金屬加工液配方分析

金屬加工液配方分析

一背景

  1.1金屬加工液概念

金屬加工液，又稱金屬加工潤(rùn)滑劑，是指用于金屬及其合金切削、沖壓、軋制和拉拔等各種加工過(guò)程中所使用的潤(rùn)滑劑，是金屬加工過(guò)程重要的配套材料。金屬加工液在金屬加工過(guò)程中具有潤(rùn)滑、冷卻、防銹和清洗等作用。一般的金屬加工液包括切削液、切削油、乳化液、沖壓油、淬火劑、高溫油、極壓切削液、磨削液、防銹油、清洗劑、發(fā)黑劑、拉深油等。金屬加工切削液是一種低泡沫、高潤(rùn)滑性的可溶性潤(rùn)滑油，即使應(yīng)用在對(duì)加工液要求很高的環(huán)境下也能使維護(hù)成本降到最低，基本能適用于各類金屬及合金的所有類型的加工，它對(duì)大多數(shù)鐵制金屬的一般加工十分奏效，尤其在加工軟鋼、鑄鐵、不銹鋼及其他特種鋼時(shí)能同時(shí)發(fā)揮出出色的潤(rùn)滑作用和冷卻作用。，因而能延長(zhǎng)刀具的使用壽命，防止金屬零件銹蝕，帶走加工過(guò)程產(chǎn)生的熱量，有效清除零件和刀具表面上的切屑和其它粉粒，改善加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。金屬加工液按組成不同，可分為不含水的油基加工液和水作為功能組分的水基加工液兩大類。水基加工液按礦物油含量不同，又可分為乳化液、微乳液和合成液。水基和油基金屬加工液由于組成不同而具有不同的特性。

   近些年來(lái)，由于世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求日益重視，一系列安全、健康和環(huán)保法律法規(guī)的頒布和實(shí)施，明顯影響著金屬加3-液的發(fā)展，在過(guò)去20年里，金屬加工液的發(fā)展經(jīng)歷了重大的變化。

  1.2金屬加工液的功能

　　金屬加工切削液性能穩(wěn)定而出眾，能應(yīng)用于各種材料（包括非金屬材料，比如陶瓷、硅晶片等）的多種切削、磨削操作。產(chǎn)品良好的化學(xué)潤(rùn)滑性和機(jī)械潤(rùn)滑性能適應(yīng)最苛刻的切削和磨削加工的要求，是大批量高品質(zhì)部件生產(chǎn)商的最佳選擇。

　　隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，在這些加工過(guò)程中選擇合適的切削液對(duì)于保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高加工效率，減少環(huán)境污染都是至關(guān)重要的。

　　金屬加工液通常也被稱為“冷卻液”，根據(jù)不同的機(jī)械加工要求，金屬加工液又可分為切削液、磨削液等類型。在制造業(yè)中，金屬加工液的使用范圍非常廣泛，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工和變速箱的機(jī)械加工中、裝備制造業(yè)、齒輪行業(yè)等都廣泛使用著各種各樣的金屬加工液。

金屬加工液的主要功能

　　(1)潤(rùn)滑功能

　　金屬表面在機(jī)械加工的過(guò)程中受到較大的切削力，并且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在刀具與工件表面、刀具與切屑之間會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦。這種摩擦現(xiàn)象的存在會(huì)產(chǎn)生較大的熱量并且加劇刀具的磨損和工件表面精度的惡化，并且會(huì)降低加工效率。金屬加工液可以大大降低這種摩擦，延長(zhǎng)刀具壽命并提高加工件表面質(zhì)量。一般說(shuō)來(lái)，金屬加工液中的礦物油含量越高，其金屬加工液的潤(rùn)滑性能越好，但隨著金屬加工液技術(shù)的發(fā)展，含有極壓添加劑半合成和全合成類型的金屬加工液也同樣具有良好的潤(rùn)滑性能。

　　(2)冷卻功能

　　這也是金屬加工液被俗稱為“冷卻液”的原因，因?yàn)闄C(jī)械加工過(guò)程中存在剪切和摩擦的雙重作用，從而不可避免地會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，這種熱量如不能被及時(shí)帶走，就會(huì)造成刀具和工件之間產(chǎn)生高溫，從而會(huì)軟化刀具甚至降低工件表面的硬度，加劇刀具磨損，影響工件的表面精度。不僅如此，高溫還會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，造成工件加工精度偏差。通過(guò)大流量的金屬加工液的沖洗作用，可以帶走機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低刀具和工件的溫度，延長(zhǎng)刀具的壽命，提高加工件的表面精度，提高機(jī)械加工的效率。

