金属加工用油添加剂的种类

金属加工用油添加剂的种类 金属加工用油是一种复杂的混合物，它含有几种乃至几十种不同成分的添加剂。添加剂的成分不但直接影响加工用油的切削性能(如润滑、冷却和清洗性能等)，而且还影响加工用油的非切削性能(如毒性、腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性等)。加工用油常用的添加剂主要有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。加工用油的添加剂不仅要性能优良，而且要低毒低公害甚至无毒无害。 1、 极压抗磨剂 极压抗磨剂品种较多，主要有含硫极压抗磨剂、含磷极压抗磨剂、含氯极压抗磨剂、有机金属盐极压抗磨剂和惰性极压抗磨剂等。 含硫极压抗磨剂品种较多，主要包括硫化异丁烯、硫化动植物油脂、硫化脂肪酸酯、磺原酸酯、二硫代氨基甲酸盐和多硫化合物等，其中硫化异丁烯具有优异的极压抗磨剂性能。 使用较多的含磷极压抗磨剂主要有磷酸酯、亚磷酸酯等。中国石化石油化工科学研究院研制开发出一种性能良好的磷酰胺(肼)类新型极压抗磨剂。试验中选用46号液压油基础油，考察了单种添加剂的性能，当添加量分别为0.55,、1.0,(以质量分数计)时四球机试验的最大无卡咬负荷PB达到980,1421N，长时间磨斑直径(载荷392N，时间60min)为0(4,0.5mm。同时，此添加剂还有一定的防 锈性和抗氧性，表现出多功能添加剂的特点。 含氯极压抗磨剂主要品种是多种牌号的氯化石蜡和氨化脂肪酸类，氯化石蜡活性强、极压抗磨性好，特别适用于难加工的金属，如不锈钢、合金钢用的切削油。但氯化石蜡在热和水解条件下，易放出氯原子，进而放出Hal，引起铁的腐蚀。近年来一些国家禁止使用有机氯化合物，研究了氯化石蜡的代用品，但代用品的价格高、极压活性不太高，现在难加工的金属还离不开氯化石蜡。 氯化添加剂是一种优良的金属加工油极压添加剂，以水基乳化形式或纯油形式用于金属切削和成形加工中，经常与硫化极压抗磨剂混合使用。氯化添加剂的作用机理是在金属加工操作的极压、高温条件下，在金属的表面形成一层氯化铁膜，氯化铁膜具有很低的剪切应力，可以降低金属表面的摩擦，从而提高工件的表面光洁度，延长刀具的使用寿命。实践证明，当氯化添加剂与硫化添加剂混合使用时，其效果公有显著提高。这是因为当温度高于金属的熔点时，表面膜就会失去其保护作用。而氯化添加剂与硫化添加剂混合后作用于金属表面时，会使金属表面的熔点提高。如氯化铁的熔点在350?，而硫化铁的熔点却高于800?。在非合金钢的高速机加工中，该添加剂能形成有效的抗烧结膜，氯化与硫化添加剂混合后，可以在金属表面形成摩擦力小的抗烧结膜，用于合金钢及有色金属的低速机加工效果更加显著。这些特点在拉削和攻丝工艺过程中很突出，它在低速条件下形成 低摩擦氯化膜，能有效防止不锈钢和耐热合金钢硬化。 OSPAR(奥斯陆和巴黎协会)要求工业必须降低对水环境的损害，Etut，Chlor(欧洲氯化物制造业协会)提议减少在金属加工液中C10,C13氯化石蜡的用量。德国在相关的法律中规定了工业废油中氯的含量，并会对其进行燃烧处理。含氯量超过0(2,的废油被定为“特殊垃圾”，必须经过高温炉燃烧处理。在美国，环保署通过对动物饲养的研究，发现C12是一种致癌物质，尽管对于这些试验的解释还存在着争议，但还是停止了该物质的使用。碳链为C1O,C13的氯化石蜡对水生环境有危害，尤其对水微生物、贝类及鱼类危害极大。