现代机械加工向高速、强力、精密方向发展，超硬、超强度等难加工材料的发展也使切削加工的难度日益增加。这两方面的原因导致切削加工过程中的摩擦力、摩擦热大幅度提高，这就要求金属加工液具有更好的润滑、冷却、清洗、防锈性能，以便获得理想的加工表面。矿物润滑油的润滑、防锈性能优越，但冷却、清洗性能差；乳化液和水基切削液的冷却、清洗性能优良，但润滑、防锈性能差。水基切削液除具有乳化液的所有性能外，其润滑、冷却、防锈性能亦达到或超过乳化液的标准要求。因而水基切削液已成为国内外机械加工中提高加工性能的发展方向 [l] 。在水基切削液中添加油性添加剂和极压添加剂，是改善水基切削液润滑和防锈性能的有效途径。以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂 H 具有优异的润滑和防锈性能，油酸三已醇胺酯是优良的油性添加剂，以非离子表面活性剂 H 和
油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液，具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。 1 非离子表面活性剂 H 的合成 在催化剂存在下，反应温度为 160 ～ 200 ℃ 时，松香 [3] 与顺酐进行共聚反应，共聚物进一步与多元胺发生中和反应，生成了非离子表面活性剂 H 。产物为红棕色粘稠液体。实验测定了顺酐，松香及其聚合物的红外光谱 [2] ，证明了反应的发生。 2 油酸三乙醇胺酯的合成 油酸是重要脂肪酸之一，其润滑性能很好，但它是非水溶性的。要把它添加在水基切削液中，必须在其分子链中引入亲水基团。三乙醇胺分子中含有三个一 OH 基团，它可与酸发生酯化反应 [4] 。 在 130 ～ 160 。 C 条件下，油酸与三已醇胺的初始反应摩尔比不超过 1 ： 3 时，油酸的 COOH 基团与三乙醇胺的一 0H 基团发生酯化反应，生成了油酸三乙醇胺酯，油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。经四球机检测： 5 ％的
油酸三乙醇胺水溶液的最大无卡咬负荷 PB 值可达 700N ，用 MPV 一 200
摩擦磨损试验机测定其摩擦系数为 0 ． 070 。 3 新型水基切削液的配方及工艺流程 (1) 新型水基切削液的配方 作者研制的新型水基合成切削液，主要成份有：非离子表面活性剂 H 、油酸三乙醇胺、极压抗磨剂、防腐剂及消泡剂等。其中非离子表面活性剂 H 、油酸三乙醇胺由自己合成，其他组分均为市售。各组分配比通过实验选定如表 1 所示。 (2) 工艺流程 新型水基合成切削液的工艺流程如下： 非离子表面活性剂 H 的制备一油酸三乙醇胺的合成一各组分混合一搅拌一一 + 加入消泡剂一装桶。 4 新型水基切削液的质量指标 按照国标 (GB6144—85) 进行检测，新型水基切削液的质量指标如表 2 所示。 5 应用结果及理论分析 (1) 应用结果 新型水基切削液研制完成之后，先后在渝州齿轮厂、大江车辆制造厂进行试用，都获得了比较理想的效果。综合起来，产品有如下特点： 1) 冷却性能突出。能大大带走切削热和充分冷却刃具的切削刃，使其保持硬度、强度和锐利的切削能力，从而提高了工作效率。 2) 润滑性能优越。在切削区能形成润滑油膜，切削液最大无卡咬负荷 PB 值达到 686N 以上。因而能大大降低切削力和降低刀具及砂轮的消耗。同乳化油相比，表面加工精度显著提高。 3) 该润滑切削液在使用中可以渗入工件切削表面的极细微裂缝中，使表面金属晶格脆化，使切削加工容易进行。 4) 具有很好的流动性和良好的清洗性。同乳化油相比，可提高工件光洁度 l ～ 2 级。 5) 具有优良的稳定性。在存储和使用时，不分层及析出沉淀物，不易 ** ，不产生防碍工人健康的气体。同时该产品不含对人体有害的亚硝酸钠和矿物油，工作环境干净无味，加工时能清晰观察工件表面。 6) 具有优良的化学、热安定性和防锈性。在高温、高压与空气接触中不分解、不变质、不腐蚀金属表面。加工件常温下两周内不生锈。 7) 新型水基切削液的总体性能与矿物油相当，但成本不到矿物油的一半。 8) 新型水基切削液的工作废液少，易于处理，大大地减少了环境污染。 (2) 理论分析 1) 润滑性能分析 在金属切削加工中，大多数摩擦属于边界润滑摩擦。在边界润滑中，由于不存在完全的油膜，其承载能力已与油的粘度无关，而取决于润滑液的油性，即润滑成分是否包含着对金属存在强烈吸附的原子团，能在切削界面形成物理吸附膜。 非离子表面活性剂 H 中的极性基团对金属有较大的亲合能力，很容易吸附在金属表面上，形成吸附润滑膜。因其疏水基团较大，并有芳环结构，具有油性剂的作用。同时非离子表面活性剂 H 含有 N 非活性极压元素，它兼有油性剂和极压剂的双重功效。再与加入的极压抗磨剂协同作用，形成高强度物理和化学吸附膜，使之在高压、高温和激烈摩擦作用下不致于破坏。能防止或减小工件、切屑、刀具三者之间的直接接触，达到减小摩擦及粘结的目的，起到极好的润滑作用。 油酸三乙醇胺是一种阳离子表面活性剂，作为油性剂添加在切削液中，易在刃具与切削工件之间形成物理吸附膜，从而起到润滑作用。另外，油酸三乙醇胺与极压抗磨剂也有良好的协同抗磨作用，亦可使润滑性能显著提高。 2) 清洗性能分析 切削液清洗性能的好坏，与切削液的渗透性和流动性紧密相关，表面张力低、渗透性和流动性好的切削液，清洗性能就好。 新型水基切削液中由于有含量不低的非离子表面活性剂 H 和阳离子表面活性剂油酸三乙醇胺的存在，二者协调作用，极大地降低了切削液的表面张力，明显地增强了切削液的渗透性和流动性。因而具有很好的清洗性能。 3) 冷却性能分析 切削液的冷却作用，取决于它的导热系数、比热、汽化热及汽化速度等。水的导热系数为油的 3 ～ 5 倍，比热为油的 2 ～ 2 ． 5 倍，故水的冷却性能比油优越很多。新型水基切削液中含有 90 ％以上的水分，所以冷却性能突出。 4) 防锈性能分析 非离子表面活性剂 H 本身具有防锈和防腐作用，与加入的防腐剂产生复合增效作用，在金属表面形成吸附保护膜层，钝化膜层，从而阻滞了阴、阳极腐蚀过程，由于有致密的履盖膜，能有效地抗拒介质中的水分子、氧及其他腐蚀性物质的浸入，具有优良的防腐、防锈性能。 6 结论 (1) 以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂 H ，具有优异的润滑、防锈和清洗性能。 (2) 油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。 (3) 以非离子表面活性剂 H 和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液，具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。