　　(3)排屑功能

　　金屬機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的加工屑如不能被及時(shí)從加工區(qū)域移走，可能產(chǎn)生積屑瘤并造成已加工面的磨損。

　　(4)防銹功能

　　大多數(shù)的金屬材料(如鐵和鑄鐵)在與潮濕的空氣與水接觸后會(huì)很快產(chǎn)生銹蝕，而在金屬機(jī)械加工過(guò)程中，如果在兩道不同工序之間，金屬加工液不能提供良好的防銹功能，就可能會(huì)造成半成品產(chǎn)生銹蝕，從而使產(chǎn)品報(bào)廢。

　　金屬加工液除以上功能外，還要具有防泡沫、對(duì)環(huán)境友好、抗菌等功能，不同的機(jī)械加工方式對(duì)金屬加工液的功能需求也不同，例如重負(fù)荷低速機(jī)械加工對(duì)金屬的潤(rùn)滑性能要求更高，而高速低負(fù)荷機(jī)械加工對(duì)冷卻要求更高。

1.3金屬加工液的市場(chǎng)現(xiàn)狀

   20世紀(jì)80年代以來(lái)，伴隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，金屬加工液消費(fèi)量日益增大。從世界范圍看，油基加工液和水基加工液呈現(xiàn)了兩個(gè)不同的市場(chǎng)消費(fèi)狀況：80年代初至90年代初水基加工液消費(fèi)量快速增長(zhǎng)，而油基加工液需求相對(duì)下降；90年代初至21世紀(jì)初，水基加工液需求減緩，油基加工液需求逐步復(fù)蘇。與油基加工液相比，水基加工液一次性購(gòu)買價(jià)格較低，而且冷卻性能優(yōu)異，因此80年代初至90年代初水基加工液需求增長(zhǎng)迅速。以英國(guó)為例，油基加工液在1980年市場(chǎng)需求占整個(gè)加工液需求的60％，水基加工液則占40％；而到了1990年，水基加工液市場(chǎng)比例上升至60％，而油基加工液則下降到40％?。進(jìn)入90年代中后期，水基加工液需求高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)開(kāi)始大大減緩，水基加工液完全取代油基加工液的預(yù)言，到目前為止并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。相反，油基加工液的市場(chǎng)需求份額開(kāi)始明顯復(fù)蘇。以北美為例，1997年全北美共生產(chǎn)9億加侖(1美加侖=3．785 L)金屬加工液(水基加工液以濃縮液統(tǒng)計(jì))，其中24％為半合成加工液(乳化液)，21％為合成加工液，而油基加3-液依舊占55％之多 。而在環(huán)境保護(hù)更加苛刻的法國(guó)，金屬加工液的使用趨勢(shì)則更明顯趨向使用油基加工液。

1.4金屬加工液發(fā)展趨勢(shì)

1)油基、水基加工液并存的格局在將來(lái)一段時(shí)期內(nèi)仍會(huì)存在

油基和水基加工液各有其優(yōu)勢(shì)和不足，例如油基加工液潤(rùn)滑性和防銹性能好，但在高溫下易揮發(fā)，易產(chǎn)生大量油霧，油霧長(zhǎng)期積累會(huì)損害人體健康；油基加工液尤其是粘度較高的加工液，自凈性能差，加工零件脫油成本高。水基加工液具有優(yōu)異的冷卻性能，是油基加工液無(wú)法比擬的(油的導(dǎo)熱系數(shù)為O．125～O．21 w／m·K，而水的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)O．61 w／m·K)，使用水基加工液散熱快，不易著火，安全可靠。因此，兩種加工液互相取代在將來(lái)一段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)的可能性不大，兩種類型的加工液在市場(chǎng)上還會(huì)并存。

2)通用、高效是加工液的重要發(fā)展方向

 由于金屬加工工藝種類復(fù)雜，同時(shí)各種新型金屬材料的廣泛應(yīng)用，造成了金屬加工液產(chǎn)品種類繁多，這一方面為加工液的儲(chǔ)存、銷售帶來(lái)種種不便，形成一定的附加成本；同時(shí)在使用過(guò)程中，由于加工液種類繁多，容易造成加工液種類、牌號(hào)的不正確使用，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，輕者影響加工質(zhì)量和效率，重者造成刀具損壞，甚至停工停產(chǎn)。此外，據(jù)調(diào)查，到2OO5年加工機(jī)床的主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速將達(dá)到20000 r／min，高速機(jī)床的轉(zhuǎn)速可達(dá)到30000 r／min，這一趨勢(shì)對(duì)金屬加工液提出了更加苛刻的要求。為了在高速、高效和精密加工條件下滿足更加苛刻的加工要求，今后金屬加工液研發(fā)必須注重于通用性和高效性，以確保對(duì)不同金屬材料的適用性，同時(shí)還能滿足不同條件下的工藝操作。