这类产品在IMDG代码中被列为严重的海洋污染物。欧洲氯化物制造业协会已经在这类产品上贴上了“对环境有危害”的标签。因此，可以用C14,Ci氯化石蜡来代替C1。,C13的氯化石蜡，但不是说直接用C14,C17氯化石蜡代替CIO,C13氯化石蜡就能发挥其功效，必须要更改其配方，这样会使得某些技术指标发生变化。这些变化带来的好处会越来越明显，产品也将除去原先危险品的标志。新配方的氯化添加剂调和的复合剂已经可以完全替代CIO,C13氯化石蜡。新的不含氯的加工用油称为CF(Chlorine Free)型，这个符号已在很多销售的加工用油产品中出现。 我国生产的氯化石蜡商品与国外同类产品相比热稳定性、水解稳定性和腐蚀抑制性较差。 磺酸钙惰性极压抗磨剂不含氯、磷和活性硫元素，是金属加工液优良的极压、抗磨和防烧结添加剂。它适用于铁质金属和有色金属的切削和成型加工，与硫化、氯化、含磷极压抗磨剂、硫代氨基甲酸酯、硫一磷化合物和硼酸酯等具有协同效应;与硫化极压添加剂复配使用，具有远比硫化极压抗磨剂单独使用更优良的效果;和氯化石蜡复配使用，可抑制氨化石蜡对金属的腐蚀，在很多加工操作中可以取代氯化石蜡;磺酸钙本身就是很好的防锈剂，具有很高的碱保持能力，可以除去残留的酸性副产物，从而具有更好的防腐蚀性能，中和酸性残余物不仅可以延长加工用油的使用寿命，防止金属锈蚀，还不会使有色金属产生腐蚀性斑点;在不锈钢的冲压拉深，攻丝等加工中，可以明显延长刀具(模具)寿命，并改善工件的表面质量;对人体和环境无害，而且在加工中没有异味产生。 近年来，无毒无害的硼酸盐(酯)类添加剂系列受到广泛重视，它的油膜强度高，摩擦系数低，具有优良的减摩抗摩性能;还具有良好的防锈性能和抗菌、杀菌功能，且无毒无害，是一种多功能的环保型添加剂。 2、油性剂 油性剂可以在摩擦表面形成物理吸附膜或化学吸附膜，从而降低摩擦系数，起到润滑作用。 油性剂品种较多，我国有硫化烯烃棉籽油T405和T405A两个品种是硫化鲸鱼油的代用品，还有T402(二聚酸)，T403(油酸乙二醇酯)，T406(苯三唑脂肪酸胺盐)，膦酸酯T451和T451A，7452(磷氮化合物)等。 油性剂在提高加工用油的整体润滑性能上起着很重要的作用。 3、 防锈添加剂 防锈剂是金属加工用油及金属表面处理行业中必不可少的重要产品之一，其作用是防止工件生锈，它能在金属表面形成牢固的吸附膜，以抑制氧及水特别是水对金属表面的接触，使金属不致锈蚀。防锈剂必须对金属有充分的吸附性和对油的溶解性，因此防锈剂均由很强的极性基和适当的亲油基组成。 防锈添加剂有水溶性和油溶性两类，分别用于水基切削液和切削油。 常用的油溶性防锈添加剂主要有磺酸盐(磺酸钙、磺酸钙、磺酸钠和磺酸钡)、羧酸及其盐类(十二烯基丁二酸、环烷酸锌、?一油酰肌氨酸十八胺盐)、有机磷酸盐类、咪唑啉盐、酯型防锈剂(羊毛 脂及羊毛脂皂、司苯一ω或80、氧化石油脂)、杂环化合物(苯并三氮唑)、有机胺类等。我国先后使用了石油磺酸钡、石油磺酸钠以及烯基丁二酸、二壬基萘磺酸钡、司苯, 80、氧化石油脂钡盐、环烷酸锌、苯并三氮唑等防锈剂。20世纪70年代开发了烷基磷酸咪唑啉烯基丁二酸盐等防锈剂。到90年代，开发了中性合成磺酸盐(T705A)，烯基丁二酸半酯(”绍和T747A)等防锈剂。 水溶性防锈剂主要有亚硝酸钠、重铬酸钾、磷酸三钠、磷酸氢二铵、苯甲酸钠、三乙醇胺、钼酸盐和脂肪酸盐等。