造成油水分层。

关键词:切削液,添加剂,乳化液,防锈, | 作者 :

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