3)綠色加工液是將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) 

綠色加工液是在各國(guó)環(huán)境法規(guī)日臻完善、環(huán)保要求日益嚴(yán)格的大背景下產(chǎn)生的，是未來(lái)金屬加工液的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)于綠色金屬加工液到目前為止還沒(méi)有嚴(yán)格的定義，但綜合起來(lái)看，綠色加工液應(yīng)符合以下要求：①使用過(guò)程不損害人體健康；②使用過(guò)程符合衛(wèi)生要求，對(duì)環(huán)境無(wú)污染或低污染；③具有生物降解性，并且降解后無(wú)毒或低毒。發(fā)展綠色加工液必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：基礎(chǔ)液和添加劑的綠色環(huán)保問(wèn)題。對(duì)于油基加工液而言，基礎(chǔ)油是最主要的成分，可用于油基綠色金屬加工液的基礎(chǔ)油主要有合成酯和植物油"I。對(duì)于水基加工液尤其是合成型加工液而言，水的來(lái)源豐富且無(wú)毒無(wú)臭，是理想的綠色基礎(chǔ)液，因此在努力提高水基添加劑潤(rùn)滑性和防蝕性的同時(shí)，必須重點(diǎn)解決添加劑的生理生態(tài)毒性問(wèn)題。如果這些問(wèn)題能夠得到較好的解決，綠色水基加工液將會(huì)取得更大的市場(chǎng)占有率。隨著綠色化學(xué)和綠色設(shè)計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用水平的提高，綠色基礎(chǔ)油和綠色添加劑將會(huì)不斷發(fā)展，這對(duì)綠色金屬加工液的發(fā)展將會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用。

二.金屬加工液的種類及特性

金屬加工包括軋制、煅造、模沖、拉拔、成型、切削和磨削。大多數(shù)的金屬加工都要依賴于好的金屬加工液，所以金屬加工液的用量很大，包括脂肪酸皂、烴類油、乳化油及水溶液。隨著金屬加工要求的提高，在很多場(chǎng)合需要使用到合成油和合成金屬加工液來(lái)提高金屬加工的質(zhì)量。目前，在金屬加工液中使用的合成潤(rùn)滑劑包括聚烷撐二醇，酯，合成烴及其它的合成潤(rùn)滑劑。

2.1金屬加工液的分類

金屬加工液紛繁復(fù)雜，從組成上來(lái)講，金屬加工液大致可以分成純油、溶性油、化學(xué)液(合成液)和半化學(xué)液(半合成液)4種類型，后3種通常也稱為水基金屬加工液。金屬加工液通常以礦物油的含量來(lái)進(jìn)行分類：

1)純油類金屬加工液，油含量為90%～95%。

2)乳化類金屬加工液，礦物油含量超過(guò)50%

3)半合成金屬加工液，礦物油含量5%～50%。

4)不含礦物油的全合成金屬加工液。

2.1.1純油類加工液

所謂純油型金屬加工主要是指礦物油，盡管在某些特殊的場(chǎng)合也使用動(dòng)、植物油，合成油有時(shí)也用作純油基礎(chǔ)油。但不論是天然油或合成油，都調(diào)合了不同的邊界或極壓添加劑。純油金屬加工液不含水，潤(rùn)滑性優(yōu)良，但冷卻能力有限。對(duì)于切削余量少的精加工，使用純油型金屬加工油是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

2.1.2溶性油加工液

溶性油實(shí)際上就是水包油型乳化液(O／w)，包括粗乳化液和微乳化液。與粗乳化液相比，微乳化液的綜合性能更為優(yōu)異，其配方技術(shù)也復(fù)雜的多。

溶性油同時(shí)具有油的潤(rùn)滑性和水的冷卻長(zhǎng)處，是一類非常通用的金屬加工液，使用非常廣泛。在苛刻的切削或成型加工中，使用含有磷和硫極壓劑的配方，1倍～5倍稀釋使用。但在輕切削或磨削中，溶性油濃縮液通常只含有防銹劑，2O倍～100倍稀釋使用。

2.1.3化學(xué)液(合成液)加工液

化學(xué)液不含石油，用水稀釋后形成真溶液。這類金屬加工液通常被稱作“合成液”。然而，不是所有的合成液都含有合成潤(rùn)滑劑。合成潤(rùn)滑劑包括聚烷撐二醇，酯和PAO。為了避免混淆，將不含油的水溶性產(chǎn)品稱為“化學(xué)金屬加工液”或“化學(xué)液”。最初配制化學(xué)液是為磨削和輕切削加工，后來(lái)加人合成潤(rùn)滑劑，以及水溶性邊界極壓添加劑的發(fā)展，擴(kuò)大了這類金屬加工液的應(yīng)用范圍。

