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合金铸铁防锈乳化油的研制

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-17  浏览次数:212

  摘要:研制了一种对合金铸铁有良好防锈性能的乳化油。
  关键词:合金铸铁;防锈性能;乳化油

  中图分类号:TE626.39 文献标识码:A


  金属加工液在金属加工过程中起着重要作用。加工液具有一定的润滑性,能降低加工刀具与工件之间的摩擦,减少磨损,并且由于乳化加工液含有大量水分,能及时带走加工过程中产生的热量,提高加工精度和效率。

  金属工件在加工过程及工序间易发生腐蚀生锈,特别是铸铁类工件,腐蚀速度极快,在高温高湿季节,工件表面经常发生锈蚀现象。此外,很多的机床部件也是由铸铁材料制成,所以,金属加工液对铸铁材料的防锈性能显得尤为重要。

  1 乳液制备

  乳化铸铁防锈油由基础油、表面活性剂、防锈剂、润滑剂等组成,在金属加工过程中对所加工的铸铁件起到润滑、冷却、防锈和清洗等作用。

  1.1 基础油的选择

  高牯度基础油调制的乳化油润滑性和防锈性较好,但其乳化性较差,相对增加了表面活性剂的用量,且乳液稳定性下降。另外,乳化油中基础油质量分数一般为50%~80%,其中还要加入一定量的表面活性剂和润滑剂、防锈剂,使其粘度增大。但基础油粘度过低,形成保护油膜太薄,不利于防锈[1],因此基础油的粘度要适中,宜选用粘度较低易乳化的矿物油。10号全损耗系统用油能够满足粘度和乳化性的要求,且透明度和稳定性也较好,因此选用其作为乳化油的基础油。

  1.2 表面活性剂的选择

  表面活性剂分子中具有亲油性和亲水性基团,亲油性基团能进入油相并溶于油中,亲水性基团能进入水相并溶于水中,从而显著降低油水相界面张力。非离子表面活性剂在水中不电离,不受水的硬度和pH值的影响,通常选用其作为主乳化剂,同时可选用少量阴离子表面活性剂复合使用,以增加乳化液的稳定性[2]。在配制乳化油的过程中,还要根据基础油的HLB值,调整乳化剂的配比,以获得最佳的分散乳化效果。

  1.3 防锈剂的选择

  防锈剂分为油溶性和水溶性两种。油溶性防锈剂一般是与金属表面形成吸附膜,其极性基团向内,外面的油性疏水基可阻止水分及其它氧化介质进入,也阻断了金属阳极氧化作用来达到防锈目的。典型的油溶性防锈剂有石油磺酸盐、环烷酸盐、高级醇及高级酯等;水溶性防锈剂在水中以分子吸附或化学钝化作用于金属表面产生防锈效果,常用的水溶性防锈剂有亚硝酸盐、硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、钼酸盐、羧酸盐和胺类。但乳化油母液含水量少或不含水,且水溶性防锈剂一般为强电解质,会引起乳化液体系破乳,乳化油中一般使用油溶性防锈剂。石油磺酸盐与矿物润滑油有相同的原子团,能很好地溶解,具有良好的乳化性能,同时还能优先吸附在金属表面或与表面发生化学反应生成保护膜,抑制氧及水对金属的接触,是目前较常用油溶性防锈剂,而其中的石油磺酸钡对黑色金属防锈具有很好的效果。选用的油溶性防锈剂主要有石油磺酸盐、十二烯基丁二酸等[3]

  1.4 润滑剂的选择

  润滑剂是含硫、磷、氯等元素的极性化合物,它们是具有极性基团的分子,能在金属表面形成定向吸附膜,在较高温度下能与金属表面反应生成硫化物、磷化物、氯化物的反应膜,这些反应膜具有较高的熔点和较低的剪切强度,能有效降低金属表面的摩擦和磨损,起到润滑金属表面的作用。常用的润滑剂有氯化石蜡、硫化脂肪、磷酸酯等,由于硫、磷极压添加剂加入到水溶性加工液中容易对多种金属产生腐蚀,尤其含磷化合物在废液排放时,容易导致水体富营养化,其使用受到严格控制。含氯极压添加剂,如氯化石蜡等,由于价格低廉,效果也不错,其腐蚀性通过加入合适的缓蚀剂能得到有效控制,目前仍是比较常用的加工液极压添加剂。

