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切削液用于金属及其合金切削、冲压、轧制和拉拔等各种加工过程中所使用的润滑剂,是金属加工过程重要的配套材料。切削液在金属加工过程中具有润滑、冷却、防锈和清洗等作用,能够及时带走加工过程产生的热量,因而能延长刀具的使用寿命,防止金属零件锈蚀,有效清除零件和刀具表面上的切屑和其它粉粒,改善加工质量,提高生产效率。水基切削液具有冷却效果好、可节约能源和提高工作效率等特点,日渐广泛应用于金属加工工艺中,并且有逐步替代油基切削液的趋势。 目前国内使用的水基切削液以乳化液为主。此类产品使用的基础油绝大部分为矿物油,在使用过程中对人体健康带来危害,对周围环境造成严重污染,因此迫切需要绿色环保型的基础油取而代之。植物油由于具有优良的粘温特性、极性吸附、高生物降解性以及资源可再生性,是金属切削液中基础油的首选。但是植物油价格昂贵,限制了其在金属切削液中的广泛使用。地沟油的前身是天然油脂,是动物油脂和植物油脂的混合物,因而其具有动植物油脂的主要特性,是替代植物油用作切削液中的基础油不可多得的廉价优质的原料。因此,将地沟油引入到金属切削液中具有极其重要的环境保护意义和社会效益,同时变废油脂为工业原料本身也具有较高的经济效益。 本文选用地沟油为金属切削液中的基础油,吐温-80和斯盘-80为表面活性剂,硼酸二乙醇胺酯为防锈剂,配制出一种乳化型水基切削液。探讨了吐温-80和斯盘-80不同配比配制的复合表面活性剂以和助表面活性剂选择及用量对乳液稳定性的影响;同时通过铁屑滤纸法、SEM电镜扫描和电化学方法对防锈剂的作用机理进行了分析;最后对乳化液的配制工艺进行了探讨以及按照GB/T6144-85试验方法评定所配制的乳化液的理化性能。 实验结果表明:(1)通过对地沟油理化性质的分析,得到其一些主要性能参数:经过活性白土吸附处理后的地沟油其酸值为24.7mg/g,皂化值为190.4mg/g,粘温指数良好。处理后的地沟油在30℃的粘度为28.6mm2/s,通过和10号机油、大豆油和菜籽油在20#钢表面的接触角对比,其在20#钢表面的润湿最强。因此,可以将所选的地沟油用作乳化型切削液的基础油。(2)通过使用单一表面活性剂如,石油磺酸钠、吐温-80和斯盘-80对地沟油进行乳化测试,都出现析皂或析油现象,难以获得稳定的乳化液体系。采用将亲水性强的和亲油性强的表面活性剂进行复配,得到的复合乳化剂对地沟油的乳化能力有所增强,能够得到稳定的乳化液体系。通过对比试验,m(吐温-80)∶m(斯盘-80)=1∶1时,得到的复合乳化剂对地沟油的乳化能力最优,且m(复合乳化剂)∶m(地沟油)=6∶4时,得到的乳液稳定性最好。(3)通过对助表面活性剂的筛选,选择出了对乳化剂溶液的表面张力降低最显著的正丁醇作为助表面活性剂,其添加量为6%。(4)通过铸铁屑滤纸试验测试不同防锈剂的防锈性能,自制的硼酸二乙醇胺酯具有较好的防锈性能,在添加浓度为1%时可以达到室温下2h无锈。通过运用电化学试验方法和SEM电镜扫描分析对其防锈机理进行了探讨。经极化曲线的研究发现,硼酸二乙醇胺酯是一种以抑制阴阳极,但以抑制阳极为主的阳极型缓蚀剂。通过SEM图可以看出,硼酸二乙醇胺酯可以在金属表面形成一层吸附膜,此吸附层阻碍铁失去电子形成Fe2+离子,同时也阻碍了水中的H+离子或溶解于水中的氧获得电子成为H2放出或形成OH-,使电极表面处于钝化状态,防止了金属的腐蚀。(5)通过分析混合乳化剂浓度对乳化剂溶液的表面张力和清洗性的影响,得出其最低使用浓度为3%时各性能最好。(6)通过对所选消泡剂的消泡性能测试,测试结果显示,乳化二甲基硅油具有优良的消泡能力,其添加量为0.1%时即可满足消泡要求。 采用GB/T6144-85试验方法评定切削液的理化性能。配制出是切削液具有单片防锈可达24h以上,叠片防锈可达3h;抗菌试验表明,配制的切削液具有优良的防腐性能;抗硬水试验表明,其在标准硬水下,无相分离现象。