2.1.4半化學(xué)液(半合成液)加工液

半化學(xué)金屬加工液具有溶性油和化學(xué)液的最優(yōu)性能，這類產(chǎn)品同時(shí)含有水溶性添加劑、乳化劑和不少于20％的礦油的濃縮液。

由于高速切削刀具的發(fā)展及磨削速度的提高，純油作為金屬加工潤(rùn)滑劑顯現(xiàn)出了其局限性。切削或磨削工件的大部分能量以熱的形式消耗，隨著切削速度的增加，金屬加工液的冷卻性變得更重要。純油有優(yōu)良的潤(rùn)滑性，但冷卻能力有限。

在更高速的加工中，油基金屬加工液會(huì)導(dǎo)致刀具壽命變短，同時(shí)產(chǎn)生有刺激性的煙霧。

用水作為金屬加工液，切削速度可提高30％～40％，速度增加的主要原因是水與油相比，有更優(yōu)良的冷卻性能。因?yàn)樗扔陀懈叩谋葻岷驼舭l(fā)潛熱。然而，作為金屬加工液，水有2個(gè)明顯的缺點(diǎn)，(1)水是一種不良的潤(rùn)滑劑，(2)水可導(dǎo)致刀具和工件腐蝕。

高質(zhì)量的溶性油是水基金屬加工液的主要產(chǎn)品。溶性油既有水冷卻的優(yōu)勢(shì)，又有良好的潤(rùn)滑性和防腐性。用溶性油代替純油，使得金屬加工不必犧牲表面光潔度或刀模具壽命就可提高加工速度。除了是優(yōu)良的冷卻劑外，溶性油比純油更干凈，不產(chǎn)生大量的煙霧，著火的危險(xiǎn)也大為降低，且很容易從機(jī)床和工件上除去可溶性的殘留物。

溶性油金屬加工液的潤(rùn)滑和冷卻性能可以簡(jiǎn)單地通過(guò)稀釋率，添加劑的類型及量的改變來(lái)調(diào)整。在重負(fù)荷成型操作中，溶性油濃縮液中調(diào)配有高濃度的含氯、硫和磷極壓潤(rùn)滑添加劑，使用前用水1：1或1：2稀釋。用20：1到100：1的水稀釋同樣也可用于高速輕負(fù)荷的切削和磨削加工。

用于輕負(fù)荷加工的溶性油通常僅調(diào)配有防銹劑。相對(duì)于純油金屬加工液。溶性油的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是價(jià)格。雖然溶性油濃縮液的價(jià)格比純油更貴，但用水稀釋后，實(shí)際價(jià)格明顯下降。在使用中，溶性油的損失較純油更少，補(bǔ)充的費(fèi)用也更少。盡管有這些優(yōu)勢(shì)，但溶性油也的確存在一些新的問(wèn)題。溶性油最顯著的缺點(diǎn)是對(duì)細(xì)菌的攻擊很敏感。水中的微生物很快就會(huì)在乳化液中新陳代謝。他們快速繁殖，釋放出不愉快的氣味，最終通過(guò)表面活性劑的新陳代謝，破壞乳化液，降低液體的pH值。加入殺菌劑可明顯降低這些不足，但生物攻擊仍是溶性油用戶面臨的最大問(wèn)題。同時(shí)，溶性油有乳化齒輪油和液壓油的傾向，這樣對(duì)金屬加工液造成不利的影響。溶性油金屬加工液對(duì)水的pH值和硬度也很敏感。化學(xué)液或者合成金屬加工液有良好的防護(hù)性、優(yōu)異的冷卻性和足夠的潤(rùn)滑性，且比溶性油更干凈，穩(wěn)定，清凈性和透明性良好，能抵抗生物攻擊。

合成金屬加工液也存在著如下的問(wèn)題：

(1)導(dǎo)軌潤(rùn)滑： 因?yàn)橛辛己玫那鍍裟芰Γ芏嗷瘜W(xué)金屬加工液有沖洗掉導(dǎo)軌潤(rùn)滑劑的傾向，引起明顯的操作問(wèn)題。使用一段時(shí)間后，化學(xué)金屬加工液會(huì)造成運(yùn)動(dòng)部件的粘滯，這是水蒸發(fā)后遺留下來(lái)的抗腐蝕劑和潤(rùn)滑添加劑造成的，也可能是這些添加劑與硬水中的鈣、鎂離子反應(yīng)形成的不溶物造成的。若加工液中含有硼酸胺腐蝕抑制劑，在硬水中還會(huì)形成粘性的殘留物。