  1.5 其他添加剂的选择

金属加工液中除添加防锈剂、润滑剂外,还要加入pH值调节剂、杀菌剂、消泡剂等。

金属加工液的pH值太低,易繁殖细菌,导致加工液的腐败和工件、机床的锈蚀,但是pH值太高会伤害操作者的皮肤,降低润滑性。因此,金属加工液的pH值通常需要保持在7.5。9.5之间。同时,由于在金属加工过程中会产生酸性物质,中和加工液中的碱,pH值会逐渐降低,这会严重缩短加工液的寿命。因此,所加入的pH值调节剂不但要能够提高金属加工液的pH值,还要有较大的碱储备值。常用的三乙醇胺是一种很好的碱值保持剂,用三乙醇胺调整pH值不会使其它添加剂因pH值的变化发生胶凝和析出。但由于三乙醇胺是水溶性物质,在油中不溶解,因此还要对三乙醇胺进行改性。常用的方法是用油酸和三乙醇胺按一定比例混合,加热反应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,不但能够调节pH值,还是良好的乳化、防锈和润滑性能。

水基金属加工液的组成为微生物和菌类的生长繁殖提供了条件,在使用过程中,特别是高温高湿季节,乳化液一般在1周~2周内便变质发臭。杀菌防腐剂加入的目的就是杀灭或者是抑制微生物和菌类的生长,以延长加工液的使用寿命。常用的杀菌剂是三嗪类酚类化合物、甲醛类、含氯和含苯化合物。虽有较强的杀菌作用,但会危害操作者健康,并污染环境。所以要尽量选择低毒无污染的杀菌防腐剂,而且因为细菌有一定的选择性和抗药性,在使用时最好选择两种以上的杀菌剂复配使用。

由于乳化液中表面活性剂的存在,加工液在使用过程中容易产生泡沫,降低加工液的防锈、润滑和冷却效果。加入消泡剂可以消除加工液中的泡沫,以确保其润滑、防锈和冷却等作用的实现。常用的消泡剂有硅油、乳化硅油和低分子醇等。硅油是最常用的消泡剂,在水溶液中有良好的消泡效果。

  2 性能评定

  防锈性是金属加工液的一项重要指标。金属加工液既要满足所加工铸铁件的防锈要求,同时还要满足加工机床上铸铁部件的防锈要求。因此,根据实际工况要求,防锈试件除了标准的一级灰口铸铁外,还增加了加工机床上的铸铁部件样品,以考察乳化油对加工机床本身的防锈性能。所测试的铸铁部件为FC25灰口铸铁、FCD550球墨铸铁和合金铸铁。将试件裁切出1.5 mm×3 mm左右的横截面,按要求打磨清洗后放入干燥器备用。

  防锈性评定时,一级灰口铸铁常用单叠片试验。单片试验是用滴液管吸取稀释液(20倍稀释),按梅花格式滴入5滴于试片磨光面上,每点直径约4 mm~5 mm,然后将试片置于干燥器隔板上(注意不要堵孔),罩上玻璃罩,再合上干燥器盖,置于已恒温到35 ℃±2 ℃的恒温箱中,24 h后取出试片读取结果。叠片试验是将稀释液涂抹在其中一块试片磨光面上,再将两试片磨光面合拢,同样置于恒温到35℃±2℃的恒温箱中,8 h后读取结果。机床铸铁部件只采用单片试验。

  乳化油质量标准及乳化防锈加工液的性能指标见表1。

表1 防锈乳化油的质量标准和性能指标



  由表l中可知乳化防锈加工液的性能指标达到了乳化油质量标准的要求。

  3 结论

  通过对基础油、乳化剂、防锈剂、润滑剂等的筛选研究,得到了稳定性好、铸铁防锈性优良、润滑性能良好、无毒无异味的乳化金属加工液。


参考文献

l 朱焱,李淑柱,俞忠新.L-1防锈乳化油的研究与应用.

武汉汽车工业大学学报,2000.22(6):97-100

2 陈忠祥.轧制乳化油的制备及各组分的作用机理.腐蚀与防护,2004,25(7):284-286

3 王恩锋.防锈乳化油的研制.润滑油,2004,19(6):45.47
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