無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液、稀釋液及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬加工液領(lǐng)域，尤其涉及一種無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液， 其稀釋液，及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 活塞對于發(fā)動機(jī)功率、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、排放都有著重要影響.并且由于活塞所處 的高溫、高壓、高速運動的特殊工作環(huán)境.使得它必須具備很高的性能要求。在活塞誕生的 初期，使用的是鑄鐵活塞，隨著技術(shù)的進(jìn)步，具有低密度、優(yōu)良熱傳導(dǎo)性的鋁合金活塞，現(xiàn)在 得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 鋁合金與大部分鋼材和鑄鐵材料相比，具有一個明顯的優(yōu)點，即較低的屈服強(qiáng)度。 因此，鋁合金加工過程中需要的切削力較低，可以適當(dāng)提高切削速度和進(jìn)料比。但在實際生 產(chǎn)過程中，鋁合金的柔韌性可能會給機(jī)加工帶來一些問題。首先容易出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，鋁切屑 易粘結(jié)到刀具表面，嚴(yán)重影響加工件的表面粗糙度或形成積屑瘤。其次，由于鋁合金具有高 延展性，它可能會形成長長的條狀裂紋，會使切削過程變得困難，同時切下的碎屑不易被帶 走。再次，由于鋁合金化學(xué)活性較強(qiáng)，切削加工過程中易出現(xiàn)工件氧化失色、產(chǎn)生黑斑等問 題。
[0004] 目前在國內(nèi)機(jī)械加工行業(yè)中，用于鋁合金活塞加工的水溶性加工液主要是以乳化 液為主，如CN101597537A公開了一種鋁合金活塞加工液配方及其制備方法，所述的加工 液由以下重量百分比的原料組成：白礦油45-55%，二元羧酸胺防銹劑1-2%，鋁合金緩蝕劑 0. 05-0. 1%，石油磺酸鈉5-8%，蓖麻油磺酸胺8-12%，三乙醇胺4-6%，二聚酸鹽2-5,硼酸酯 10-12%，多元醇合成酯5-8%，司盤803-5%，壬基酚聚氧乙烯醚2-3%，長鏈脂肪醇3-5%。金屬 加工液行業(yè)眾所周知，乳化液存在如下幾個問題：
[0005] 1、清潔性差。乳化液的清洗作用主要靠油酸皂類和陰離子表面活性劑，加工過程 中由于油酸皂類的鈣敏化，促使表面活性劑減少，以至清洗性能完全消失，同時，乳油、渣灰 等錕溶在一起，形成油泥，牢固的吸附在導(dǎo)軌、活塞、工裝的表面，影響加工質(zhì)量；
[0006] 2、使用周期短，容易變質(zhì)發(fā)臭。由于乳化液是一種極不穩(wěn)定的水包油型，使用過程 中油平衡常常被破壞，特別是高溫季節(jié)微生物的作用，使乳化液破壞，發(fā)出特殊的惡臭，使 操作者易患皮膚病。
[0007] 3、冷卻性差。在加工過程中，工件和刀具的熱量不能快速、有效、及時地被加工液 帶走，工件和刀具的溫度過高，易引起工件熱變形，影響工件的尺寸及加工精度，刀具也會 因溫度過高，磨損太快，縮短使用壽命。
[0008] 另外，CN101597537A及目前市場上常用的鋁合金活塞加工液中一般都使用硼酸鹽 做防銹劑或用硼酸酯做極壓潤滑劑，REACH法規(guī)第三次公布高度關(guān)注物質(zhì)（SVHC)包括硼酸 及其化合物，認(rèn)定硼酸及其化合物屬于第2類生殖系統(tǒng)毒性物質(zhì)，檢出限為0. 01%，目前歐 美等國家已逐步限制硼系添加劑在金屬加工液中的應(yīng)用。
[0009] 最后，目前市場上常用的鋁合金活塞加工液中一般都使用磷酸鹽及有機(jī)磷做鋁緩 蝕劑，但眾所周知，磷易引起水體富營養(yǎng)化，浮游生物和淡水藻大量繁殖，水的含氧量下降， 水質(zhì)惡化渾濁，魚蝦難以生存，大量生長的受污染的淡水藻又產(chǎn)生大量的藻類毒素，這些藻 類毒素又是致癌物質(zhì)?，F(xiàn)在各個國家都已限制了磷的排放。同時，金屬加工液中磷系添加 劑也是細(xì)菌的營養(yǎng)源，極大地影響了切削液的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的用于鋁合金活塞的加工液主要為 乳化液，清潔性差、使用周期短、冷卻性差，并且含有硼和磷等對人體和環(huán)境不利的物質(zhì)的 缺陷，提供一種無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液、稀釋液及制備方法。本發(fā)明的微乳化 型加工液可用于鋁合金活塞的銷孔粗加工、外徑粗加工、油孔加工、環(huán)槽加工、外徑精加工 和銷孔精加工等工序。該加工液不含氯，對人體無害；不含磷，環(huán)保且不易生菌發(fā)臭，PH值 穩(wěn)定性好，使用壽命長；具有出色的耐硬水性能及潤滑性能；與乳化加工液相比，冷卻性更 好，可提高加工件的加工精度。
[0011] 本發(fā)明提供了一種無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液，其原料包括下述以重量百 分比計的組分：礦物油25-32% ;非離子表面活性劑2-5% ;石油磺酸鈉2-4% ;助乳化劑3-6% ; 胺11-15% ;二元羧酸1-2% ;酸酐4-7% ;油性添加劑5-8% ;防腐殺菌劑0. 5-1% ;乳化硅油消 泡劑0. 1-0. 3%和水；所述原料的重量百分比之和為100%。