多年來(lái)發(fā)現(xiàn)，使用有良好的硬水穩(wěn)定性，低清潔傾向，低粘性組分的改進(jìn)配方，可減少導(dǎo)軌潤(rùn)滑問(wèn)題，同樣，使用抗沖洗的導(dǎo)軌潤(rùn)滑劑及更靈活的機(jī)床潤(rùn)滑程序也可以解決這些問(wèn)題。

(2)機(jī)床潤(rùn)滑： 從溶性油轉(zhuǎn)到化學(xué)金屬加工液，部分操作者發(fā)現(xiàn)機(jī)床未得到相應(yīng)的潤(rùn)滑，化學(xué)金屬加工液中不含油，不會(huì)在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上留下油膜，這個(gè)問(wèn)題通常可采用例行的機(jī)床潤(rùn)滑程序來(lái)解決。

(3)皮炎： 因?yàn)橛辛己玫南礈煨院透叩膒H值，化學(xué)金屬加工液能沖洗掉皮膚上的油脂而引發(fā)皮炎，使用雪花膏和橡膠手套，改善工業(yè)衛(wèi)生條件可以克服上述問(wèn)題。

(4)涂料和密封的相容性： 化學(xué)冷卻液中的某些組份能侵蝕機(jī)床中的密封件和涂料。

(5)潤(rùn)滑與腐蝕： 化學(xué)金屬加工液存在著潤(rùn)滑差和抗腐蝕差的局限，但這個(gè)問(wèn)題目前已經(jīng)得到很大的改善。化學(xué)金屬加工液涉及的問(wèn)題，特別是機(jī)床和

導(dǎo)軌的潤(rùn)滑問(wèn)題，導(dǎo)致了半化學(xué)金屬加工液的發(fā)展，這類典型產(chǎn)品含有20％的油及表面活性劑、胺和其它水溶性添加劑。然而，在具有溶性油對(duì)機(jī)床潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，也失去了化學(xué)液的抗細(xì)菌能力。正如它的名稱一樣，半化學(xué)液是溶性油和化學(xué)金屬加工液之間的調(diào)和。

2.2水基金屬加工液

金屬加工液主要應(yīng)用于金屬切削、磨削和成型加工中，可以提高加工效率和工件表面質(zhì)量，同時(shí)延長(zhǎng)刀具的使用壽命。利用金屬加工液可以清洗工件上的金屬屑和細(xì)末，同時(shí)，起到冷卻、潤(rùn)滑的作用。另外，在進(jìn)一步加工或組裝前，金屬加工液還對(duì)工件起到一定的室內(nèi)臨時(shí)防銹作用。

20世紀(jì)，金屬加工液經(jīng)歷了從單純的油品向多樣的水基加工液演變的過(guò)程。最初開(kāi)發(fā)乳化油是在1910～1920年，目的是為了提高金屬加工液的冷卻性能也防止起火。由于其中加入的水會(huì)導(dǎo)致工件生銹，因此需要加入防銹劑。合成液在20世紀(jì)50年代首次面市，其冷卻性和防銹性優(yōu)于乳化液，更適用于磨削加工。20世紀(jì)70年代早期，石油短缺促進(jìn)了不含油的合成液的發(fā)展，使其有可能在所有加工中取代油基產(chǎn)品。20世紀(jì)80年代，合成液和半

合成液在成熟的市場(chǎng)中穩(wěn)步發(fā)展，并逐漸取代油含量高的產(chǎn)品。21世紀(jì)以來(lái)，隨著對(duì)環(huán)保要求的提高，廢液處理成本增加，更容易后處理的乳化油的市場(chǎng)占有率超過(guò)了合成液。

總之，由于水基金屬加工液具有油基產(chǎn)品難以媲美的冷卻性能及低廉的成本而獲得了迅速發(fā)展，因此，加快了油基液向水基液過(guò)渡的步伐。近年來(lái)，微乳液型金屬加工液發(fā)展很快，可以預(yù)料它將是未來(lái)金屬加工液的主要品種。

2.2.1水基金屬加工液的發(fā)展趨勢(shì)

從環(huán)保、安全和成本等方面考慮，水基金屬加工液必然會(huì)取得更快的發(fā)展，得到更廣泛的應(yīng)用。未來(lái)水基金屬加工液及添加劑將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

(1)長(zhǎng)效。合理應(yīng)用殺菌劑、防銹劑，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命型水基金屬加工液，減少?gòu)U液排放，節(jié)約能源，降低成本。

(2)高效。同時(shí)隨著機(jī)械加工工業(yè)的不斷發(fā)展，勢(shì)必對(duì)金屬加工液的性能提出更高的要求，要在高速、高效的條件下同時(shí)滿足苛刻的加工要求和對(duì)工件、刀具、機(jī)床的保護(hù)；不但要確保對(duì)不同金屬的適應(yīng)性，還能滿足不同工藝條件。

