金属切削液及其制备方法与流程

本发明涉及切削液技术领域，特别是涉及一种金属切削液及其制备方法。

背景技术：

在机械加工领域，相互作用面间的摩擦力会造成机械器件的磨损，而导致能源损失。金属切削液在金属切削加工过程中能够降低摩擦阻力，从而最大限度降低各种机械器件的磨损以及减少由于摩擦磨损带来的能源损失。然而，传统的金属切削液存在抗磨性能较差，稳定性较差的问题，不利于金属加工工业的发展。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种抗磨性能较好和稳定性较好的金属切削液。

此外，还提供了一种金属切削液的制备方法。

一种金属切削液，按重量百分含量，制备所述金属切削液的原料包括：

其中，所述润滑剂为还原氧化石墨烯。

上述金属切削液的配方合理，通过加入还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯能够很好的分散在金属切削液的体系中，而使金属切削液的稳定性较好；同时，还原氧化石墨烯为片层结构，具有优异的力学性能，而使金属切削液的抗磨性能较好。因此，上述金属切削液的抗磨性能和稳定性较好。

在其中一个实施例中，所述还原氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

在其中一个实施例中，所述减磨剂选自聚乙二醇及硼酸酯中的至少一种；及/或，所述ph稳定剂选自三乙醇胺及二异丙醇胺中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，所述三乙醇胺与所述二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4。

在其中一个实施例中，所述防锈剂选自硼化二乙醇胺、碳酸钠及硼砂中的至少一种；及/或，所述缓蚀剂选自苯并三氮唑、苯甲酸钠及硅酸钠中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述抗硬水剂选自乙二胺四乙酸、碳酸钠及乙二胺四乙酸二钠中的至少一种；及/或，所述ph调节剂选自冰醋酸、柠檬酸及次磷酸钠中的至少一种。

一种金属切削液的制备方法，包括以下步骤：

按重量百分含量计，称取8％～18％的减磨剂、1.8％～3.6％的ph稳定剂、0.5％～1.6％的润滑剂、0.4％～1.2％的防锈剂、0.3％～0.6％的缓蚀剂、0.08％～0.16％的抗硬水剂、3.5％～7.5％的ph调节剂及余量的水，其中，所述润滑剂为还原氧化石墨烯；

将所述减磨剂、所述ph稳定剂与所述水混合，得到预混液；

将所述缓蚀剂、所述抗硬水剂、所述防锈剂、所述ph调节剂与所述预混液混合，得到基础混合液；

将所述还原氧化石墨烯分散在水中，形成分散液；

将所述分散液与所述基础混合液混合，得到金属切削液。

在其中一个实施例中，所述将所述还原氧化石墨烯分散在水中的步骤中，所述还原氧化石墨烯与所述水的质量体积比为0.45g:750ml～0.5g:700ml。

在其中一个实施例中，还包括所述还原氧化石墨烯的制备步骤，所述还原氧化石墨烯的制备步骤包括：将氧化石墨烯、碱及水混合后进行加热回流，得到还原氧化石墨烯。

在其中一个实施例中，所述碱选自氢氧化钠及氢氧化钾中的至少一种。

附图说明

图1为实施例1～6及对比例1～2制得的金属切削液的相对浓度-时间曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的金属切削液，按重量百分含量，制备金属切削液的原料包括：

其中，减磨剂不仅能够提高金属切削液的耐磨性能，而且还能改善金属切削液的防腐性能。具体地，减磨剂选自聚乙二醇及硼酸酯中的至少一种。更具体地，减磨剂为硼酸酯。

其中，ph稳定剂能够使金属切削液的体系趋于稳定。具体地，ph稳定剂选自三乙醇胺及二异丙醇胺中的至少一种。进一步地，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物。更进一步地，ph稳定剂中，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4。

其中，润滑剂不仅能够强化金属切削液的润滑性能，而且还能够提升金属切削液的抗磨性能和稳定性。具体地，润滑剂为还原氧化石墨烯。进一步地，还原氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

其中，防锈剂的作用是防止机械设备生锈。具体地，防锈剂选自硼化二乙醇胺、碳酸钠及硼砂中的至少一种。更具体地，防锈剂为硼砂。

其中，缓蚀剂能够防止或减缓机械设备被腐蚀。具体地，缓蚀剂选自苯并三氮唑、苯甲酸钠及硅酸钠中的至少一种。更具体地，缓蚀剂为硅酸钠。

其中，抗硬水剂能够提高金属切削液的抗硬水性能，防止产生悬浮物。具体地，抗硬水剂选自乙二胺四乙酸、碳酸钠及乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。具体地，抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠。

其中，ph调节剂能够调节金属切削液的ph值，使金属切削液更加稳定。具体地，ph调节剂选自冰醋酸、柠檬酸及次磷酸钠中的至少一种。更具体地，ph调节剂为柠檬酸。

其中，水为溶剂。具体地，水为去离子水。

上述金属切削液至少具有如下优点：

1)上述金属切削液的配方合理，通过加入还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯能够很好的分散在金属切削液的体系中，而使金属切削液的稳定性较好；同时，还原氧化石墨烯为片层结构，具有优异的力学性能，而使金属切削液的抗磨性能较好。因此，上述金属切削液的抗磨性能和稳定性较好。

