基于超临界二氧化碳的金属加工润滑制剂制造技术

一种用于在金属加工过程期间润滑金属工件的方法，包括在金属加工过程期间送递超临界二氧化碳至工件。超临界二氧化碳起到润滑剂、冷却剂、碎屑排空剂和／或另一种润滑剂或缓蚀剂的载体的作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于超临界二氧化碳的金属加工润滑制剂相关申请的交叉引用本申请要求2005年4月29日提交的美国临时专利申请系列第 60/676,531号的权益。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术在来自National Science Foundation(NSF)、基金编号DMII 0093514 的基金和来自 National Science Foundation(NSF) /Environmental Protection Agency(EPA)、基金编号RD 83134701的基金支持的研究期间产生。美国政府拥有本专利技术中的某些权力。
技术介绍
本公开涉及金属加工，并且更具体地涉及用于金属加工的润滑剂。金属加工液(MWF)在多种金属加工过程(金属加工过程的一些 非限制性实例包括切削过程、成型过程等)期间润滑和冷却金属并且 对适当的加工功能有用。具体地，MWF增加工具寿命，大大确保适 当的表面光洁度，允许更快的制造率并降低机械加工期间的能量消 耗。金属加工液通常是水包油乳状液，其中油润滑切削带，而水冷 却切削带。然而，油与水的混合物有可能使MWF造成环境问题和职 业健康问题。这可能归咎于(至少部分如此)可以在这些流体内聚集的 金属、有机成分和孩i生物，和在机械加工过程中极过量地喷射这些 液体时可能形成的气溶胶。可以由这些油溶液形成的气溶胶降低车间内的空气质量并且在某些情况下可能潜在地对工人造成急性和/或 慢性皮肤影响及肺影响。水包油乳状液容易因微生物侵袭和硬水离 子聚集而随时间出现质量下降，这可能造成废弃物处理问题，尤其 当混合物含有有毒添加剂时。因此当MWF达到最终使用寿命时，它们可以变成有害废弃物。如果可以使用除水以外的其它溶剂提供最小量的润滑作用，则可以基本消除与MWF有关的诸多环境问题及健 康问题。因此，理想的是使用非水溶剂提供最小必需量的金属加工润滑 作用。这样的替代性溶剂可以有利地减少或消除与水基MWF有关的 问题，并且因此减少或消除对传统MWF维护系统或处理系统如泵和 分离系统的需要。另外，送递最小量的润滑可以保护资源，维持更 一致的高质量加工操作，并减少使用寿命周期排放，与此同时大大 有助于消除潜在的与传统水基MWF有关的健康风险和变质问题。专利技术简述用于在金属加工过程期间润滑金属工件的方法包括在金属加工 过程期间送递超临界二氧化碳至工件。超临界二氧化碳作为润滑剂、 冷却剂、碎屑排空剂和/或用于另 一种润滑剂或緩蚀剂的栽体。附图简述本公开的实施方案的目的、特征和益处通过参考如下详述的说 明和附图将显而易见，在其中附图说明图1是显示实验设置的示意图，所述实验设置包含本公开的实 施方案；图2 A是使用水基MWF的攻丝扭矩的试验照片；图2B是根据本公开中实施方案的使用超临界(302基MWF的攻丝扭矩试验的照片；图3是描绘对如下水基MWF和超临界C02基MWF的攻丝扭矩效率的图仅用超临界C02(3A);石油MWF微乳状液(3B);大豆油MWF微乳状液(3C);仅用大豆油(3D)和超临界C02内的大豆油卿图4a是扫描电子显微图(SEM),该显微图显示仅用超临界C02 切削的一块1018冷轧钢的碎屑表面的放大图4b是SEM,该SEM显示在用石油MWF孩么乳状液切削的一 块1018冷轧钢的碎屑表面的放大图4c是SEM，该SEM显示在用大豆油MWF微乳状液切削的 一块1018冷轧钢的碎屑表面的放大图4d是SEM,该SEM显示仅用大豆油切削的一块1018冷轧 钢的碎屑表面的放大图；并且图4e是SEM,该SEM显示用超临界C02内的大豆油切削的一 块1018冷轧钢的碎屑表面的放大图。