(3)環(huán)境友好。隨著環(huán)保相關(guān)法律法規(guī)日益完善，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，水基金屬加工液及所用添加劑也應(yīng)符合使用安全，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)生物無(wú)毒害等要求。

2.2.2水基金屬加工液分類

由于水基金屬加工液的種類繁多，涉及面廣，要求各不相同，致使目前世界上還沒(méi)有統(tǒng)一的分類及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。不同的相關(guān)組織對(duì)其進(jìn)行了不同的分類。具有代表性的分類標(biāo)準(zhǔn)有ISO 6743／7—1986、ASTM D288l一03和JIS K2241等口]。其中日本的JISK2241標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用性強(qiáng)，國(guó)外許多水基金屬加工液制造商都借鑒此標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)對(duì)JIS K2241中水基金屬加工液的種類和性狀作較詳細(xì)的介紹.

乳化液是乳化油經(jīng)水稀釋后形成的乳白色或半透明液，它具有良好的冷卻性和清洗性，并具有一定的潤(rùn)滑性和防銹性。最大的缺點(diǎn)是工作液穩(wěn)定性差，易腐敗變質(zhì)，使用壽命短。

合成液是用自來(lái)水按一定比例稀釋而成的半透明或透明液，其優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，使用安全，節(jié)約油料資源，具有極好的冷卻性、清洗性和一定的防銹潤(rùn)滑性。但由于它的清洗性好、滲透力強(qiáng)，可能會(huì)沖洗破壞掉機(jī)床上的潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致機(jī)床潤(rùn)滑部件動(dòng)作不靈，這是合成液的最大弊端。

微乳化液(半合成液)是用自來(lái)水按比例稀釋而成的半透明或透明液。具有以下特點(diǎn)：

1）外觀像合成液，為透明或半透明，利于觀察加工操作情況和工件表面狀態(tài)；

2）使用壽命比普通乳化液長(zhǎng)4～6倍；

3) 使用效果類似乳化液，溶液干后能形成一層膜，對(duì)機(jī)床滑動(dòng)部件起著良好的潤(rùn)滑、防銹作用。因此微乳化金屬加工液能綜合乳化液和合成液的優(yōu)點(diǎn)，又能彌補(bǔ)這兩種金屬加工液的不足，所以性能優(yōu)異，通用性強(qiáng)口。

2.2.3水基金屬加工液組成

配制水基金屬加工液使用的添加劑多數(shù)是陰離子或非離子型有機(jī)物，大部分是液體，便于混合。基本種類包括脂肪酸、鏈烷醇酰胺、酯、磺酸鹽、皂、乙氧基表面活性劑、氯化石蠟、硫化脂肪和油、乙二醇酯、醇胺、聚乙二醇、磺化油、油酯和各種殺菌劑等。水基金屬加工液的很多性質(zhì)是相互制約的。比如，若有極好的生物性和硬水穩(wěn)定性，則其廢液可能很難處理；若有極好的潤(rùn)滑性，則可能不易于清洗。總體來(lái)說(shuō)，水基金屬加工液應(yīng)該是穩(wěn)定、低泡、易于后處理的。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其中添加劑最佳種類和數(shù)量。

A常見(jiàn)乳化油的組成

1)乳化劑

乳化油中的主要乳化劑是磺酸鈉，通常與脂肪酸皂、酯和偶合劑配合使用。與水混合后形成穩(wěn)定的白色乳液。多數(shù)乳化油都是油與乳化劑的結(jié)合體系。天然石油磺酸鈉是用于乳化油的主要乳化劑之一。隨著石油產(chǎn)品價(jià)格的不斷攀升，使配方設(shè)計(jì)師們轉(zhuǎn)而采用合成磺酸鹽。合成磺酸鹽是直鏈或帶支鏈的烷基苯(烷基化物)。聚異丁烯琥珀酸酐衍生物(PIBSA)也可作為石油磺酸鈉的替代物使用。

2)腐蝕抑制劑

由于大多數(shù)水基金屬加工液在使用時(shí)用水稀釋，容易導(dǎo)致機(jī)床和工件生銹，防銹也就成為關(guān)鍵。根據(jù)乳化劑不同，水基金屬加工液中通常添加磺酸鈣、鏈烷醇酰胺、氧化石蠟等防銹劑。而含硼的水溶性抑制劑則同時(shí)具有防銹性和生物穩(wěn)定性。各種腐蝕抑制的作用機(jī)理不盡相同，有的是形成膜(羧酸胺)，有的是氣相抑制劑(單乙醇胺硼酸酯)，還有的是與表面金屬形成基質(zhì)來(lái)提供保護(hù)(吡咯)。在考慮防腐問(wèn)題時(shí)，還要同時(shí)兼顧到黑色金屬(鋼、鐵)和有色金屬(鋁、銅等)合金。