2)上述金属切削液中还原氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm，小尺寸的还原氧化石墨烯不仅能够增强金属切削液的稳定性，而且易于进入摩擦接触面，而使金属切削液具有较好的自润滑性能和抗磨性能。

一实施方式的金属切削液的制备方法，为上述金属切削液的其中一种制备方法，包括以下步骤：

步骤s110：按重量百分含量计，称取8％～18％的减磨剂、1.8％～3.6％的ph稳定剂、0.5％～1.6％的润滑剂、0.4％～1.2％的防锈剂、0.3％～0.6％的缓蚀剂、0.08％～0.16％的抗硬水剂、3.5％～7.5％的ph调节剂及余量的水。

具体地，减磨剂选自聚乙二醇及硼酸酯中的至少一种。更具体地，减磨剂为硼酸酯。

具体地，ph稳定剂选自三乙醇胺及二异丙醇胺中的至少一种。进一步地，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物。更进一步地，ph稳定剂中，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4。

具体地，润滑剂为还原氧化石墨烯。进一步地，还原氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

具体地，还原氧化石墨烯的制备步骤包括：将氧化石墨烯、碱及水混合后进行加热回流，得到还原氧化石墨烯。

其中，加热回流的温度为100℃～110℃，加热回流的时间为1h～3h。

其中，氧化石墨烯、碱与水的质量体积比为6g:4g:100ml～8g:4g:100ml。加入碱能够增加氧化石墨烯的分散性能。进一步地，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。具体地，碱选自氢氧化钠及氢氧化钾中的至少一种。

需要说明的是，将氧化石墨烯、碱及水混合后进行加热回流的步骤中还包括搅拌。具体地，搅拌的转速为300rpm～450rpm。进一步地，搅拌后还包括洗涤。具体地，用去离子水洗涤3次～5次。

具体地，防锈剂选自硼化二乙醇胺、碳酸钠及硼砂中的至少一种。更具体地，防锈剂为硼砂。

具体地，缓蚀剂选自苯并三氮唑、苯甲酸钠及硅酸钠中的至少一种。更具体地，缓蚀剂为硅酸钠。

具体地，抗硬水剂选自乙二胺四乙酸、碳酸钠及乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。具体地，抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠。

具体地，ph调节剂选自冰醋酸、柠檬酸及次磷酸钠中的至少一种。更具体地，ph调节剂为柠檬酸。

具体地，水为去离子水。

步骤s120：将减磨剂、ph稳定剂与水混合，得到预混液。

其中，将减磨剂、ph稳定剂与水混合的步骤具体为：将减磨剂、ph稳定剂加入水中，在300rpm～500rpm转速下搅拌2h～4h。

其中，步骤s120是在常温常压的条件下进行的。

步骤s130：将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、ph调节剂与预混液混合，得到基础混合液。

其中，将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂、ph调节剂与预混液混合的步骤具体为：将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂及ph调节剂混合，然后加入到预混液中。进一步地，将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂及ph调节剂混合步骤具体为：将缓蚀剂、抗硬水剂、防锈剂及ph调节剂在300rpm～500rpm的转速下搅拌3h～5h。

其中，步骤s130是在常温常压的条件下进行的。

步骤s140：将还原氧化石墨烯分散在水中，形成分散液。

具体地，步骤s140为：将还原氧化石墨烯与水混合，超声，得到分散液。其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.45g:750ml～0.5g:700ml；超声的时间为30min～60min。

步骤s150：将分散液与基础混合液混合，得到金属切削液。

其中，将分散液与基础混合液混合的步骤具体为：将分散液加入到基础混合液中，在300rpm～500rpm的转速下搅拌4h～6h。

其中，步骤s150是在常温常压的条件下进行的。

上述金属切削液的制备方法操作工艺简单，原料易得，成本低下，适合产业化生产。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在100℃下进行加热回流1h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤5次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为6g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取16％的硼酸酯、3％的ph稳定剂、0.8％的还原氧化石墨烯、0.8％的硼砂、0.6％的硅酸钠、0.09％的乙二胺四乙酸二钠、7％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.45g:750ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在400rpm的转速下搅拌5h，得到金属切削液。

实施例2

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在100℃下进行加热回流1h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤5次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为6g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取10％的硼酸酯、2％的ph稳定剂、0.7％的还原氧化石墨烯、0.6％的硼砂、0.4％的硅酸钠、0.1％的乙二胺四乙酸二钠、4％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.45g:750ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在400rpm的转速下搅拌5h，得到金属切削液。

实施例3

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在100℃下进行加热回流1h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤5次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为6g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取12％的硼酸酯、2.4％的ph稳定剂、1％的还原氧化石墨烯、0.8％的硼砂、0.5％的硅酸钠、0.12％的乙二胺四乙酸二钠、5％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.45g:750ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在400rpm的转速下搅拌5h，得到金属切削液。

