金屬加工液在金屬加工過(guò)程中起著重要作用。加工液具有一定的潤(rùn)滑性，能降低加工刀具與工件之間的摩擦，減少磨損，并且由于乳化加工液含有大量水分，能及時(shí)帶走加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，提高加工精度和效率。
金屬工件在加工過(guò)程及工序間易發(fā)生腐蝕生銹，特別是鑄鐵類工件，腐蝕速度極快，在高溫高濕季節(jié)，工件表面經(jīng)常發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。此外，很多的機(jī)床部件也是由鑄鐵材料制成，所以，金屬加工液對(duì)鑄鐵材料的防銹性能顯得尤為重要。
1乳液制備
乳化鑄鐵防銹油由基礎(chǔ)油、表面活性劑、防銹劑、潤(rùn)滑劑等組成，在金屬加工過(guò)程中對(duì)所加工的鑄鐵件起到潤(rùn)滑、冷卻、防銹和清洗等作用。
1.1基礎(chǔ)油的選擇
高牯度基礎(chǔ)油調(diào)制的乳化油潤(rùn)滑性和防銹性較好，但其乳化性較差，相對(duì)增加了表面活性劑的用量，且乳液穩(wěn)定性下降。另外，乳化油中基礎(chǔ)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為50%～80%，其中還要加入一定量的表面活性劑和潤(rùn)滑劑、防銹劑，使其粘度增大。但基礎(chǔ)油粘度過(guò)低，形成保護(hù)油膜太薄，不利于防銹[1]，因此基礎(chǔ)油的粘度要適中，宜選用粘度較低易乳化的礦物油。10號(hào)全損耗系統(tǒng)用油能夠滿足粘度和乳化性的要求，且透明度和穩(wěn)定性也較好，因此選用其作為乳化油的基礎(chǔ)油。
1.2表面活性劑的選擇
表面活性劑分子中具有親油性和親水性基團(tuán)，親油性基團(tuán)能進(jìn)入油相并溶于油中，親水性基團(tuán)能進(jìn)入水相并溶于水中，從而顯著降低油水相界面張力。非離子表面活性劑在水中不電離，不受水的硬度和pH值的影響，通常選用其作為主乳化劑，同時(shí)可選用少量陰離子表面活性劑復(fù)合使用，以增加乳化液的穩(wěn)定性[2]。在配制乳化油的過(guò)程中，還要根據(jù)基礎(chǔ)油的HLB值，調(diào)整乳化劑的配比，以獲得*的分散乳化效果。
1.3防銹劑的選擇
防銹劑分為油溶性和水溶性兩種。油溶性防銹劑一般是與金屬表面形成吸附膜，其極性基團(tuán)向內(nèi)，外面的油性疏水基可阻止水分及其它氧化介質(zhì)進(jìn)入，也阻斷了金屬陽(yáng)極氧化作用來(lái)達(dá)到防銹目的。典型的油溶性防銹劑有石油磺酸鹽、環(huán)烷酸鹽、*醇及*酯等；水溶性防銹劑在水中以分子吸附或化學(xué)鈍化作用于金屬表面產(chǎn)生防銹效果，常用的水溶性防銹劑有亞硝酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、羧酸鹽和胺類。但乳化油母液含水量少或不含水，且水溶性防銹劑一般為強(qiáng)電解質(zhì)，會(huì)引起乳化液體系破乳，乳化油中一般使用油溶性防銹劑。石油磺酸鹽與礦物潤(rùn)滑油有相同的原子團(tuán)，能很好地溶解，具有良好的乳化性能，同時(shí)還能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成保護(hù)膜，抑制氧及水對(duì)金屬的接觸，是目前較常用油溶性防銹劑，而其中的石油磺酸鋇對(duì)黑色金屬防銹具有很好的效果。選用的油溶性防銹劑主要有石油磺酸鹽、十二烯基丁二酸等[3]。
1.4潤(rùn)滑劑的選擇
潤(rùn)滑劑是含硫、磷、氯等元素的極性化合物，它們是具有極性基團(tuán)的分子，能在金屬表面形成定向吸附膜，在較高溫度下能與金屬表面反應(yīng)生成硫化物、磷化物、氯化物的反應(yīng)膜，這些反應(yīng)膜具有較高的熔點(diǎn)和較低的剪切強(qiáng)度，能有效降低金屬表面的摩擦和磨損，起到潤(rùn)滑金屬表面的作用。
常用的潤(rùn)滑劑有氯化石蠟、硫化脂肪、磷酸酯等，由于硫、磷極壓添加劑加入到水溶性加工液中容易對(duì)多種金屬產(chǎn)生腐蝕，尤其含磷化合物在廢液排放時(shí)，容易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，其使用受到嚴(yán)格控制。含氯極壓添加劑，如氯化石蠟等，由于價(jià)格低廉，效果也不錯(cuò)，其腐蝕性通過(guò)加入合適的緩蝕劑能得到有效控制，目前仍是比較常用的加工液極壓添加劑。
1.5其他添加劑的選擇
