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金属加工用表面活性剂现状及今后课题
摘自:日期:2020-09-28 14:19

一、概述

在金属加工工业中,使用了许多表面活性剂,以提高生产的工艺水平得出终产品的质量。为了满足降低能耗和原材料的需要,研究并采用了添加表面活性剂的表面处理技术。

由于涉及多方面的技术,限于篇幅,本文主要阐述表面活性剂在金属加工过程中的应用。

金属加工油剂(工作油剂)是用于金属加工过程的油剂,它与一般的润滑油不同。金属加工油剂可分为:切割油剂;热处理油剂;塑性加工油剂(它又包括:轧制油剂、冷拔油剂、压力加工油剂和滚轧油剂);防锈油剂;洗涤油剂及水泥剥离剂等。金属加工油剂应用产业见表1

1  金属加工油剂应用的产业[1]

现代金属加工油剂,是根据加工要求的性能在精制矿物油中加入极压添加剂,油性剂,防锈剂、防氧化剂等添加剂以改进油剂的性能,所以直接使用时水溶性的油剂要加入表面活性剂,使用时需过量的水稀释,采用乳化剂或溶液的形式。

但它与水共存需要复配及选择添加剂,其使用方法与水不溶性油剂不同。

近年来,在许多产业领域中都谋求自动化、省力而使液压装置的适用范围不断扩大,加之油压装置本身正向高压、小型、高效和高控制发展。因此,要求使用的液压油具有优良的耐磨损性、耐热氧化稳定性等。此外,具有生物降解性、低毒性适应环境保护要求的节油型润滑油近年来在欧洲开发研制十分活跃。欧洲各国普遍重视户外使用的液压油对水域的水质污染,目前二冲程汽般用发动机油、工程机械用液压油、自动伐木器油等已开始上市销售。

这些生物降解性润滑油采用天然油脂和合成脂肪酸酯,但天然油脂的热氧化稳定性差,而脂肪酸酯类将是今后研究开发的重点。

表面活性剂在金属加工中的应用主要分为以下几个方面[2]

1)清洗、去油、脱脂;

2)切割和磨光油的乳化;

3)卷轧油的乳化;

4)热处理的乳化与增溶

5)管道与钨拔丝用油的乳化;

6)喷涂覆盖液的乳化、增溶与分散等。

除此之外,还有大量表面活性剂用于消除机器产生的油污,以保持机器的清洁。

二、清洗、去油污与脱脂

除大型生产体系外,在工厂经常要进行小规模的清洗。维修仪器与设备、部件如真空泵、阀门、发动机和变压器时,必须对它们进行清洗。通常,部件的表面被沾污或是生锈时,建议不要用水或一般的溶剂来清洗。对于钢或合金钢的清洗,应使用下列配方的清洗剂:

煤油或未加铅的工业汽油        体积 80-90%

不含高压添加物的船用汽缸油      19-9

防腐剂                           1

这种清洗剂中的防腐剂配方如下:

三、切削与磨光用油的乳化

切割与磨光用油的乳化改进了冷却效果和阻燃性能。由于金属表面的疏水性而水的表面张力又很高,因此纯水很难在金属表面润湿,特别当金属部件高速运动时,润湿就更困难。

水包油型乳液比油包水型乳液和增溶油的抗磨和防锈性能差一些,但水包油型乳液在水份蒸发后可在金属表面形成一层防锈层。

水包油型乳化剂中常用的是碘价在35-55的脂肪酸胺盐或铵盐、水溶性切割(或磨光)用油的典型配方如下:

重量%    

矿物油   40-60

胺或胺皂  60-40

由于在商品切割用油中含有化学反应活性的添加剂,因此离子型表面活性剂不适合用于水溶性油的制备或切割油的乳化。

由于非离子表面活性剂与商品金属加工用油中含有的添加剂间的低反应活性,因此壬基酚聚氧乙烯醚、脱水山梨醇三油酸酯或聚氧乙烯脱水山梨醇酯这些非离子表面活性剂比石油磺酸盐或脂肪胺这些非离子型表面活性剂更适用。