3)微生物抑制劑

水基金屬加工液中需要一種或多種微生物抑制劑(殺菌劑)以控制微生物的生長(zhǎng)，使體系內(nèi)的細(xì)菌和霉菌的數(shù)量維持在盡可能低的水平，避免產(chǎn)生惡臭，影響工作環(huán)境和操作人員健康 。此外，也需要池邊添加殺菌劑控制微生物生長(zhǎng)。常用的甲醛釋放型殺菌劑是用于抑制細(xì)菌，吡啶硫醇鈉是用于抑制霉菌。如果酚的排放不會(huì)引起廢液處理爭(zhēng)端的話，也可以使用直鏈苯基苯酚或?qū)β乳g甲酚。但所謂抗生物降解或生物穩(wěn)定型的水基金屬加工液，有時(shí)不使用殺菌劑而是選擇了生物降解能力低的添加劑。

4)潤(rùn)滑劑

乳化油的潤(rùn)滑性主要來(lái)自于其中的油。水稀釋后的乳化油的黏度幾乎與水相同，幾乎不可能形成流體潤(rùn)滑，而形成的膜的強(qiáng)度與純油相比相差甚遠(yuǎn)，所以在中等和重負(fù)荷加工操作中通常應(yīng)加入潤(rùn)滑劑。

所用的邊界潤(rùn)滑劑可以是動(dòng)物油(如豬油或牛油)或者是植物油(如棕櫚樹(shù)油、油菜籽油和椰子果油等)，還可以是各種磺酸鹽、酯、皂和硫化油。這些油的油溶性酯能減少脂肪油的生物降解，如甲基豬油脂和季戊四醇酯等。而吹制油、聚氧化植物和動(dòng)物油，則能加強(qiáng)添加劑和金屬之間的吸附力，增加潤(rùn)滑性。

所用的極壓添加劑一般含有s、cl、P等元素，在高溫下，與表面金屬反應(yīng)，形成反應(yīng)物薄膜，在金屬與刀具間的界面上起到類似于固體潤(rùn)滑劑的作用

氯化物添加劑可以是氯化石蠟或酯，cl含量為40％～70％的氯化物添加劑是最有效的。它不會(huì)形成污斑，但會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生少量HCI而腐蝕工件。通常可以加入環(huán)氧植物油來(lái)抑制其對(duì)工件的腐蝕。然而某些氯化物添加劑尤其是碳鏈為C10～C13的氯化石蠟對(duì)環(huán)境和人體健康有害，應(yīng)減少使用 。硫化物中的S一般占10％～15％，分為活性和惰性的。硫化礦物油中未成鍵的硫是活性的，很容易反應(yīng)。然而，這種游離的硫會(huì)在有色金屬特別是銅和銅合金上形成污斑。硫化脂肪如豬油中的硫有很強(qiáng)的化學(xué)鍵，可以減少污斑的形成。最簡(jiǎn)單的硫化礦物油配方中含有約1％的硫，如果用于攻絲或車螺紋等復(fù)雜操作的加工液則需含約5％的硫。這類添加劑的最大缺點(diǎn)是硫化物會(huì)污染金屬，還會(huì)產(chǎn)生惡臭。

硫氯化物添加劑是指在一個(gè)分子上同時(shí)含有s和cl，適用于加工低碳鋼和Ni—Cr合金。磷酸酯中含P一般為5％一15％。磷酸酯由于其酯結(jié)構(gòu)含有磷，同時(shí)具備邊界潤(rùn)滑性和低溫極壓潤(rùn)滑性。但相對(duì)于s和cl來(lái)講，潤(rùn)滑作用較小。油溶性的磷酸酯可以用胺類等堿性物質(zhì)中和后使用。中和后的磷酸酯不形成污斑，無(wú)腐蝕，并且有防銹性能。缺點(diǎn)是由于磷是真菌和霉菌的營(yíng)養(yǎng)源，會(huì)助長(zhǎng)微生物，另外也會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。

5)消泡劑

持續(xù)攪動(dòng)、噴射、循環(huán)等都會(huì)使水基金屬加工液發(fā)泡。大量的泡沫會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，如導(dǎo)致水基金屬加工液溢出造成損失；由于空氣阻隔致使水基金屬加工液不能起到潤(rùn)滑作用；由于空氣導(dǎo)熱性差，泡沫還影響加工液冷卻性能。同時(shí)，泡沫也妨礙操作工人的視線，影響加工的精確性和可測(cè)性。