实施方案的详细描述本专利技术人出乎预料而偶然地发现超临界二氧化碳(超临界ccg可 以用作金属加工过程/操作(例如切削和成型)中的有效润滑剂和润滑剂载体。另外，超临界co2比水在金属加工中提供更好的基础润滑， 并且发现单独的超临界C02具有与基础半合成金属加工液(MWF)基 本类似的润滑性，至少在一种机械加工应用中是这样的。润滑剂如 纯油(straight oil)，即不添加水的油，是用于绝大多数加工过程的最 熟知润滑剂。而本专利技术人还发现超临界C02与润滑剂的组合具有有 利的协同性，即由该组合测得的润滑能力比单用其中任 一种时所测 得的润滑能力明显更好。还发现当油在超临界co2内被送递时，即 ^使向系统施加更少的油，也显示出上述协同性。例如，比寿史具有和 没有超临界C02送递系统的相同的油，已经发现了(用超临界C02送 递系统)改良的性能，但是有利的是，当随同超临界。02送递系统一 起使用时，用更少量的相同的油，也发现了这些改良的结果。更进 一步，本专利技术人还预期根据本文中实施方案的方法还可以有利地清 除切削期间的碎屑(碎屑排空)、降低工具磨损、提供抗腐蚀性并改善 某些系统中的表面光洁度。虽然超临界C02正成为制药工业和半导体工业以及化学工程中 的萃取过程、蚀刻过程和清洁过程的重要组成，但超临界C02迄今 没有显示出在金属加工工业中的有利用途。如本文中显示，可以将超临界C02润滑剂和/或超临界C02基润滑剂流体以明显受控制的量 添加至切削区域，从而改善效率和回收，并减少制造该流体所需要的原材料的量。因此超临界co2的使用可被看作可以与全部的金属切削及成型操作兼容的新类型的微润滑/毫微润滑(micro-/nano-lubrication)技术。根据需要添加更多的油(即不限于微润滑/毫孩t润滑) 至金属加工区也在本公开的范围内。进一步地，除了显著促进润滑剂的送递外(当使用一种或多种其 它的润滑剂，例如油，作为与超临界C02组合的润滑剂时)，如本文 中所公开的新分散方法明显产生了过冷却效应(例如通过干水)。对于 冷却要求高于用干水冷却所满足的冷却要求的机械加工操作，超临 界co2系统可以任选地与压缩的空气或氮气或其它惰性气体的喷射 相结合，作为以压力释放的冷却喷雾，以提供额外的冷却。应当理解的是当本专利技术实施方案的超临界C02制剂抵达金属加 工区时，它们不再是超临界的；然而，润滑剂被非常精细地分散， 因此，与假使所述制剂起初不是超临界态时相比，该润滑剂能够更 好地抵达到金属加工带(例如切削带)。更大的压力释放通常还使得与 用非超临界制剂送递润滑剂相比，所递送的每单位质量的润滑剂具 有更好的冷却作用。如在本文中更充分地描述，应当理解的是本公开不意图限于任 何机械加工操作和/或成型操作；即所述的攻丝过程仅是预期本专利技术 组合物的实施方案有用的众多机械加工操作中的 一个实例。另外， 应当理解的是本公开不意图限于本实施方案的润滑剂中的任何一个 制剂/组合物。预期在本公开范围内的是，除了单独的超临界C02之 外，多种油、酯、脂肪酸、氟化油、嵌段共聚物、表面活性剂、离 子液体和其它化合物可以适合用于本实施方案的超临界C02基润滑 剂内，可作为在超临界C02内溶解或分散的油，或使用专用于C02 系统内乳化的表面活性剂将其乳化。还预期在本公开范围内的是， 第二添加剂可以任选地添加至本实施方案的润滑剂内。通常用于金属机械加工操作中的一些第二添加剂的类别是緩蚀剂、耐特压添加 剂、边界润滑剂和/或抗磨添加剂，已知这些类别内各有一些种类物 质可能在。02内是不溶解的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在金属加工过程期间润滑金属工件的方法，所述方法包括：　　　　在金属加工过程期间送递超临界二氧化碳至工件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SJ斯科洛斯，KF哈耶斯，A克拉伦斯，
申请(专利权)人：密执安大学评议会，
类型：发明
国别省市：US[美国]