1.背景

    切削液在機(jī)械加工領(lǐng)域扮演重要角色，應(yīng)用非常廣泛。然而，切削液被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)，給人類創(chuàng)造巨大的效益的同時，也給人類生存環(huán)境帶來了極大的問題。目前金屬切削加工將向高速、強(qiáng)力和高精度方向發(fā)展，現(xiàn)代苛刻的加工條件對切削液的質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，研究和開發(fā)對人類和環(huán)境友好的高性能切削液是必然的趨勢。

2.金屬加工液的分類

    在金屬加工作業(yè)中，切削油基本上可分為油性切削油、水溶性切削油兩大類。金屬加工液的作用主要是：冷卻作用，潤滑作用，清洗作用，防銹作用，腐蝕保護(hù)。

2.1油性切削油

    油性切削油一般多以低粘度礦物油為基礎(chǔ)油，再與其他添加劑在一定的條件下調(diào)合制成，使用時不需要再用水稀釋，也稱為非可溶性油。

    油性切削油一般而言潤滑性相對較好，使用壽命長，防銹性較好、對皮膚刺激較小，但是在高速加工，溫度較高的條件下有可能產(chǎn)生較大的煙霧，嚴(yán)重時可能發(fā)生著火的現(xiàn)象。高粘度油較稠密，分子較大，有較佳的潤滑性及較大的金屬表面隔離能力，但是流動性及冷卻性不如低粘度油，一般用于低速加工及加工負(fù)荷較高的場合，如沖壓、拉拔、冷鐓等成型加工場合。

2.2水溶性切削油(又稱乳化液)

    一般水溶性切削油為濃縮液，使用時再依需要比例加水稀釋，又稱可溶性油。稀釋后的水溶性切削油稱之為乳化液，因其外觀酷似肥阜溶液，工廠里有人稱之為肥阜水。

    水溶性切削油的基本組成為礦物油、表面活性劑、防腐蝕劑、防銹添加劑、水與其它添加劑。可溶性油按照其乳液形態(tài)又可分為三大類，即乳化液、全合成切削液和半合成切削液三種。

2.2.1乳化液

    使用時由乳化油與水按照一定比例配置而成。乳化油主要是由礦物油與一些特種添加劑組成，乳化油的礦油成分最高可達(dá)85%，與切削純油相反，業(yè)內(nèi)認(rèn)為乳化油所用的基礎(chǔ)油采用芳香烴含量更高的環(huán)焼徑更為合適，因?yàn)樗鼘μ砑觿┤芙庑愿鼮槔硐耄�乳化效果會更好。其他特種添加劑主要為一些表面活性劑、防銹劑、油性劑、極壓劑和防腐劑等。乳化油的稀釋液外觀不透明，呈乳白色，因其色澤與肥阜的的溶液相似，因此在工廠里俗稱肥阜水。乳化液中乳液顆粒直徑在1~10μm乳化液相對而言潤滑性比較好，可用于加工負(fù)荷較高的場合、如攻絲、拉削等。但他的缺點(diǎn)就是抗菌性差易變質(zhì)。

2.2.2全合成切削液

    全合成切削液是不含礦物油的水基產(chǎn)品。他的稀釋液顆粒直徑可以小到0.03μm. 全合成切削液的大量成分是水，因此具有良好的冷卻左右，但是水沒有防銹性和潤滑性，這些功能必須通過大量的防銹劑和潤滑劑來提供，已達(dá)到油劑產(chǎn)品的加工性能。全合成切削液的潤滑劑基本是一些環(huán)氧乙燒的衍生物如聚酸或酯類物質(zhì)，也有水溶性的磺化植物油等。

    全合成切削液一般含有醇胺等物質(zhì)，以此來提供腐蝕抑制和Ph緩沖性能。最早時候亞硝酸鹽廣泛作為防銹劑在全合成切削液中使用，但由于其致癌作用已經(jīng)被逐步棄用，逐漸被硼酸鹽和幾酸胺等物質(zhì)所替代。而苯并三氮哩或其衍生物及噻挫類衍生物則被廣泛用于有色金屬的防腐。

