金属加工用油添加剂的种类

金属加工用油是一种复杂的混合物，它含有几种乃至几十种不同成分 的添加剂。添加剂的成分不但直接影响加工用油的切削性能（如润滑、 冷却和清洗性能等），而且还影响加工用油的非切削性能（如毒性、 腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性等）。加工用油常用的 添加剂主要有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。加工用油的添加剂不 仅要性能优良，而且要低毒低公害甚至无毒无害。 1、 极压抗磨剂 极压抗磨剂品种较多，主要有含硫极压抗磨剂、含磷极压抗磨剂、 含氯极压抗磨剂、有机金属盐极压抗磨剂和惰性极压抗磨剂等。 含硫极压抗磨剂品种较多，主要包括硫化异丁烯、硫化动植物油 脂、硫化脂肪酸酯、磺原酸酯、二硫代氨基甲酸盐和多硫化合物等， 其中硫化异丁烯具有优异的极压抗磨剂性能。 使用较多的含磷极压抗磨剂主要有磷酸酯、亚磷酸酯等。中国石 化石油化工科学研究院研制开发出一种性能良好的磷酰胺（肼）类新 型极压抗磨剂。试验中选用 46 号液压油基础油，考察了单种添加剂 的性能，当添加量分别为 0.55％、1.0％（以质量分数计）时四球机 试验的最大无卡咬负荷 PB 达到 980～1421N，长时间磨斑直径（载荷 392N，时间 60min）为 0．4～0.5mm。同时，此添加剂还有一定的防 锈性和抗氧性， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出多功能添加剂的特点。 含氯极压抗磨剂主要品种是多种牌号的氯化石蜡和氨化脂肪酸 类，氯化石蜡活性强、极压抗磨性好，特别适用于难加工的金属，如 不锈钢、合金钢用的切削油。但氯化石蜡在热和水解条件下，易放出 氯原子，进而放出 Hal，引起铁的腐蚀。近年来一些国家禁止使用有 机氯化合物，研究了氯化石蜡的代用品，但代用品的价格高、极压活 性不太高，现在难加工的金属材料还离不开氯化石蜡。 氯化添加剂是一种优良的金属加工油极压添加剂，以水基乳化形 式或纯油形式用于金属切削和成形加工中，经常与硫化极压抗磨剂混 合使用。氯化添加剂的作用机理是在金属加工操作的极压、高温条件 下，在金属的表面形成一层氯化铁膜，氯化铁膜具有很低的剪切应力， 可以降低金属表面的摩擦，从而提高工件的表面光洁度，延长刀具的 使用寿命。实践证明，当氯化添加剂与硫化添加剂混合使用时，其效 果公有显著提高。这是因为当温度高于金属的熔点时，表面膜就会失 去其保护作用。而氯化添加剂与硫化添加剂混合后作用于金属表面 时，会使金属表面的熔点提高。如氯化铁的熔点在 350℃，而硫化铁 的熔点却高于 800℃。在非合金钢的高速机加工中，该添加剂能形成 有效的抗烧结膜，氯化与硫化添加剂混合后，可以在金属表面形成摩 擦力小的抗烧结膜，用于合金钢及有色金属的低速机加工效果更加显 著。这些特点在拉削和攻丝工艺过程中很突出，它在低速条件下形成 低摩擦氯化膜，能有效防止不锈钢和耐热合金钢硬化。 OSPAR（奥斯陆和巴黎协会）要求工业必须降低对水环境的损害， Etut，Chlor（欧洲氯化物制造业协会）提议减少在金属加工液中C10～ C13 氯化石蜡的用量。德国在相关的法律中规定了工业废油中氯的含 量，并会对其进行燃烧处理。