一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法，由以下质量分数的原料制得：内嵌润滑添加剂的C60包合物0.5‑1％，油酸乙二醇酯0.5‑1.5％，OP‑10 0.3％，十二烷基硫酸钠0.3％，三乙醇胺0.5％，均三嗪杀菌剂0.3％，二甲基硅油0.5％，其余为去离子水；内嵌润滑添加剂的C60包合物为由润滑添加剂填充到经开笼处理的C60的空腔所形成的复合材料，其主体成分为C60，C60的分子直径为0.6‑0.8nm，其内嵌的润滑添加剂为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种，利用C60包合物制备的纳米流体切削液，不仅具有良好导热能力和较好的减摩，抗磨和极压性能，还具有较低的表面张力和较强的渗透性，可使切削区域获得更好的冷却与润滑效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法
本专利技术涉及切削加工
，尤其涉及一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法。
技术介绍
切削是机械制造中最主要的加工方法。现代制造技术在效率、质量、环保方面的要求越来越高，在某些加工场合(如高速切削、微切削、难加工材料切削)，正确的选择冷却与润滑方法，以改善刀具或工件摩擦状态和抑制刀具磨损，提高加工质量和加工效率，成为切削工艺设计时必须考虑的关键因素。切削液主要由基础液和油性剂、极压剂、乳化剂和防锈剂等成分组成，具有冷却、润滑和清洗等功能。有调查表明，在零件加工的成本中，切削液的费用占7～17％，而刀具的成本仅占2～4％。切削液中使用的各种有害添加剂(如含硫、磷、氯的极压剂)，造成了环境污染，资源消耗，危害人员健康等诸多问题。因此，研发高效润滑添加剂和新型绿色切削液，并建立起相应的切削工艺，对于提高制造效率、降低制造成本、减少环境污染等具有普遍性的意义。近年来，随着纳米技术的快速发展，研究人员开始探索将纳米级的超细微粒(粒径在1-100nm之间)添加到基础液中制备一种纳米流体，研究新型的高效冷却与润滑技术。由于纳米微粒的表面积和热容量大，且具有较好的导热性，因此与普通切削液相比，纳米流体切削液具有更好的热交换性能，从而起到更好的强化换热、降低切削区温度的作用。此外，纳米微粒还具有较好的减摩抗磨特性，可以进一步提高切削液的润滑性能。目前，用于制备纳米流体切削液的纳米微粒的种类很多，常见如MoS2，SiO2，Al2O3，TiO2等固体润滑剂微粒以及各种纳米碳微粒，如石墨，金刚石，碳纳米管，富勒烯-C60(C60)等。碳纳米微粒的导热性能好且本身具有一定的润滑性能，是制备纳米流体切削液的理想材料。有国外研究表明，采用添加了纳米洋葱(主要成分C60)的油基纳米流体切削液，可使切削力减少21.99％，表面粗糙度提高46.32％。C60球形纳米粒子可以在切削区域有效发挥滚动“微轴承”效应，因而具有较好的减摩、抗磨作用。但是，用纯C60微粒作为纳米流体切削液的添加剂尚存在不足，主要表现在以下几个方面：(a)C60微粒表面没有活性化学基团或元素，在剧烈的摩擦条件下，无法生成润滑油膜，或与金属生成化学反应膜起有效的润滑作用，因而在高速，重负荷切削工况下的承载能力不强，限制了其在切削加工领域的应用。(b)纳米流体具有巨大的界面能，且C60表面是相对惰性的，在水基/油基切削液中的分散度低、容易团聚，从而影响纳米流体的导热性能。(c)C60在基础液(水、油)中几乎没有溶解性，不能随基础液一起渗入切削区域有效发挥作用。切削液可通过毛细管作用渗入切削区域，以水基切削液为例，水的渗透性好，比热大，是作为冷却剂的最好物质，如能将部分C60微粒溶解在水中，并随水一起渗入切削区域，将能更加有效地发挥作用。因此，为了更好地解决上述问题，需对C60纳米微粒进行外部修饰和内部填充，以使其在切削加工领域具有更加广泛的应用。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法，步骤简单，操作便捷，在对C60进行外部修饰和内部填充的基础上，利用C60包合物制得的纳米流体切削液，不仅导热能力良好，还具备较好的减摩，抗磨和极压性能。C60包合物在基础液中具有良好的分散稳定性和一定的溶解性，使得切削液具有较低的表面张力和较强的渗透性，进而可使切削区域获得更好的冷却与润滑效果，利用该切削液进行加工，可提高同等工况下工件的质量，降低刀具磨损。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液，其特征在于，由以下质量分数的原料制得：内嵌润滑添加剂的C60包合物0.5-1％；油酸乙二醇酯0.5-1.5％；OP-100.3％；十二烷基硫酸钠0.3％；三乙醇胺0.5％；均三嗪杀菌剂0.3％；二甲基硅油0.5％；其余为去离子水；其中，所述内嵌润滑添加剂的C60包合物为由润滑添加剂填充到经开笼处理的C60的空腔所形成的复合材料，其主体成分为C60，所述C60的分子直径为0.6-0.8nm，其内嵌的润滑添加剂为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种。