一种超低摩擦系数水基切削润滑液制造技术

本发明专利技术涉及一种超低摩擦系数水基切削润滑液，该切削润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体0.5~3份，纳米二维材料0.001~0.01份。本发明专利技术无毒环保，具有优异的润滑性能，表现为超低的摩擦系数，且制备方法简单。单。

【技术实现步骤摘要】
一种超低摩擦系数水基切削润滑液


[0001]本专利技术涉及金属切削加工和润滑领域，尤其涉及一种超低摩擦系数水基切削润滑液。

技术介绍

[0002]切削液（cutting fluid, coolant）是一种普遍应用在金属及其合金在切、削、磨等加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，主要起润滑、防锈、清洗、冷却的作用，从而减少刀具磨损，保证工件加工精度，节约能源和材料，提高生产效率。
[0003]切削液按介质种类可分为油基切削液和水基切削润滑液。油基切削液主要由矿物油、油性剂和添加剂组成，因其具有优良的润滑性能和防锈性能被广泛应用在工业领域，但在某些有火灾、爆炸危险和需要快速散热的特殊领域，油基切削液因其低闪点、易燃、导热系数小等缺点限制了其应用。此外，随着石油资源日益短缺，环境污染问题突出，导致油基切削液的成本提高。而常见的水基切削润滑液由醇胺或醇酯和去离子水混合，并加入各种添加剂，如消泡剂、防锈剂、分散剂、稳定剂、耐极压剂、抛光剂等，且存在摩擦系数高、润滑性能差、制备过程复杂、组分多、生产成本高、对环境污染严重等诸多缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无毒环保、润滑性能好的超低摩擦系数水基切削润滑液。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所述的一种超低摩擦系数水基切削润滑液，其特征在于：该切削润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体0.5~3份，纳米二维材料0.001~0.01份。
[0006]该切削润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇45~55份，去离子水45~55份，质子型离子液体1~2.5份，纳米二维材料0.005~0.0065份。
[0007]所述多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3
‑
丙二醇、1,2
‑
丙二醇、1,2
‑
丁二醇、1,3
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丁二醇、1,4
‑
丁二醇、丙三醇中的至少一种。优选乙二醇、1,3
‑
丙二醇。
[0008]所述质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 mL乙腈溶剂中，再加入与所述磷酸酯等物质量的烷基胺，于60℃搅拌6~12小时，经减压蒸馏除去溶剂，最后用无水乙醚洗涤，减压蒸馏除去乙醚，即得无色或淡黄色油状液体。
[0009]所述磷酸酯是指磷酸二丁酯、磷酸单丁酯、磷酸二乙酯中的至少一种。优选磷酸二丁酯。
[0010]所述烷基胺是指碳链为4~18的单甲胺、二甲胺、单乙胺、二乙胺中的至少一种。优选十二烷基二甲胺。
[0011]所述纳米二维材料是指羟基化氮化硼纳米片（HO
‑
BNNs）、二维MXene纳米片、亲水性纳米二氧化硅（SiO2）、纳米金刚石中的至少一种。优选羟基化氮化硼纳米片。
[0012]所述羟基化氮化硼纳米片（HO
‑
BNNs）由下述方法制得：将10 mg氮化硼（BN）粉末加
入到50 mL去离子水中，于室温下持续超声48小时，然后将得到的白色液体在2000 r/min下离心15 min，取上层液，即得乳白色的羟基化氮化硼分散液。
[0013]所述氮化硼（BN）粉末的粒径为1μm。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术利用质子型离子液体的水合作用和二维纳米材料的抛光作用实现超低摩擦，经摩擦学性能评价具有优异的润滑性能，表现为超低的摩擦系数（COF < 0.01）。
[0015]2、本专利技术中离子液体作为水合离子降低切削润滑液的剪切力，从而实现超低的摩擦系数。
[0016]3、本专利技术中二维材料的抛光和自修复作用保证了加工件表面的平整度，无需加入额外的抛光剂，从而作为表面抛光剂和自修复剂使接触表面平整，降低接触应力，加速实现稳定的超滑。
[0017]4、相对于传统切削润滑液，本专利技术制备方法简单、无毒环保，在超低摩擦过程中可长时间实现在钢
‑
钢接触面时高载下的超滑，几乎不产生热量，节约能源并保证了生产安全。
[0018]5、对本专利技术切削润滑液的分散稳定性进行测试：将HO
‑
BNNs和普通BN加入到含有1.5 wt%磷酸二丁酯
·
十二烷基二甲胺离子液体(DMAP4)的乙二醇溶液（1:1, wt%）中，配制成65μg/mL的分散液，用超声波分散10 min。如图1所示，（a）为初始分散液，（b）为放置一周后的照片。从图1可以看出，经过羟基化处理后，纳米粒子带有官能团，使得HO
‑
BNNs分散液的稳定性大幅度提升，明显好于没有修饰的BN。因此，本专利技术所得水基切削润滑液具有优异的分散稳定性，改性后的纳米颗粒不易团聚沉降。
附图说明
[0019]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0020]图1为本专利技术中HO
‑
BNNs和BN在乙二醇水溶液中的分散稳定性照片，（a）为新鲜配制样品，（b）为放置5天后的照片。其中，I为乙二醇水溶液（wt%, 1:1）中添加1.5 wt%磷酸二丁酯
·
十二烷基二甲胺离子液体和0.0065 wt% 普通BN的分散液；II为乙二醇水溶液（wt%, 1:1）中添加0.0065 wt% HO
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BNNs的分散液；III为乙二醇水溶液（wt%, 1:1）中添加1.5 wt%磷酸二丁酯
·
十二烷基二甲胺离子液体和0.0065 wt% HO
‑
BNNs的分散液。
[0021]图2为本专利技术中实施例1制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0022]图3为本专利技术中实施例2制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0023]图4为本专利技术中实施例3制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0024]图5为本专利技术中实施例4制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0025]图6为本专利技术中实施例5制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0026]图7为本专利技术中实施例6制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径
（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0027]图8为本专利技术中实施例7制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0028]图9为本专利技术中实施例8制备的切削润滑液摩擦系数曲线（a）和对应的磨斑直径（b）。插入图是摩擦曲线对应的放大区域。
[0029]图10为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低摩擦系数水基切削润滑液，其特征在于：该切削润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇40~60份，去离子水40~60份，质子型离子液体0.5~3份，纳米二维材料0.001~0.01份。2.如权利要求1所述的一种超低摩擦系数水基切削润滑液，其特征在于：该切削润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇45~55份，去离子水45~55份，质子型离子液体1~2.5份，纳米二维材料0.005~0.0065份。3.如权利要求1或2所述的一种超低摩擦系数水基切削润滑液，其特征在于：所述多元醇是指乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、1,3
‑
丙二醇、1,2
‑
丙二醇、1,2
‑
丁二醇、1,3
‑
丁二醇、1,4
‑
丁二醇、丙三醇中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的一种超低摩擦系数水基切削润滑液，其特征在于：所述质子型离子液体由下述方法制得：将20 g磷酸酯加入到100 mL乙腈溶剂中，再加入与所述磷酸酯等物质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大鹏，郑治文，乔旦，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：