实施例4

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在100℃下进行加热回流1h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤5次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为6g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取14％的硼酸酯、2.8％的ph稳定剂、1.2％的还原氧化石墨烯、1％的硼砂、0.5％的硅酸钠、0.14％的乙二胺四乙酸二钠、6％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.45g:750ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在400rpm的转速下搅拌5h，得到金属切削液。

实施例5

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在100℃下进行加热回流2h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤3次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为6g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取8％的聚乙二醇、1.8％的三乙醇胺、0.5％的还原氧化石墨烯、0.4％的硼化二乙醇胺、0.3％的苯并三氮唑、0.08％的碳酸钠、3.5％的冰醋酸及余量的水；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、三乙醇胺加入水中，在300rpm转速下搅拌2h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将苯并三氮唑、碳酸钠、硼化二乙醇胺及冰醋酸在300rpm的转速下搅拌3h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.5g:750ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在300rpm的转速下搅拌4h，得到金属切削液。

实施例6

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯、氢氧化钠及水混合后在110℃下进行加热回流3h，同时以300rpm的转速搅拌，然后用去离子水洗涤4次，得到还原氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯、氢氧化钠与水的质量体积比为8g:4g:100ml，氧化石墨烯的粒径为100nm～250nm。

2)按重量百分含量计，称取18％的硼酸酯、3.6％的二异丙醇胺、1.6％的还原氧化石墨烯、1.2％的碳酸钠、0.6％的苯甲酸钠、0.16％的乙二胺四乙酸、7.5％的次磷酸钠及余量的水；

3)在常温常压的条件下，将硼酸酯、二异丙醇胺加入水中，在500rpm转速下搅拌4h，得到预混液；

4)在常温常压的条件下，将苯甲酸钠、乙二胺四乙酸、碳酸钠及次磷酸钠在500rpm的转速下搅拌5h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

5)将还原氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，还原氧化石墨烯与水的质量体积比为0.5g:700ml。

6)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在500rpm的转速下搅拌6h，得到金属切削液。

对比例1

本对比例的金属切削液的制备步骤如下：

1)按重量百分含量计，称取16％的硼酸酯、3％的ph稳定剂、0.8％的氧化石墨烯、0.8％的硼砂、0.6％的硅酸钠、0.09％的乙二胺四乙酸二钠、7％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

2)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

3)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到基础混合液。

4)将氧化石墨烯与水混合，超声30min，得到分散液，其中，氧化石墨烯与水的体积比为0.45g:750ml。

5)在常温常压的条件下，将分散液加入到基础混合液中，在400rpm的转速下搅拌5h，得到金属切削液。

对比例2

本实施例的金属切削液的制备步骤如下：

1)按重量百分含量计，称取16％的硼酸酯、3％的ph稳定剂、0.8％的硼砂、0.6％的硅酸钠、0.09％的乙二胺四乙酸二钠、7％的柠檬酸及余量的水，其中，ph稳定剂为三乙醇胺和二异丙醇胺的混合物，三乙醇胺与二异丙醇胺的质量比为1.3:1.4；

2)在常温常压的条件下，将硼酸酯、ph稳定剂加入水中，在400rpm转速下搅拌3h，得到预混液；

3)在常温常压的条件下，将硅酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼砂及柠檬酸在400rpm的转速下搅拌4h，然后加入到预混液中，得到金属切削液。

测试：

1)采用紫外分光光度法分别在第1天、第2天、第3天、第4天、第5天、第7天、第9天、第12天、第15天测定实施例1～6及对比例1～2制得的金属切削液的浓度，然后将实施例1～6及对比例1～2制得的金属切削液的浓度分别与对比例2制得的金属切削液的浓度进行比较，得到相对浓度，其中，相对浓度与时间的曲线图如图1所示。具体地，测定的设备为赛默飞世尔全系列754型紫外分光光度计。

从图1可以看出，实施例1～6制得金属切削液的相对浓度均高于对比例1，说明实施例1～6制得金属切削液的稳定性较好。

2)按照+sh/t0765、astmd6079、cecf-06-a、iso12156、gb19147-2009及en590等方法标准测定实施例1～6及对比例1～2制得金属切削液的抗磨性能，结果如表1所示。其中，测试的设备为迈瑞尔公司摩擦磨损试验机。

表1

从表1中可以看出，实施例1～6制得的金属切削液的润滑油承载能力远远大于gb/t6144.2010要求的540n，摩擦系数小于机械加工业公认水平0.2000及磨损体积远远低于公认水平2.000×10⁶μm³，说明实施例1～6制得的金属切削液具有优良的润滑性能及抗磨性能，即还原氧化石墨烯能够提升金属切削液的润滑性及抗磨性能。

与对比例1～2相比，实施例1～6制得的金属切削液的润滑油承载能力较大，摩擦系数和磨损体积均较小，说明实施例1～6制得的金属切削液的润滑性能和抗磨性能较好。

与对比例1相比，实施例1制得的金属切削液的润滑油承载能力较大，摩擦系数和磨损体积均较小，说明与氧化石墨烯相比，还原氧化石墨烯能够使金属切削液的润滑性能及抗磨性能更好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。