四、卷轧用油的乳化

对乳化剂的要求决定于轧的速度和缩减的比例。使用卷轧油往往不能满足高速、高缩减比卷轧的要求,必须根据特定的操作条件调油的性能。除满足高卷轧速度和缩减比例的要求外,现代化轧钠机清洗油还应具有以下性能:卷轧钢板的清洗:乳化能力;低泡;合适的磨擦系数;抗热分解稳定性及抗氧化稳定性。

由于它们应用广泛,难于给出典型的配方,高效轧钠机清洗油的研制通常要与钢材加工厂合作完成。长期以来常用的冷轧油是乳化牛油、棕榈油或它们的混合物。在这些乳化油中应该使用的油溶性非离子表面活性剂有壬基酚聚氧乙烯醚,脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯等。

轧钢机清洗油是一种用于满足特殊性能要求的新型冷轧油,它不同于一般的清洗油。

如上所述,大部分油用水乳化后其润滑性能都降低,但是在部分油溶发生性非离子表面活性剂在油中使用时,不但能起乳化作用,而且能改进油的性能和起到防锈作用。但是,应注意添加剂间的化学反应,添加剂与设备金属部件间的化学反应、密封和填料的影响,贮存稳定性以及其他因素引起的油润滑性能的变化[3]

在润滑油配方中,脂肪化学品和表面活性剂既能改进油的性能,又是防腐剂、消泡剂和乳化剂。脂肪酸、脂肪醇和脂肪酸不仅是高效润滑剂,而且加到矿物油中能改善油的性能。

五、切削油剂

切削油剂又称润滑冷却液。广泛用于车削、碾磨、钻孔及冲孔等机械加工作业。

1.切削油的分类[4]  切削油剂可分为两大类,一类是非水溶性切削油剂,另一为是水溶性的切削油剂。水溶性切削油剂又分成三种(乳化型、可溶型和化学溶解型),多数厂商把某些产品染成红、黄、荧光等颜色,做为不同颜色的标志,便于使用时的识别。

1)非水溶型切削油剂

它是以轻质矿物油为主,有的直接使用,有的混入5-10%的硫化脂肪油或氯化硫化脂肪油以及其他极压添加剂等。这类切削油的润滑性、通盘性较好,冷却性能差。它可用于螺丝磨削,成型磨削、研磨等精密磨削。但因为比重轻,沸点不高,容易雾化,对周围环境卫生不利,需要相应的设备来防护。

2)水溶性切削液

☆乳化型切削液

以矿物油为基础成分,用量5-20%。阴离子表面活性剂(脂肪酸皂、硫酸化油、硫酸酯、树脂酸皂、环烷酸皂和石油磺酸盐等)为乳化剂,用高级醇和脂肪酸为稳定剂。加昔,把原液用水稀释10-30倍使用,或稀释到50倍使用。

基础油中可以加入1~2%硫黄,用以提高油性,因为硫能影响乳化。一般要用非离子表面活性剂改进乳化性。

乳化型润滑性好,通盘性和冷却性能差。近年来也有加入含硫硫和含氯化物用以改进极压性能。☆可溶性切削液

组成成分中可含矿物油也可不含矿物油,用水稀释后是一种透明或半透明溶液。根据使用对象不同,用水稀释30-100倍。这种切削油经乳化后的渗透性、冷却性都好,但是在使用时容易使润滑油化。

☆化学溶解型切削液

以亚硝酸钠等无机盐20%-30%倍为主体,添加其他防锈剂等物质而成,用量较大。使用时用水稀释100倍左右,它易溶于水成为透明液。

乳化型和可溶型切削油用水稀释后的颗粒较大,呈一种胶状物。而化学溶解型是一种电解质水溶液,与前两者的形态完全不同。溶解型切削油的油性低,表面张力较大,由于无机盐类离子吸附作用,对磨具不易堵塞,除普通钢、合金钢外也能用于易产生磨屑、堵塞磨具的铸钢、钛合金的加工;效率也比较好。

这种冷却液防锈性能好,故适用于铸铁的磨削。缺点是导电能力强,能降低导线、电动机的绝缘性能,车、磨床的涂料容易剥落。若与车、磨床的润滑油混溶,影响润滑性能。

 

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