王燦輝，侯萬果，田前進，王中原，曹孝陳

(1.洛陽軸研科技股份有限公司 化工材料開發(fā)部，河南 洛陽 471039;2.常熟長城軸承有限公司，江蘇 常熟 215500)

金屬磨削液是軸承零件磨削加工使用的重要附料，選用合適的磨削液可以起到良好的潤滑、冷卻、清洗和防銹作用，從而提高磨具的使用壽命，保證軸承零件加工精度和表面質(zhì)量，提高加工效率，達到最佳經(jīng)濟效果[1-2]。然而普通乳化油類磨削液在使用時除可能危害操作人員的身體健康外，還會造成生態(tài)環(huán)境污染[3]。因此，在保證磨削液使用性能的基礎上，研發(fā)對人體無害，處理后不污染環(huán)境的環(huán)保型微乳化磨削液就成為實現(xiàn)軸承綠色制造的一個重要內(nèi)容。

1 微乳化液機理

微乳化液含油量一般為5%～30%，遠小于乳化油的含油量，是介于乳化油和合成磨削液之間的中間產(chǎn)品[4]，實際上仍然屬于乳化液，是水包油的乳化液(O/W)。從稀釋液的外觀和液滴直徑上可以較為直觀地區(qū)別出其與普通乳化液的差異(表1)。

表1 微乳化液和普通乳化液的稀釋液區(qū)別

從表1可以看出，一般分散相液滴直徑在0.1 μm以下的分散相體系即稱微乳化液，外觀呈半透明或透明狀。

由于表面活性劑的增溶作用，使油/水的界面張力降至零左右，短期內(nèi)甚至為負值。為了維持熱力學的穩(wěn)定，只有液滴分散得更小，總界面面積才能更大。因此，微乳化液能自發(fā)形成，且比普通乳化液更穩(wěn)定，這也是微乳化液使用壽命較普通乳化液長的原因之一。

2 環(huán)保型配方的設計及選擇

為滿足磨削液的基本性能要求，同時使磨削液的制造工藝簡單，性能穩(wěn)定，原料來源豐富，需對配方組分進行合理選擇。

2.1 基礎油的選擇

基礎油主要起潤滑作用，同時也是油溶性添加劑和表面活性劑的載體。雖然微乳化磨削液中基礎油的含量遠遠低于乳化油中基礎油的含量，但它直接影響產(chǎn)品的外觀及乳化穩(wěn)定分散等性能。在基礎油的選擇方面，可考慮選擇礦物油，但必須了解各自的特點，例如：芳烴油易于產(chǎn)生腐蝕，刺激皮膚；環(huán)烷基油溶解性能優(yōu)良，但價格較高，國內(nèi)的資源也相對較少；石蠟基油黏溫性能好，來源廣泛，相對容易買到?？紤]微乳化磨削液中需要加入大量的乳化劑和防銹劑等，一定程度上勢必增加磨削液的黏度，因此綜合考慮確定選用黏度較低的石蠟作為本例的基油。同時，為了保證運輸和儲存的安全，微乳化磨削液的閃點不宜太低，試驗所用的石蠟基油技術指標見表2，其紅外光譜如圖1所示。

表2 石蠟基油技術指標

圖1 石蠟基油的紅外光譜

2.2 防銹劑的選擇

常用的水溶性防銹劑有無機鹽和有機鹽兩類。無機鹽主要有亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽和鉬酸鹽等，其中亞硝酸鹽、磷酸鹽因其毒性而受到限制；硅酸鹽容易凝膠；硼酸鹽溶解度極?。汇f酸鹽價格昂貴，而且大量的無機鹽還會形成鹽析。因此，無機鹽只能作為輔助添加劑。常用的有機防銹劑為羧酸鹽或有機胺。一元羧酸防銹能力差；二元羧酸防銹性雖好，但通常為短鏈分子，潤滑性差，且非飽和的羧酸鹽在水中性能不穩(wěn)定。有機胺類為黑色金屬有效的緩蝕劑，但因有臭味而影響了其使用的廣泛性[5-6]。作為水溶性的防銹劑，分子中不但要有起防銹作用的極性基團，而且要求分子具有一定的水溶性，疏水鏈越長的有機分子緩蝕效果越好，但隨著烷基鏈的增長，其在水中的溶解度卻減小。為了增加有機胺的水溶性，常用的方法是將有機胺與適當?shù)挠袡C酸反應生成有機酸的胺鹽，其在水中的溶解度要大得多，并且具有很好的緩蝕性能。試驗選用鏈長合適的有機羧酸與有機胺反應而得到的低毒、水溶性好、pH值緩沖性能佳和防銹優(yōu)異的化合物作為防銹劑。