亚硝酸钠是很有效的水溶性防锈添加剂，但人们已逐渐认识到它对人体有致癌的可能性。铬酸盐、重铬酸盐对钢铁也有良好的防锈作用，但有毒、污染环境，它们的使用都受到限制。磷酸盐类防锈剂会污染环境，它们的使用也应受到限制。因而开发新型无毒无害防锈剂是发展趋势。目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如有机胺、硼酸盐、苯并三氮唑等复配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。 钼酸盐是一种阳极缓蚀剂，能在金属表面生成Fe-Mo04-Fe2O3钝化膜，具有良好的缓蚀效果，但价格昂贵。通常将钼酸盐与其他防锈剂缓蚀剂配合使用。 国内成功研制出了一种环保型水基金属防锈剂，经多方;各项防锈性能指标均高于同类传统产品，该防锈剂以肌醇六磷酸酯为主 要成分，与其他几种无毒金属缓蚀剂复配而成。肌醇六磷酸酯是一种从粮食作物中提取的天然无毒化工产品，可在金属表面形成一层致密的钝化保护膜，从而有效地抑制金属的腐蚀，该产品适合于钢铁及各种有色金属的工序间及长期防锈处理。另外，由于该剂在金属表面形成的钝化膜与有机涂料有相近的化学性质，还可替代金属涂装前常规的磷化处理及镀锌无铬钝化工序，从根本上解决了重命属、亚硝酸盐、磷酸盐、铬酸盐等排放污染问题，而加工成本仅为传统工艺的2,3。 4、 铜合金缓蚀剂 铜合金缓蚀剂实际上是防锈剂的一种，但由于在金属加工用油中铜合金具有特殊的地位，所以单独列出铜合金缓蚀剂进行介绍。 常用的铜合金缓蚀剂主要有苯并三氮唑及其衍生物，2,巯基苯并噻唑的衍生物等。 Ciba公司的金属减活剂IRGAMET 42的主要成分为水、乙二醇溶解的甲苯并三唑衍生物，溶于水中，矿物油中溶解量(0(01,，含氮量17(5,。常用于乳化液和合成液中，起防护金属表面的作用，能防止铜合金等有色金属的腐蚀。在pH值大于7时，所有的水基液体中的使用浓度为0(1,,0(3,。 5、 降凝剂 油品温度下降到一定程度后，就要失去流动性而凝固，降凝剂的作用主要是降低油品的凝固点，并保证油品在低温下能够流动。油中含有蜡，在低温下，高熔点的石蜡烃，会以针状或片状结晶析出，并相互联结成为立体网状结构，形成结晶骨架，将低熔点油吸附并包围其中，尤如吸水的海绵，致使整个油品丧失流动性。 降凝剂有吸附和共晶两个作用，降凝剂虽不能阻止蜡晶的析出，但可以改变蜡的结构。降凝剂通过在蜡结晶表面的吸附或与其形成共晶，改变蜡结晶的形状和尺寸，防止蜡晶粒联结形成三维网状结构，从而保持油品在低温下的流动性。 降凝剂广泛应用于各类润滑油中，典型代表是烷基萘、聚甲基丙烯酸酯和聚α-烯烃。润滑油降凝剂国内以烷基萘为主，占降凝剂的70,，其次是聚α一烯烃降凝剂(T803A和T803B)，少量是聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯酸酯降凝剂。目前国内发展了α一烯烃共聚物降凝剂T811。T811与T803复合使用，可提高降凝度和扩大油品的使用范围。 我国石蜡基润滑油比例较大，降凝问题较严重，故降凝剂相对用量大一些，一般为0(37,。 金属加工用油在要求良好的低温性能时需要加入降凝剂。 6、 防腐杀菌剂 水基加工液具备微生物和菌类生长繁殖的条件，容易腐败变质发臭。防腐杀菌剂(或杀菌剂)的作用在于杀灭或抑制细菌和霉菌的生长，以达到延长切削液的使用期限的目的。