赵永涛;孙建林;王成龙
【摘 要】A synthetic cutting fluid was prepared and the synergistic effect between organic molybdenum and organoboron extreme pressure agents and triethanolamine borate anti-rust agent was studied.The tribological properties of synthetic cutting fluid were studied with four-ball friction and wear tester;the anti-rust performance was studied through the sheet rust test and laminated rust test with grey cast iron;the surface morphology of the specimen was observed with a laser confocal microscope,and the surface roughness of the specimen was measured to investigate the influence of extreme pressure agent on the surface quality of the specimen.The results show that two kinds of extreme pressure agents have a synergistic effect,which can increase the extreme pressure lubricating factor(The ratio of the maximum non-seizure load to the friction coefficient) of synthetic cutting fluid,and improve the surface quality of the specimen.The synergistic effect between organoboron extreme pressure agent and triethanolamine borate anti-rust agent can enhance the anti-ru
st effect of the cutting fluid.When adding compound extreme pressure agents and anti-rust agent in the synthetic cutting fluid,both the extreme pressure performance and the anti-rust performance are increased compared with a single additive of cutting fluid,indicatingthe compound extreme pressure agents have a synergistic effect with anti-rust agent.%制备一种水基全合成切削液,考察新型有机钼、有机硼极压剂与三乙醇胺硼酸酯防锈剂的协同作用.利用四球摩擦磨损试验机研究切削液的摩擦学性能;采用一级灰口铸铁进行单片、叠片防锈试验,考察全合成切削液的防锈性能;用激光共聚焦显微镜观察试件表面形貌并测量工件的表面粗糙度,研究极压剂对工件表面质量的影响.结果表明:2种极压剂有协同增效的作用,使用复合极压剂后,极压润滑系数(最大无卡咬载荷与摩擦因数的比值)增大,改善加工工件的表面质量;有机硼极压剂和三乙醇胺硼酸酯防锈剂共同作用可增强切削液的防锈作用;当切削液中添加复合极压剂与防锈剂时,与含有单一添加剂的切削液相比,其极压性能与防锈性能均有提高,表明防锈剂和极压剂在切削液中具有协同作用.
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2018(043)003
【总页数】5页(P104-108)
【关键词】协同效应;全合成切削液;极压性能;防锈性能
【作 者】取样装置赵永涛;孙建林;王成龙
【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083;河南工程学院机械工程学院 河南郑州451191;北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083
【正文语种】中 文
血竭提取物【中图分类】TG501.5
乙酸乙酯实验装置切削液是在金属切削加工领域中广泛应用的一种金属加工液，具有冷却、防锈、润滑、清洗等作用，通常将切削液分为水基和油基切削液。随着切削加工向高速度、高载荷和高度精密的方向发展，对切削液的要求提高，严酷的操作条件以及环保意识的增强，使得传统的油基切削液难以满足生产需要。水基切削液为透明液体，以水为主要成分，不含动植物