    全合成切削液由于沒有礦物油這些細(xì)菌營養(yǎng)物，因此全合成切削液的抗菌性普遍較好，使用壽命較長。全合成切削液的稀釋液是透明的，具有良好的可見性。

2.2.3半合成切削液

    半合成切削液亦稱微乳液，它通常是外觀透明或半透明的濃縮液，它的稀釋液油滴直徑在0.1~1μm，稀釋液呈透明狀或半透明狀。半合成切削液其實(shí)也是乳化液的一種，但是他的配方中往往會含有20~60%的水，半合成切削液中的礦物油含量一般在5%~30%左右，一般認(rèn)為環(huán)院基油是半合成切削液比較理想的基礎(chǔ)油。

    半合成切削液的乳化劑與乳化油基本沒有什么差別，但是乳化劑含量會更高。由于配方中含有大量水，半合成切削液的配方需要通過偶合劑的作用來平衡配方體系。半合成切削液的極壓性能則通過加入含有硫、磷、氮等元素的油性劑和極壓劑來滿足。防銹劑和腐燭抑制劑、消泡劑等也是半合成切削液必不可少的成分。

3.半合成切削液的作用及成分組成

3.1油相、水相

    基礎(chǔ)油是半合成切削液的主要成分，它不僅本身有一定的潤滑作用，同時也是油溶性添加劑的載體，在半合成切削液配方中基礎(chǔ)油含量最高可達(dá)30%。不同于乳化油，半合成切削液成分中含有大量的水，而且水是半合成切削液的重要組成之一，水的存在為各種水溶性添加劑順利融入配方體系提供了可能，同時也可偶合各種大量的表面活性劑。一般半合成切削液中的水均經(jīng)過軟化處理，以防止水中鈣鎂離子對切削液性能的影響，一般半合成切削液配方中水含量為約30~60%。

3.2表面活性劑

    無論是半合成切削液的制備還是對切削液體系的穩(wěn)定，表面活性劑都起著重要作用，他是形成穩(wěn)定的半合成切削液的基礎(chǔ)。表面活性劑分為陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，非離子表面活性劑，以及兩性的表面活性劑。陽離子型表面活性劑大多為胺基化合物，主要是有胺鹽、季胺鹽兩大類等。陽離子表面活性劑除了具有較高的表面活性外，還有一定的抑菌性，一般全合成切削液使用較多。非離子型表面活性劑由于其較高的表面活性因而成為各種水基切削液廣泛使用的添加劑。較典型的非離子型表面活性劑有NP系列(脂肪醇酸)、TX系列(燒基酷醚)，吐溫系列、燒基醇酰胺等也是常用的非離子表面活性劑。

3.3偶合劑

    半合成切削液中油與水同時存在，實(shí)際使用中僅僅使用一種表面活性劑是不能形成穩(wěn)定的半合成切削液的，而加入適量偶合劑可以實(shí)現(xiàn)配方中水與油的巧妙平衡。偶合劑能改變表面活性劑的表面活性及親水親油平衡性，調(diào)整水和油的極性，水溶性醇可減小水的極性，油溶性醇可提高油的極性，從而改變表面活性劑的表面活性，從而影響體系的相態(tài)，使兩相性質(zhì)得到改善。偶合劑通常是低分子直鏈醇或醚，如乙醇、正丁醇、二乙二醇單丁醚等

3.4油性促進(jìn)劑

    油性改進(jìn)劑是一種烴鏈尾端帶有極性集團(tuán)的化合物，在較低溫度下可與金屬表面形成分子膜，阻止金屬間互相接觸，從而降低摩擦系數(shù)，起潤滑作用。油性劑有脂肪酸、醇、胺、脂等。動植物油脂是最早的油性改進(jìn)劑。近年來發(fā)現(xiàn)不僅動植物油脂有這種性質(zhì)，其他某些合成的化合物也有同樣性質(zhì)，如有機(jī)硼化合物、有機(jī)銀化合物，它們降低摩擦面摩擦系數(shù)的效果更為優(yōu)異。