常用的防腐杀菌剂是酚类化合物、甲醛类、含氯和含苯类化合物，它们虽然有较强的杀菌作用，但同时对操作者也有一定的伤害作用，如刺激眼、鼻、喉等器官，容易引起操作者皮肤和呼吸道病变，并且污染环境。近年来由于受到环保法规的限制，许多国家对含酚类、苯类及甲醛类的杀菌剂的使用进行了限制，并且积极寻求新型无毒杀菌剂。如日本选用油酸、硬脂酸、月挂酸等羧酸制各的铜盐具有1年以上的抗腐败效果。美国开发的柠檬酸单铜也有较好的抗菌效果。国内利用硼酸酯与表面活性剂等复配成的防腐杀菌剂也具有较强的抗菌能力。 Lubrizol的杀菌剂KT101是可以完全生物降解的杀菌剂，其化学名称为六氢化三嗪(Hexahydrotriazine)，有效成分含量80,，0(1,水溶液pH为9(5，对细菌、真菌、酵母菌都有效，不过在某些配方中对真菌的抑制力不够强。可应用于多种含水的工作介质中，特别是对颜色、气味有严格的要求时此刹具明显优势;KT101除可用在金属加工液中外，还可在乳化油、胶黏剂、乳化剂等含水介质中。 推荐浓缩液中加人ld 2,,3,，工作液中浓度0(1,,0(2,。 三丹油,也叫古罗丹，六氢,1，3，5,三(2,羟乙堪), S,三嗪,，三连氮系防腐杀菌剂，为透明液体，具有喊氮臭味，0(15,pH值为8。0,9(0。主要用作切削液，研磨液和轧制液的防腐剂，加人0(15,,0(2,，在2,3个月内不长细菌。 Bactericide SJ850强力杀菌剂，是一种不含甲醛的化学混合物液体，用于抑制水溶性切削液中细菌和真菌的滋生，以及消除切削液的恶臭气味，??密度为1(18kg,L，开口闪点125?，pH值10(2，倾点,30?。适用于独立油箱或集中供液系统。 Grotan系列防腐杀菌剂的品种齐全，用途很广泛，其性能和用途见表1。 国内目前用于水基型金属加工液中的防腐杀菌剂还很少，在切削 液使用中加人防腐剂也不多见。这主要是由于加入防腐剂使切削液的 成本增加较大和使用不大方便所致，今后的任务是开发和推广价格适 宜、使用方便且无毒的防腐剂。 7、 消泡剂 金属加工用油在循环润滑系统的激烈流动和冲击条件下公产生大量泡沫，泡沫不但影响加工用油的泵送性能，还会减小油膜强度和破坏稳定性，造成严重的磨损，或使机床无法正常运转，甚至发生供油中断和烧结等现象。 消泡剂的作用是抑制泡沫的产生，以免形成稳定的泡沫，它能吸附在泡膜上，破坏膜的均匀性，从而达到消除泡沫的目的。 最常用的抗泡剂是甲基硅油，它不溶于油，通过溶剂稀释或高速分散等方法使之呈高度分散状态而分布在油中，其川量一般为1,100pg,g，另外还有一种非硅抗泡剂，属于聚l叮烯酸酯型的高分子酯。它和硅油相比，能有效地改善油品的空气释放性。 用于水基金属加工业液的消泡剂主要是乳化硅油等。 鹰达行有限公司的FOAM SP700是一种应用范围很广的高J性能消泡剂，白色，25?密度为1(03 kg,L，开口闪点220?，50,pH值8(2，倾点, 30?。用于水溶性切削液、乳化液、酸碱水性清洗 剂、水,乙二醇液压等。 FOAM BAN MS,5是一种用于乳化加工液的矿物油基消泡剂，用于乳化金属加工液;FOAM BAN MS,455、MS525、 MS-550、 MS,575、 MS,293、 3529B、 HP710、 HP740等消泡剂都可以用作乳化油、半合成微乳化液和化学合成液的消泡剂;FOAM BAN 130B是一种硅基泡沫抑制剂，用于非水性的工业润滑油，常用于工业润滑油中，包括透平油、齿轮油和液压油等。