一种超润滑水基切削液的制作方法

1.本发明涉及金属切削加工和润滑领域，尤其涉及一种超润滑水基切削液。


背景技术：

2.金属切削加工液（切削液）是一种普遍应用在金属及其合金在切、削、磨等加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，主要起润滑、防锈、清洗、冷却的作用，从而减少刀具磨损，改善加工质量，节约能源和材料，提高生产效率。
3.切削液按其主要组分可分为油基切削液和水基切削液。油基切削液主要由矿物油、油性剂和添加剂组成，具有优良的润滑性能和防锈性能，但其冷却性能较差，不易清洗和稀释，对环境污染大，成本高。在某些有火灾、爆炸危险和需要快速散热的特殊领域，油基切削液因其低闪点、易燃、导热系数小等缺点限制了其应用。水基切削液则主要由醇胺或醇酯和去离子水混合，并加入各种添加剂，如消泡剂、防锈剂、分散剂、稳定剂、耐极压剂、抛光剂等，具有良好的导热性和冷却性，但其润滑性能差、组分复杂、添加剂对环境污染严重且造成成本提高。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种润滑性能优异、防锈性能好且组分简单的超润滑水基切削液。
5.为解决上述问题，本发明所述的一种超润滑水基切削液，其特征在于：该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。
6.该切削液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体3~5份。
7.所述多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3
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丙二醇、1,2
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丙二醇、1,2
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丁二醇、1,3
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丁二醇、1,4
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丁二醇、1,2
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戊二醇，丙三醇中的至少一种。
8.所述质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 ml乙腈溶剂中，再加入与所述磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏、洗涤，即得无色或淡黄色油状液体。
9.所述磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯、磷酸二辛酯中的至少一种。
10.所述烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。
11.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明中质子型离子液体作为水合离子可降低切削液的剪切力，从而实现超润滑性能，经摩擦学性能评价，表现为超低的摩擦系数（cof < 0.01）。
12.2、本发明中质子型离子液体能够吸附在金属基底形成吸附层，从而提高水基润滑剂的防腐和防锈性能。
13.3、相对于传统水基切削液，本发明能够长时间实现高载下钢
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钢接触的超低摩擦，期间几乎不产生热量，节约能源并保证了生产安全。，4、本发明组分种类少、制备方法简单，具有成本低、无毒环保的特点，可应用于宽范围的应用载荷和宽范围的滑移速度。
附图说明
14.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
15.图1为本发明中实施例1制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
16.图2为本发明中实施例2制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
17.图3为本发明中实施例3制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
18.图4为本发明中实施例4制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
19.图5为本发明中实施例5制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
20.图6为本发明中实施例6制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
21.图7为本发明中实施例7制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
22.图8为本发明中实施例8制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
23.图9为本发明中实施例9制备的超润滑水基切削液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
具体实施方式
24.一种超润滑水基切削液，该切削液按重量份数（重量单位为g）计，由下述组分混合均匀制成：多元醇30~70份，去离子水30~70份，质子型离子液体1~7份。优选：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体3~5份。
25.其中：多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3
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丙二醇、1,2
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丙二醇、1,2
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丁二醇、1,3
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丁二醇、1,4
‑
丁二醇、1,2
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戊二醇，丙三醇中的至少一种。
26.质子型离子液体由下述方法制得：将20g磷酸酯加入到100ml乙腈溶剂中，再加入与磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏除去溶剂，最后用无水乙醚洗涤，减压蒸馏除去乙醚，即得无色或淡黄色油状液体。
27.磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯、磷酸二辛酯中的至少一种。
28.烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。
29.实施例1一种超润滑水基切削液，该切削液由：1,3
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丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
30.采用四球摩擦试验机（ms
‑
10a）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ=12.7mm的gcr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷300n，转速1200r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds
‑
0745d光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
31.结果如图1所示，该润滑体系在经历约600s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.730mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
32.实施例2一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3
‑
丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体3g混合均匀制成。
33.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
34.结果如图2所示，同实施例1相比，减少离子液体用量至3g，该润滑体系在经历约600s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.716mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
35.实施例3一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3
‑
丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体5g混合均匀制成。
36.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
37.结果如图3所示，同实施例1相比，增大离子液体用量至5g，该润滑体系在经历约600s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），且摩擦系数更平稳，并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.710mm。该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面没有腐蚀，油盒温度没有升高，适用于做金属切削液。
38.实施例4一种超润滑水基切削液，该切削液同实施例1。
39.采用四球摩擦试验机（ms
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10a）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ=12.7mm的gcr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷150n，转速1200r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds
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0745d光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
40.结果如图4所示，同实施例1相比，将载荷变为150n，该润滑体系在经历约700s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.658mm。说明该体系可适用于宽的应用载荷范围，润滑性能良好；此外，磨斑直径变小，表面光滑平整，适用于做金属切削液。
41.实施例5一种超润滑水基切削液，该切削液同实施例1。
42.采用四球摩擦试验机（ms
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10a）测试所制备切削液的摩擦学性能。试验所用钢球为φ=12.7mm的gcr15轴承钢球。测试条件为在室温下，载荷300n，转速1700r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds
‑
0745d光学显微镜测试钢球表面的磨斑直径。
43.结果如5所示，同实施例1相比，将转速提高至1700r/min，该润滑体系在经历约1300s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.755mm。说明该体系可适用于宽的滑移线速度，润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
44.实施例6一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3
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丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十二烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
45.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
46.结果如图6所示，同实施例1相比，将离子液体替换为磷酸二丁酯
·
十二烷基二甲胺，该润滑体系在经历约850s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.755mm。说明该体系可扩展至其他离子液体，且润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
47.实施例7一种超润滑水基切削液，该切削液由1,3
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丙二醇60g，去离子水40g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
48.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
49.结果如图7所示，同实施例1相比，增大多元醇比例，该润滑体系在经历约250s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.641mm。说明该润滑体系醇水比可调节，润滑性能良好；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
50.实施例8一种超润滑水基切削液，该切削液由1,2
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丙二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
51.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
52.结果如图8所示，同实施例1相比，当1,3
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丙二醇替换为1,2
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丙二醇时，该润滑体系在经历约600s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.659mm。说明该体系可适用于其他多元醇，有良好的润滑性能；此外，磨斑表面光滑平整，无腐蚀，适用于做金属切削液。
53.实施例9一种超润滑水基切削液，该切削液由1,4
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丁二醇50g，去离子水50g，磷酸二丁酯
·
十六烷基二甲胺离子液体4g混合均匀制成。
54.该切削液的摩擦学性能评价测试条件同实施例1。
55.结果如图9所示，同实施例1相比，当1,3
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丙二醇替换为1,4
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丁二醇时，该润滑体系在经历约300s的跑合期后进入超滑状态（摩擦系数小于0.01），并保持超滑状态直至实验结束，磨斑直径（wsd）为0.714mm。说明该体系有良好的润滑性能；此外，磨斑表面光滑平整，适用于做金属切削液。