金屬切削液一般含有潤滑劑、極壓劑、表面活性劑、防銹劑、防腐劑、消泡劑等添加劑。
2.1微乳型切削液
現(xiàn)代半合成切削液,俗稱微乳,即按一定的比例稀釋到水中,廣泛用于金屬切削等加工工藝上,消除了乳化型及合成型切削液的缺點,同時把該兩種切削液的優(yōu)點集于一體,它廣泛作為機(jī)械加工潤滑、冷卻用，具有良好的潤滑、冷卻、防銹、清洗等功能。其主要成分是水和表面活性劑,礦物油、脂肪油和極壓劑含量均低于乳化油。微乳化油中包括了油、水、表面活性劑、防銹緩蝕劑、油性劑、極壓劑、防霉殺菌劑等成分。
(1)油相和水相:微乳化油含量一般為10%～30%,油不僅有潤滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。微乳化油中的水分最高含量為45%,大量水的存在是有別于乳化油的一個主要特征。這不僅是偶和表面活性劑的需要,也為各類水溶性添加劑的使用提供了必要條件。從環(huán)境和健康出發(fā),要求油中芳烴的含量小于10%;從與添加劑的配伍性出發(fā)。石蠟基與環(huán)烷基的c礎(chǔ)油較好。常選用；機(jī)械油、植物油、白油、15號石臘基油。
油不僅有潤滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。從環(huán)境和健康出發(fā),要求油中芳烴的含量小于10%;從與添加劑的配伍性出發(fā),石蠟基與環(huán)烷基的基礎(chǔ)油較好。
(2)表面活性劑:微乳化液中分散相的高度細(xì)化和體系的穩(wěn)定性是依靠表面活性劑的潤濕、分散、乳化、增溶等作用實現(xiàn)的。在乳化油中,表面活性劑的用量為20%～25%,而在微乳化油中，其用量可高于40%,以保證分散相油滴細(xì)化,使體系保持高度穩(wěn)定性。表面活性劑是使油和水乳化的關(guān)鍵性物質(zhì),一般分為3種類型:陽離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。陽離子型表面活性劑通常使乳液顯酸性,使乳液容易腐敗變質(zhì),故極少用。陰離子型表面活性劑的特點是乳化性能好，并有一定的清洗和潤滑性能,但抗硬水能力差,并易起泡。常與非離子型表面活性劑配對使用。非離子型表面活性劑在水中不電離,其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)(一般為醚基和羥基)構(gòu)成,不宜受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類存在的影響,也不易受酸堿的影響,與其它類型的表面活性劑相溶性好,能很好地混合使用,但由于在溶液中不電離,故在一般的固體表面上不易發(fā)生強(qiáng)烈的吸附,另外,隨溫度的升高,很多非離子型表面活性劑溶解度降低甚至不溶,這樣會造成乳液渾濁。所以,通常通過調(diào)整陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑的配比,使HLB值與分散相匹配,以獲取最佳的分散、乳化效果,這是能否獲得一個均一、穩(wěn)定的體系的關(guān)鍵。大量表面活性劑的參與使微乳化液的滲透、清洗能力比乳化液大大增強(qiáng),有利于保持刀具刃面和砂輪的鋒利以及切削加工面的清凈度,從而提高了切削效率和加工精度。常用陰離子和非離子表面活性劑復(fù)配使用效果較好。常用表面活性劑：脂肪酸皂,石油磺酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、吐溫、脂肪酸烷基酰胺、山梨糖醇酯,聚醚等
(3)防銹緩蝕劑:為了保護(hù)機(jī)床、刀具及工件不受乳液的侵蝕,要在切削液中加入防銹緩蝕劑,以期在金屬表面形成保護(hù)膜,或者形成鈍化膜。防銹添加劑主要由水溶性防銹劑和油溶性防銹劑兩大類。水溶性添加劑有亞硝酸鈉、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸鹽、鉻酸鹽、植酸、苯甲酸鈉、鉬酸鈉和無水碳酸鈉等。他們與金屬發(fā)生作用,并在金屬表面生成不溶性的致密的氧化膜,阻止金屬的電化學(xué)腐蝕。這類防銹劑多是電解質(zhì),用于乳液時，用量不易過大,以免發(fā)生電解現(xiàn)象而破壞乳液。油溶性防銹劑主要有磺酸鹽、高分子羧酸及其金屬皂鹽類、酯醇類、胺類、磷酸酯等。他們是極性很強(qiáng)的化合物,能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面化學(xué)反應(yīng)生成保護(hù)膜,抑制氧及水對金屬的接觸,因此,它會與極壓劑在金屬表面的吸附發(fā)生競爭,使乳液的極壓性下降。亞硝酸鈉有致癌作用,在西方發(fā)達(dá)國家,和一些發(fā)展中國家已為禁用產(chǎn)品。二乙醇胺的含量也不應(yīng)超過1%,因其在空氣中容易氧化成致癌物質(zhì)。常用的環(huán)境友好緩蝕劑如脂肪酸衍生物、胺類、咪唑啉類及三唑類。