還有許多乳化劑和潤(rùn)滑劑在靜止體系中能充分表現(xiàn)出其功能，但當(dāng)有大量泡沫存在時(shí)就幾乎失效。所以應(yīng)加入消泡劑來(lái)減少泡沫的形成。目前，使用的消泡劑有硅類消泡劑和非硅消泡劑，低劑量時(shí)含硅消泡劑是最有效的。然而，含硅消泡劑會(huì)在電鍍、上漆、拋光表面處理時(shí)形成“魚(yú)眼”，所以有這些后續(xù)工序的車間中不能使用含硅消泡劑。

B.常見(jiàn)半合成加工液組成

1)乳化液

乳化劑主要用于將油分散到水中，形成穩(wěn)定溶液。大部分乳化劑與用于乳化油的類型相同，只是需要更高的乳化劑／油的比率。鏈烷醇酰胺是最常用的乳化劑，常與磺酸鹽、皂、酯和乙氧基化合物配合使用。一般來(lái)說(shuō)，性能好又易后處理的水基金屬加工液通常含有酰胺和磺酸鹽或皂。硬水穩(wěn)定產(chǎn)品是將非離子型乳化劑與酰胺配合使用 。

2)其他添加劑

偶合劑：若有需要，還可用脂肪酸和乙二醇醚等偶合劑來(lái)調(diào)整水基金屬加工液的透明度和黏度。防銹劑：油溶和水溶性防銹劑均可使用。通常使用的防銹劑是羧酸胺或硼酸胺。一般來(lái)說(shuō)，胺對(duì)防銹非常有利。三乙醇胺等醇胺類是pH緩沖劑也利于防銹。潤(rùn)滑劑：可以是油溶性或水溶性的。油溶性添加劑必須能被乳化，水溶性氯化脂肪酸皂或酯不需要被乳化。邊界和極壓潤(rùn)滑劑能增強(qiáng)半合成液的性能，使其可用于苛刻加工操作。殺菌劑：許多產(chǎn)品中也加入殺菌劑／殺真菌劑來(lái)控制微生物生長(zhǎng)。消泡劑：隨著大量乳化劑的加入(一般2份乳化劑：1份油)，半合成液更容易起泡，就需要加入消泡劑。然而，半合成液中消泡劑很難選擇，因?yàn)橐坏┫輨┍慌己匣虮蝗榛轿⑷橐褐校瑒t失效了。如果消泡劑在桶內(nèi)分離出來(lái)，那只有再完全混入到濃縮液中才能起作用。

C.常見(jiàn)合成加工液的組成

合成型水基金屬加工液是不含礦物油的水基產(chǎn)品，其微粒直徑一般為0．003um，接近真溶液。

1)腐蝕抑制劑

合成液通常含有醇胺類添加劑，它具有一定的防腐蝕性和pH緩沖能力。應(yīng)用于合成液的腐蝕抑制劑還包括硼酸胺(通常稱為硼酸酯)和羧酸胺衍生物等。這些低泡添加劑替代了胺和亞硝酸鹽。由于次級(jí)胺與亞硝酸鹽反應(yīng)生成的亞硝胺具有很強(qiáng)的致癌性，已經(jīng)被禁止使用。

有色金屬腐蝕抑制劑包括苯并三氮唑、甲基三唑和巰基苯并噻唑等。不含胺的無(wú)機(jī)抑制劑有鉬酸鈉。脂肪酸胺和鏈烷醇酰胺也具有極好的防銹性，而且是良好的潤(rùn)滑劑。

2)潤(rùn)滑劑和其他添加劑

合成液潤(rùn)滑劑還包括聚亞烷基二醇和酯類。這兩類物質(zhì)都是低泡潤(rùn)滑劑，并具有良好的硬水穩(wěn)定性。但是由于它們?cè)谒胁环纸獬呻x子，所以廢液難以處理。用于合成液的邊界和極壓潤(rùn)滑劑必須是水溶性的。邊界潤(rùn)滑劑包括皂、酰胺、酯、乙二醇和硫酸化植物油等。極壓潤(rùn)滑劑包括氯、硫化脂肪酸皂和酯以及中性磷酸酯。

由于合成液中不含油，且pH值較高，其中幾乎不存在細(xì)菌。但是要添加殺真菌劑來(lái)抑制合成液中常見(jiàn)的酵母菌和霉菌。還有消泡劑、潤(rùn)濕劑和染料等作為輔助添加劑也常出現(xiàn)在很多合成液中。潤(rùn)濕劑可以減小水基金屬加工液的表面張力，促進(jìn)其在金屬表面的鋪展，有利于潤(rùn)滑。