3.5極壓抗磨劑

    隨著金屬表面負(fù)荷逐漸提高，金屬表面之間的油膜在壓力下被擠出金屬表面，金屬表面油膜逐漸變薄，當(dāng)載荷提高一定程度，金屬表面油膜被完全擠出，在局部金屬表面之間發(fā)生直接接觸，在這種邊界潤滑狀態(tài)下就必須依靠極壓抗磨劑的潤滑作用來起到保護(hù)作用。極壓抗磨劑一般都含有一些活性元素:如硫、磷、氯等元素，這些元素在較高溫度下可在金屬表面與鐵等金屬生成硫化鐵、氯化鐵、磷化鐵等化合物的分子膜，防止金屬表面發(fā)生互相接觸，從而避免產(chǎn)生燒結(jié)、卡咬、刮傷等現(xiàn)象;不同的極壓抗磨劑具有各自的適用溫度范圍，因此通常將幾種硫系、磷系、氯系的添加劑復(fù)合適用。

常用的極壓抗磨劑有以下幾種：

1)有機(jī)氯化物如氯化石蠟;

2)有機(jī)硫化物;

3)有機(jī)磷化物如T306 (磷酸三甲酚酯)和T304 (亞磷酸二正丁酯);

4)有機(jī)金屬鹽如二院基二硫代磷酸鋅;

5)硼酸鹽和硼酸酯;

3.6水溶性防銹劑

    以往亞稍酸鈉和含鉻的鹽是切削液常用的水溶性緩燭劑，但亞硝酸鈉及重鉻酸鹽由于其致癌性現(xiàn)在許多廠家明令禁止使用些常用的乳化劑如磺酸鈉、鏈院醇酰胺等本身也有一定防銹效果，硼酸鹽和幾酸鹽等化合物也具有較好緩蝕效果。需要注意的是無論是何種類型的切削液液其稀釋液的Ph值都必須控制在8.8以上的水平，以確保稀釋液具有較好的防銹保護(hù)能力和細(xì)菌控制能力，烷基醇醇胺和三乙醇胺等添加劑等具有較好的堿值保持能力，以提供良好的防銹保護(hù)。

3.7消泡劑

    由于切削液中含有大量的乳化劑，液體具有較高的起泡傾向，在切削液循環(huán)系統(tǒng)較高的壓力和擾動沖擊下更易產(chǎn)生大量泡沫。泡沫的存在往往會使切削液不能有效進(jìn)入加工區(qū)域，使刀具和工件無法得到有效潤滑，從而對刀具造成嚴(yán)重的磨損，并影響工件加工的加工精度。因此，抗泡劑是半合成切削液中不可缺少的成分之一。一般使用乳化桂油。

3.8殺菌劑

    切削液成分中含有大量礦物油，有些添加劑含有一定的礦油成分，這些礦物油成分往往是細(xì)菌的營養(yǎng)物質(zhì)。細(xì)菌大量繁殖后，其代謝過程會產(chǎn)生大量的低級羧酸。這些酸性代謝產(chǎn)品會與切削液中堿性物質(zhì)反應(yīng)從而破壞切削液的有效成分，另一方面切削液Ph值會因這些低級羧酸的大量產(chǎn)生而下降，因而對切削液防銹性、穩(wěn)定性都會有很大影響。常用的有鄰苯基酚、2-羥甲基-2-硝基-1等。

3.常見配方(僅供參考，更多技術(shù)咨詢我中心技術(shù)工程師）

3.1 微乳型金屬切削液的參考配方

成分	百分比含量	成分說明
5#基礎(chǔ)油	9.0-12.0%	基礎(chǔ)油
大豆油	4.0-6.0%	油性劑
季戊四醇油酸酯	4.0-6.0%	油性乳化劑
石油磺酸鈉	6.0-9.0%	乳化劑、防銹劑
三乙醇胺	8.0-9.0%	有機(jī)胺
二環(huán)己胺	3.0-5.0%	有機(jī)胺
苯并三氮唑	0.3-0.5%	有緩蝕劑
壬基酚聚氧乙烯醚	2.0-5.0%	親水性乳化劑
異構(gòu)脂肪酸鹽	2.0-4.0%	緩蝕劑
異構(gòu)脂肪醇	1.0-3.0%	穩(wěn)定劑
有機(jī)硅消泡劑	0.2-1.0%	消泡劑
MBM殺菌劑	1.0-2.0%	殺菌劑
水	45.0-50.0%	溶劑