(4)油性劑:為了保護(hù)刀具,提高加工質(zhì)量,此類添加劑是微乳化油中不可缺少的組分。這類添加劑主要有動植物油脂,聚合脂肪酸及其皂,脂肪醇及多元醇,硫化油脂,酮類,胺類等有機(jī)物。它們是具有極性基的分子,能在金屬表面形成定向吸附膜。在金屬加工中,此膜能減少工件、切削、刀具之間金屬的直接摩擦,降低工件表面粗糙度,提高工件精度并延長刀具使用壽命。
(5)極壓劑:極壓劑是含硫、磷、氯等元素的化合物,這些化合物在高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成化學(xué)吸附膜。化學(xué)吸附膜與物理吸附膜相比,耐較高的溫度,故可用于極壓潤滑摩擦狀態(tài)。國內(nèi)廣泛采用氯化石蠟、硫化脂肪油、硫氯化棉子油、亞磷酸二丁酯、磷酸三乙酯、ZDDP等作為極壓劑。在磷類極壓劑中引入N、S、B等元素形成的極壓劑效果不錯。P-N具有較高的承載能力S-P-N型磷元素在低速高扭矩條件下效果最好,在高速沖擊負(fù)荷下效果很差,但硫元素在高沖擊下對提高極壓性能卻最為有效,此外,由于胺的存在抑制了酸性磷酸酯的化學(xué)腐蝕磨損,所以該類極壓抗磨添加劑具有較好的極壓性、防銹性和抗氧化性，B-P-N型則具有良好的抗銅腐蝕性和優(yōu)良的極壓抗磨性能。
有機(jī)硼酸酯分子中引入活性元素硫和磷則具有多種性能,除了增強(qiáng)抗氧化和減摩作用外,其抗磨性和摩擦改性均變好;若引入氮元素,可明顯提高承載能力和抗磨性能。
有機(jī)鉬化合物作為極壓抗磨添加劑,不僅具有優(yōu)良的抗磨、減摩、抗極壓性能,而且還有防腐蝕性能。
二聚酸及其衍生物是水基金屬加工液良好的添加劑,與水相溶而生成透明的水溶性潤滑液。其油性基團(tuán)具備良好的減摩抗磨作用,在極壓條件下,二聚酸與摩擦表面反應(yīng)生成二聚酸金屬鹽皂膜起極壓抗磨作用,此外,還能提供防銹性。其可用于多種金屬材料加工,包括含鐵和非鐵金屬,如鈦、鎂、黃銅、銅、青銅或其它相類似的易于被污染的金屬的加工。由于油基產(chǎn)品向水基產(chǎn)品發(fā)展,水溶性極壓劑的研究也越來越受到人們的重視。這類產(chǎn)品有脂肪酸的有機(jī)硫磷酸鹽、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯,烷基氧乙烯醚有機(jī)磷酸胺鹽等。最近發(fā)現(xiàn),高堿值磺酸鹽在重金屬加工中用作惰性極壓劑(PEP),能在金屬表面形成物理覆蓋的碳酸鹽保護(hù)膜,具有低剪切強(qiáng)度,在金屬加工中具有優(yōu)異的極壓潤滑性能,與含硫極壓劑復(fù)合使用有顯著的協(xié)同效應(yīng),對多數(shù)金屬沒有腐蝕,且具有防銹作用,對人和環(huán)境基本無害,符合工業(yè)衛(wèi)生和環(huán)保要求。還能改善表面光潔度,有極好的防銹能力,對大多數(shù)金屬不腐蝕,安全并無環(huán)境污染。
(6)防霉殺菌劑：微乳液容易滋長微生物,使加工液變質(zhì),使用壽命變短。常用的殺菌劑有甲醛釋放劑、酚類化合物、水楊酸類、雜環(huán)化合物等。目前,我國常用的為三丹油。鄰苯基苯酚,四氯代酚。對氯間二甲基酚,六氫化三吖嗪,三溴水楊酰胺和二溴水楊酰胺的混合物等
(7)其他助劑;微乳化液中使用的輔助添加劑還有消泡劑(硅油乳劑,高級醇)、穩(wěn)定劑（十二醇）偶和劑、pH調(diào)整劑、金屬離子掩蔽劑等。消泡劑常用的為硅油類,其不溶于水,分散于水中,不能加多,否則,體系易渾濁。偶和劑用來增加體系的穩(wěn)定性,其性能取決于自身的親水-親油之間的平衡。體系pH值應(yīng)保持在8～10之間,pH值過低,易滋生細(xì)菌霉變;pH值過高,鋁腐蝕嚴(yán)重。金屬離子掩蔽劑能絡(luò)合水中的鈣鎂離子。這些添加劑如何使用,應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
2.2常見微乳切削液的配方表
組分 投料量（g/L）
15號基礎(chǔ)油 200~220
蓖麻油三乙醇胺 200~220
妥爾油 30~80
硼酸 150~200
殺菌劑 10~30
消泡劑 10~30
表面活性劑（tx-10） 25~50
聚乙二醇 25~50
石油磺酸鈉 100~130
磷酸鈉 100~130
水 余量