油和矿物油，价格低廉、操作可视性好、安全而且具有极佳的冷却性能，因此水基切削液是未来切削液的发展趋势[1-2]。水基切削液可分为全合成切削液、乳化液、微乳化切削液3大类，它们的性能特点互不相同，如全合成水基切削液外观透明，具有良好的性、冷却性、清洗性、抗腐败能力等，可在现代化的数控机床和加工中心使用，但在防锈、润滑、对机床油漆的侵蚀及废液处理等方面却不如微乳切削液和乳化液。但就综合性能而言，水基全合成切削液最好[3-5]。
水基切削液中常出现的防锈问题是亟待解决的问题之一，一方面由于水基切削液中含有大量的水分，容易与氧气及其他杂质共同作用，导致金属表面发生锈蚀；另一方面，极压添加剂中的有害元素P、S等也会造成金属表面的锈蚀[6-7]。因此需要选择合适的防锈剂，以抑制或减缓锈蚀的发生。本文作者以聚乙二醇、三乙醇胺、硼砂、消泡剂DT-135为主要原料，制备一种全合成切削液，重点考察采用的新型的水溶性有机钼极压剂和水溶性有机硼极压剂与三乙醇胺硼酸酯防锈剂的协同作用，为以后切削液的配方研制提供理论参考。
1 实验部分
1.1 配方设计
切削液一般由多种添加剂调配而成，不同种类的添加剂直接影响着切削液的综合性能[8]。通过对添加剂的选择，选用聚乙二醇作为润滑添加剂，三乙醇胺硼酸酯作为防锈剂，DT-135作为消泡剂，三乙醇胺作为pH调节剂，硼砂作为杀菌剂，配合新型的水溶性有机钼、有机硼极压剂，制备出一种水基全合成切削液。其制备工艺为：将聚乙二醇、防锈剂和极压剂溶于去离子水中，在40 ℃下搅拌30 min，加入适量的三乙醇胺，调节pH值为8～10，再滴加少许硼砂和消泡剂DT-135，即得到全合成切削液。
为考察新型的水溶性有机钼极压剂、水溶性有机硼极压剂和三乙醇胺硼酸酯防锈剂的协同作用，采用不同的防锈剂和极压剂配比制备了5种水基全合成切削液。制备的全合成切削液(稀释液)中极压剂与防锈剂的质量分数如表1所示，其余成分质量分数相同。
表1 极压剂和防锈剂的质量分数
Table 1 The mass fraction of extreme pressure
agent and anti-rust agent %名称切削液A切削液B切削液C切削液D切削液E有机钼极压剂0.8200.410.410有机硼极压剂00.820.410.410防锈剂1.441.441.4401.44
1.2 摩擦磨损实验
使用MR-S10A型四球摩擦磨损试验机，按GB/T 3142-1982进行摩擦磨损实验，所用钢球材质为GCr15，直径为12.7 mm，硬度为HRC59～61。实验条件：四球机转速为1 450 r/min，实验时间为10 s，温度为室温。实验测定了制备的切削液的最大无卡咬载荷(pB值)，并通过长磨实验(载荷392 N，时间30 min)，测量其摩擦因数。
1.3 防锈性试验1.3.1 单片防锈试验
在打磨好的铸铁试片上(试片为φ35 mm×20 mm的圆柱，打磨按照标准SH/T 0218进行)，按梅花格式滴加5滴直径为4～5 mm的待测切削液。在玻璃干燥器中注入高度约为底部高度1/3的蒸馏水，将铸铁试片放在干燥器隔板上，盖上干燥器盖，移至温度为35 ℃的恒温干燥器中。实验24 h后取出铸铁片，检查生锈情况。
1.3.2 叠片防锈试验
人工智能建站系统将打磨好的灰口铸铁试片放在玻璃干燥器的隔板上(打磨面朝上)，用试管吸取待测切削液并均匀涂抹在铸铁片上，再用另一块铸铁片对齐覆盖在上面(打磨面朝下)，盖上干燥器盖，
移至温度为35 ℃的恒温干燥器中。实验4 h后取出铸铁片，检查生锈情况。
大理石测量平台1.4 车床切削试验
试验机床：数控GSK 980TDb
膨胀反应工件：T8钢棒材，直径20 mm
加工方式：外圆车削
试验刀具：硬质合金刀
切削用量：转速904 r/min，进给量144 mm/min，背吃刀量5 mm，加工长度20 mm
试验切削液：制备的切削液A、B、C
2 结果与讨论
2.1 极压剂对防锈性能的影响
极压剂虽然可以改善切削液的极压性能，但会对金属表面造成一定的影响[9]。为了考察极压剂对防锈性能的影响，特选择不同切削液进行防锈试验。图1为使用不同切削液进行单片防锈试验照片。从图1(a)中明显可以看到，在5个滴加含防锈剂切削液C的区域内，没有发生任何锈蚀，为5滴全无锈，符合国家标准；但在图1(b)中可以看到，在5个滴加不含防锈剂切削液D的区域内，有3个区域发生明显的锈蚀，未达到标准要求；而由图1(c)可以看出，在5个滴加含防锈剂切削液E的区域内，也没有发生任何锈蚀。可见，当切削液中不含防锈剂时，因切削液中的含P、S添加剂的氧化性和热稳定性差，有害活性元素P、S等会对金属表面造成一定程度的锈蚀，甚至会使钢铁等的未加工表面产生污斑[10]。
综上所述，当切削液中添加一定量的防锈剂时(文中试验中防锈剂质量分数为1.44%)，可有效抑制极压剂中有害元素对金属表面的锈蚀。由于防锈剂的定向吸附作用，极性基团吸附于金属表面，改变了金属表面的界面性质和电荷状态，使其表面的能量处于稳定状态，增大腐蚀反应的活化能，减慢腐蚀的速度；另外，非极性基团将金属与腐蚀介质隔离开，形成一层保护膜，从而起到防锈的作用[11]。
为进一步考察极压剂对防锈性能的影响，选择条件更为苛刻的叠片防锈试验。图2为使用不
同切削液进行叠片防锈试验照片。从图2(a)中可以看到，涂布含防锈剂切削液C时，铸铁试片两叠面内无任何锈蚀或迭印，达到标准要求。从图2(b)中可以