金屬加工液中除添加防銹劑、潤(rùn)滑劑外，還要加入pH值調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、消泡劑等。
金屬加工液的pH值太低，易繁殖細(xì)菌，導(dǎo)致加工液的腐敗和工件、機(jī)床的銹蝕，但是pH值太高會(huì)傷害操作者的皮膚，降低潤(rùn)滑性。因此，金屬加工液的pH值通常需要保持在7.5。9.5之間。同時(shí)，由于在金屬加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，中和加工液中的堿，pH值會(huì)逐漸降低，這會(huì)嚴(yán)重縮短加工液的壽命。因此，所加入的pH值調(diào)節(jié)劑不但要能夠提高金屬加工液的pH值，還要有較大的堿儲(chǔ)備值。常用的三乙醇胺是一種很好的堿值保持劑，用三乙醇胺調(diào)整pH值不會(huì)使其它添加劑因pH值的變化發(fā)生膠凝和析出。但由于三乙醇胺是水溶性物質(zhì)，在油中不溶解，因此還要對(duì)三乙醇胺進(jìn)行改性。常用的方法是用油酸和三乙醇胺按一定比例混合，加熱反應(yīng)后制得油酸三乙醇胺皂，即能溶于油中。值得一提的是，油酸三乙醇胺加入乳化油中，不但能夠調(diào)節(jié)pH值，還是良好的乳化、防銹和潤(rùn)滑性能。
水基金屬加工液的組成為微生物和菌類的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，在使用過(guò)程中，特別是高溫高濕季節(jié)，乳化液一般在1周～2周內(nèi)便變質(zhì)發(fā)臭。殺菌防腐劑加入的目的就是殺滅或者是抑制微生物和菌類的生長(zhǎng)，以延長(zhǎng)加工液的使用壽命。常用的殺菌劑是三嗪類酚類化合物、甲醛類、含氯和含苯化合物。雖有較強(qiáng)的殺菌作用，但會(huì)危害操作者健康，并污染環(huán)境。所以要盡量選擇低毒無(wú)污染的殺菌防腐劑，而且因?yàn)榧?xì)菌有一定的選擇性和抗藥性，在使用時(shí)*選擇兩種以上的殺菌劑復(fù)配使用。
由于乳化液中表面活性劑的存在，加工液在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生泡沫，降低加工液的防銹、潤(rùn)滑和冷卻效果。加入消泡劑可以消除加工液中的泡沫，以確保其潤(rùn)滑、防銹和冷卻等作用的實(shí)現(xiàn)。常用的消泡劑有硅油、乳化硅油和低分子醇等。硅油是*常用的消泡劑，在水溶液中有良好的消泡效果。
2性能評(píng)定
防銹性是金屬加工液的一項(xiàng)重要指標(biāo)。金屬加工液既要滿足所加工鑄鐵件的防銹要求，同時(shí)還要滿足加工機(jī)床上鑄鐵部件的防銹要求。因此，根據(jù)實(shí)際工況要求，防銹試件除了標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)灰口鑄鐵外，還增加了加工機(jī)床上的鑄鐵部件樣品，以考察乳化油對(duì)加工機(jī)床本身的防銹性能。所測(cè)試的鑄鐵部件為FC25灰口鑄鐵、FCD550球墨鑄鐵和合金鑄鐵。將試件裁切出1.5mm×3mm左右的橫截面，按要求打磨清洗后放入干燥器備用。
防銹性評(píng)定時(shí)，一級(jí)灰口鑄鐵常用單疊片試驗(yàn)。單片試驗(yàn)是用滴液管吸取稀釋液(20倍稀釋)，按梅花格式滴入5滴于試片磨光面上，每點(diǎn)直徑約4mm～5mm，然后將試片置于干燥器隔板上(注意不要堵孔)，罩上玻璃罩，再合上干燥器蓋，置于已恒溫到35℃±2℃的恒溫箱中，24h后取出試片讀取結(jié)果。疊片試驗(yàn)是將稀釋液涂抹在其中一塊試片磨光面上，再將兩試片磨光面合攏，同樣置于恒溫到35℃±2℃的恒溫箱中，8h后讀取結(jié)果。機(jī)床鑄鐵部件只采用單片試驗(yàn)。
乳化油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及乳化防銹加工液的性能指標(biāo)見表1。
表1防銹乳化油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和性能指標(biāo)
由表l中可知乳化防銹加工液的性能指標(biāo)達(dá)到了乳化油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3結(jié)論
通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)油、乳化劑、防銹劑、潤(rùn)滑劑等的篩選研究，得到了穩(wěn)定性好、鑄鐵防銹性優(yōu)良、潤(rùn)滑性能良好、無(wú)毒無(wú)異味的乳化金屬加工液。