[0012] 本發(fā)明中，所述的礦物油在加工液中起到潤滑作用，并溶解其它油性添加劑。本發(fā) 明中的礦物油優(yōu)選為石蠟基礦物油或環(huán)烷基礦物油，更佳地為40°c時的運動粘度為10~ 20mm 2/s的石蠟基礦物油或環(huán)烷基礦物油，比高粘度的礦物油更易被乳化，所需乳化劑量更 少。
[0013] 本發(fā)明中，所述的非離子表面活性劑較佳地為HLB值為6-9的烷基酚聚氧乙烯醚 和HLB值為6-9的脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或多種，此類表面活性劑乳化能力更高，耐硬 水性能較好，抗酸、堿及電解質(zhì)，鈣皂分散能力更強(qiáng)，泡沫傾向性更低。其中，所述的烷基酚 聚氧乙烯醚優(yōu)選烷基酚聚氧乙烯醚0P-4,所述的脂肪醇聚氧乙烯醚優(yōu)選脂肪醇聚氧乙烯醚 AE0-3。
[0014] 本發(fā)明中，所述的助乳化劑為碳原子數(shù)12~18的格爾伯特醇和醇醚中的一種或 兩種，具有促進(jìn)油性組分在水中的乳化的能力，同時所述的格爾伯特醇還具有促進(jìn)潤滑的 作用。其中，所述的格爾伯特醇優(yōu)選碳原子數(shù)為12的格爾伯特醇，所述的醇醚優(yōu)選二乙二 醇丁醚。
[0015] 本發(fā)明中，所述的胺較佳地為烷醇胺，更佳地為三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙 醇和一異丙醇胺中的一種或多種。
[0016] 本發(fā)明中，所述的二元羧酸較佳地為十一碳二元羧酸和/或十二碳二元羧酸。 [0017] 本發(fā)明中，所述的酸酐較佳地為馬來海松酸酐和/或鄰苯二甲酸酐。
[0018] 本發(fā)明中，所述的二元羧酸和酸酐中的一種或多種與所述的胺中的一種或多種混 合后反應(yīng)生成胺類防銹劑，該胺類防銹劑含有多個羥基和酰胺基，為親水的極性基團(tuán)，對金 屬有較大的親合能力，其非極性基團(tuán)在金屬表面定向排布形成一層疏水性保護(hù)層，從而起 到防銹的作用。同時所述反應(yīng)生成的胺類防銹劑具有一定耐硬水性能。
[0019] 本發(fā)明中，所述的油性添加劑較佳地為植物油酸和多元醇合成酯中的一種或兩 種，含有極性分子，能與金屬表面形成牢固的吸附膜，在較寬范圍的切削速度下能起到較好 的潤滑作用。其中，所述的多元醇合成酯優(yōu)選三羥甲基丙烷三油酸酯。同時，所述的三羥甲 基丙烷三油酸酯對鋁合金有一定的緩蝕作用，所述的植物油酸與所述的胺混合反應(yīng)生成的 物質(zhì)，對鋁合金也有良好的緩蝕作用。
[0020] 本發(fā)明中，所述的防腐殺菌劑可采用本領(lǐng)域各種常規(guī)的防腐殺菌劑，較佳地為三 羥基六氫均三嗪和/或苯并異噻唑啉酮。所述的防腐殺菌劑的用量較佳地為〇. 8-1%，所述 百分比為重量百分比。
[0021] 本發(fā)明中，所述的乳化硅油消泡劑可采用本領(lǐng)域各種常規(guī)的乳化硅油消泡劑，較 佳地為德國盟慶信公司的消泡劑MS575。
[0022] 本發(fā)明中，所述的水較佳地為工業(yè)用自來水。
[0023] 本發(fā)明還提供了所述的無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液的稀釋液，其稀釋倍數(shù) 為10-40倍。所述的稀釋倍數(shù)指稀釋前溶液濃度除以稀釋后的溶液濃度所得的商。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種所述的無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液的制備方法，其包 含下述步驟：
[0025] (1)將溫度為40°C -50°C的水與所述的胺混合均勻；
[0026] (2)依次與所述的二元羧酸和所述的酸酐混合，40°C -50°C下保溫攪拌至固體完全 溶解成液體，且液體均勻透明；
[0027] (3)將步驟（2)得到的液體依次與所述的非離子表面活性劑、所述的石油磺酸鈉、 所述的油性添加劑、所述的助乳化劑和所述的礦物油混合，40°C-50°C下保溫攪拌至混合均 勻且透明；
[0028] (4)將步驟（3)得到的物質(zhì)降溫至室溫后與所述的防腐殺菌劑和所述的乳化硅油 消泡劑混合均勻至液體完全透明，即得。
[0029] 步驟（1)中，所述的攪拌的時間較佳地為20分鐘以上。
[0030] 步驟（2)中，所述的攪拌的時間較佳地為1小時以上。
[0031] 步驟（3)中，所述的攪拌的時間較佳地為2小時以上。
[0032] 步驟（4)中，所述的攪拌的時間較佳地為30分鐘以上。
[0033] 本發(fā)明中所述的無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液為淺棕黃色且透明的微乳化 加工液。
[0034] 本發(fā)明所述的無硼無磷鋁合金活塞微乳化加工液或稀釋液可應(yīng)用于鋁合金活塞 的加工工序中，所述的鋁合金活塞的加工工序較佳地為銷孔粗加工、外徑粗加工、油孔加 工、環(huán)槽加工、外徑精加工或銷孔精加工等工序。
[0035] 在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實 例。
[0036] 本發(fā)