2.3 乳化劑的選擇

由于微乳化磨削液中含有較多的乳化劑，使其滲透和清洗能力大大增強。乳化劑是由多種表面活性劑構(gòu)成，而表面活性劑具有在界面上分離的特性，因此乳化劑在微乳化磨削液中除降低表面張力外，更重要是可保持油滴的表面盡可能地穩(wěn)定。在O/W型微乳化磨削液中，即使碰撞也不會引起液滴的增大。使用表面活性劑時還要考慮毒性，其毒性用半致死量表示，陰離子表面活性劑約為1～3 g/kg，個別可達到4～6 g/kg；陽離子表面活性劑約為0.2～2.0 g/kg，其毒性要比陰離子大得多；而非離子表面活性劑則為10～50 g/kg，毒性最小。本試驗選用由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、醚類和高級磺酸鹽等配合而成的復合表面活性劑作為乳化劑。

2.4 殺菌劑的選擇

微乳化液本身具有微生物和菌類滋生繁衍的條件，容易腐敗變質(zhì)。殺菌劑的作用在于抑制細菌和毒菌的滋生，殺滅液體中已存在的細菌，延長磨削液的使用壽命。出于環(huán)保的要求，許多國家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑。本試驗選用主要成分為三嗪類化合物的殺菌劑，是一種性能卓越的水基、低毒性廣譜殺菌劑，具有對金屬無腐蝕性和對皮膚無刺激的優(yōu)點。

2.5 穩(wěn)定劑的選擇

微乳化液的平衡性涉及儲存和使用兩個方面，使用前以高濃度濃縮狀態(tài)存在，其中各組分之間會發(fā)生所謂的時效化學變化并產(chǎn)生緩慢析出或沉淀現(xiàn)象，使用中機油泄漏或混入金屬屑，都將影響其性能。本試驗選用一種含有長鏈醇和醚類、具有氧化穩(wěn)定性好、凝固點低及溶油性佳的物質(zhì)作為穩(wěn)定劑。

2.6 消泡劑的選擇

泡沫在軸承零件加工過程中有很大的破壞性，不僅妨礙液面觀察，使磨削液流動性復雜化，還降低潤滑和冷卻效果。本試驗選用有聚醚改性硅油組分的復合型消泡劑，其適用性強，用量少，能提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.7 復合配方的確定

通過一系列配方調(diào)配和性能測試研究，最終確定了微乳化磨削液的配方，其基本組成見表3。

表3 微乳化磨削液的組成(濃縮液)

3 性能檢測

3.1 腐蝕性試驗

將鑄鐵片、紫銅和鋁合金試片(試片的制備依據(jù)SY 2755—76S《防銹油脂防銹實驗片的制備方法》)全浸于5%磨削液中，加蓋玻璃罩，移置到(55±2) ℃的恒溫器內(nèi)，連續(xù)試驗到規(guī)定時間后，取出試片進行觀察。

3.2 疊片防銹性試驗

將準備好的試片平放在干燥隔板上(不要堵孔)，試片的磨光面朝上，用滴液管吸取試液，涂抹在試片上；然后，再用另一塊試片的磨光面重疊其上，合上干燥器蓋，置于(35 ±2)℃的恒溫箱中，8 h后打開試片，用脫脂棉蘸取無水乙醇擦除試液，立即觀察。

3.3 單片防銹性試驗

用吸液管吸取試液，按梅花格式滴5滴在試片磨光面上，每滴直徑約為4～5 mm。然后將試片置于干燥器隔板上(注意不要堵孔)，加蓋容積為100～150 mL的玻璃罩，然后合上干燥器蓋，置于(35 ±2) ℃的恒溫箱中，連續(xù)試驗24 h取出進行觀察。

表4是研制的微乳化磨削液的各項性能指標。從表中可以看出，研制的微乳化磨削液各項指標達到了GB/T 6144—1995的要求。

表4 產(chǎn)品性能技術指標

4 應用效果

該微乳化液已經(jīng)在一些軸承企業(yè)得到了應用，取得了很好的效果。在實際的磨削過程中體現(xiàn)了良好的潤滑、清洗、冷卻和防銹性能，有效改善了工件加工表面的粗糙度，降低了損耗，并具有較長的使用壽命。表5是軸承磨加工使用不同類型磨削液的性能對比。

表5 微乳化磨削液與乳化油、合成磨削液的性能對比

5 結(jié)束語

研制的微乳化磨削液是棕紅色均勻透明液體，具有良好的潤滑性、防銹性、冷卻性和清洗性，各項指標均達到國家標準要求。該微乳化磨削液使用壽命長，能滿足軸承零件磨削加工的需要；不含對人體有害的物質(zhì)，有良好的環(huán)保性。