一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用杂氮法将C60开笼，先将2，3-二氮杂萘溶解到甲苯中，再加入C60，再将混合液加热回流，利用薄层色谱跟踪反应，直至样品点不发生变化；(2)利用旋转蒸发仪对步骤(1)充分反应后得到的混合液进行减压蒸馏制得浓缩液；(3)采用硅胶柱层析法对步骤(2)制得的浓缩液进行分离提纯，制得开笼C60衍生物；(4)将步骤(3)制得的开笼C60衍生物溶于甲苯中，并加入润滑添加剂溶液，将混合液倒入高压反应釜中进行反应，所述润滑添加剂溶液的溶质为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种，溶剂为无水乙醇或丙酮；(5)待步骤(4)反应结束后，将混合液进行减压蒸馏制得浓缩液，并将浓缩液再次进行硅胶柱层析，即制得内嵌润滑添加剂的C60包合物；(6)按照上述质量分数的原料进行配料，配料完成后，在超声条件下，机械搅拌将各原料混合均匀，即制得纳米流体切削液。优选地，所述步骤(1)中，利用杂氮法将C60开笼，先将15g的2，3-二氮杂萘溶解到500ml甲苯中，再加入2g的C60，再将混合液在加热到80℃的条件下回流8h，利用薄层色谱跟踪反应，直至样品点不发生变化，整个反应持续18-22h。优选地，所述步骤(2)中，减压蒸馏的加热温度为120℃。优选地，所述步骤(3)中，采用体积比为2∶1的甲苯与石油醚混合液作为洗脱剂，提纯时，先用洗脱剂将50g的硅胶浸透后装入一根直径30mm，长300mm的色谱柱中，然后将步骤(2)制得的浓缩液溶解到12g洗脱剂中制备分离样，并加入到硅胶柱固定相的上层，再覆盖一层脱脂棉，注入洗脱剂进行淋洗，首先分离出未反应的C60，其次分离出的产物均为开笼C60衍生物，最后将其次淋洗出的产物进行减压蒸馏，即制得开笼C60衍生物。优选地，所述步骤(4)中，将开笼C60衍生物0.25g溶于200ml甲苯中，并加入20ml0.5mol/L的润滑添加剂溶液，将混合液倒入高压反应釜中，在200℃，200atm和磁力搅拌条件下反应12h。优选地，所述步骤(5)中，将浓缩液再次进行硅胶柱层析时，所采用的洗脱剂为体积比为2∶1的甲苯与乙酸乙酯混合液。本专利技术提供的一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液及制备方法，具有如下有益效果。1.本专利技术提供的一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液，不仅导热能力良好，还具备较好的减摩，抗磨和极压性能。C60包合物在基础液中具有良好的分散稳定性和一定的溶解性，从而降低了切削液的表面张力，并提高了其渗透性，进而能够达到强化切削区域润滑和冷却效果的目的，利用该切削液进行加工，可提高同等工况下工件的质量，降低刀具磨损。2.本专利技术提供的纳米流体切削液中添加了C60包合物，C60包合物能够强化切削液的导热性能，并在切削液中具有良好的分散性和一定的溶解性。切削加工时，C60包合物随基础液渗入到切削加工区域，因剧烈摩擦，C60包合物被挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液，其特征在于，由以下质量分数的原料制得：内嵌润滑添加剂的C60包合物 0.5‑1％；油酸乙二醇酯 0.5‑1.5％；OP‑10 0.3％；十二烷基硫酸钠 0.3％；三乙醇胺 0.5％；均三嗪杀菌剂 0.3％；二甲基硅油 0.5％；其余为去离子水；其中，所述内嵌润滑添加剂的C60包合物为由润滑添加剂填充到经开笼处理的C60的空腔所形成的复合材料，其主体成分为C60，所述C60的分子直径为0.6‑0.8nm，其内嵌的润滑添加剂为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种利用C60包合物制备的纳米流体切削液，其特征在于，由以下质量分数的原料制得：内嵌润滑添加剂的C60包合物0.5-1％；油酸乙二醇酯0.5-1.5％；OP-100.3％；十二烷基硫酸钠0.3％；三乙醇胺0.5％；均三嗪杀菌剂0.3％；二甲基硅油0.5％；其余为去离子水；其中，所述内嵌润滑添加剂的C60包合物为由润滑添加剂填充到经开笼处理的C60的空腔所形成的复合材料，其主体成分为C60，所述C60的分子直径为0.6-0.8nm，其内嵌的润滑添加剂为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种。2.一种权利要求1所述利用C60包合物制备的纳米流体切削液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用杂氮法将C60开笼，先将2，3-二氮杂萘溶解到甲苯中，再加入C60，再将混合液加热回流，利用薄层色谱跟踪反应，直至样品点不发生变化；(2)利用旋转蒸发仪对步骤(1)充分反应后得到的混合液进行减压蒸馏制得浓缩液；(3)采用硅胶柱层析法对步骤(2)制得的浓缩液进行分离提纯，制得开笼C60衍生物；(4)将步骤(3)制得的开笼C60衍生物溶于甲苯中，并加入润滑添加剂溶液，将混合液倒入高压反应釜中进行反应，所述润滑添加剂溶液的溶质为二烃基五硫化物，油酸，油酸乙二醇酯，硫化异丁烯，二硫化苄或磷酸三乙酯中的一种，溶剂为无水乙醇或丙酮；(5)待步骤(4)反应结束后，将混合液进行减压蒸馏制得浓缩液，并将浓缩液再次进行硅胶柱层析，即制得内嵌润滑添加剂的C60包合物；(6)按照权利要求1所述质量分数的原料进行配料，配料完成后，在超声条件下，机械搅拌将各原料混合均匀，即制得纳米流体切削...

【专利技术属性】
技术研发人员：关集俱，
申请(专利权)人：苏州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32