含氯量超过 0．2％的废油被定为“特 殊垃圾”，必须经过高温炉燃烧处理。在美国，环保署通过对动物饲 养的研究，发现 C12 是一种致癌物质，尽管对于这些试验的解释还存 在着争议，但还是停止了该物质的使用。碳链为 C1O～C13 的氯化石 蜡对水生环境有危害，尤其对水微生物、贝类及鱼类危害极大。这类 产品在 IMDG 代码中被列为严重的海洋污染物。欧洲氯化物制造业协 会已经在这类产品上贴上了“对环境有危害”的标签。因此，可以用 C14～Ci 氯化石蜡来代替 C1。～C13 的氯化石蜡，但不是说直接用 C14～C17 氯化石蜡代替 CIO～C13 氯化石蜡就能发挥其功效，必须要 更改其配方，这样会使得某些技术指标发生变化。这些变化带来的好 处会越来越明显，产品也将除去原先危险品的标志。新配方的氯化添 加剂调和的复合剂已经可以完全替代 CIO～C13 氯化石蜡。新的不含 氯的加工用油称为 CF（Chlorine Free）型，这个符号已在很多销售 的加工用油产品中出现。 我国生产的氯化石蜡商品与国外同类产品相比热稳定性、水解稳 定性和腐蚀抑制性较差。 磺酸钙惰性极压抗磨剂不含氯、磷和活性硫元素，是金属加工液 优良的极压、抗磨和防烧结添加剂。它适用于铁质金属和有色金属的 切削和成型加工，与硫化、氯化、含磷极压抗磨剂、硫代氨基甲酸酯、 硫一磷化合物和硼酸酯等具有协同效应；与硫化极压添加剂复配使 用，具有远比硫化极压抗磨剂单独使用更优良的效果；和氯化石蜡复 配使用，可抑制氨化石蜡对金属的腐蚀，在很多加工操作中可以取代 氯化石蜡；磺酸钙本身就是很好的防锈剂，具有很高的碱保持能力， 可以除去残留的酸性副产物，从而具有更好的防腐蚀性能，中和酸性 残余物不仅可以延长加工用油的使用寿命，防止金属锈蚀，还不会使 有色金属产生腐蚀性斑点；在不锈钢的冲压拉深，攻丝等加工中，可 以明显延长刀具（模具）寿命，并改善工件的表面质量；对人体和环 境无害，而且在加工中没有异味产生。 近年来，无毒无害的硼酸盐（酯）类添加剂系列受到广泛重视， 它的油膜强度高，摩擦系数低，具有优良的减摩抗摩性能；还具有良 好的防锈性能和抗菌、杀菌功能，且无毒无害，是一种多功能的环保 型添加剂。 2、油性剂 油性剂可以在摩擦表面形成物理吸附膜或化学吸附膜，从而降低 摩擦系数，起到润滑作用。 油性剂品种较多，我国有硫化烯烃棉籽油 T405 和 T405A 两个品 种是硫化鲸鱼油的代用品，还有 T402（二聚酸），T403（油酸乙二 醇酯），T406（苯三唑脂肪酸胺盐），膦酸酯 T451 和 T451A，7452 （磷氮化合物）等。 油性剂在提高加工用油的整体润滑性能上起着很重要的作用。 3、 防锈添加剂 防锈剂是金属加工用油及金属表面处理行业中必不可少的重要 产品之一，其作用是防止工件生锈，它能在金属表面形成牢固的吸附 膜，以抑制氧及水特别是水对金属表面的接触，使金属不致锈蚀。防 锈剂必须对金属有充分的吸附性和对油的溶解性，因此防锈剂均由很 强的极性基和适当的亲油基组成。 防锈添加剂有水溶性和油溶性两类，分别用于水基切削液和切削 油。 常用的油溶性防锈添加剂主要有磺酸盐（磺酸钙、磺酸钙、磺酸 钠和磺酸钡）、羧酸及其盐类（十二烯基丁二酸、环烷酸锌、Ⅳ一油 酰肌氨酸十八胺盐）、有机磷酸盐类、咪唑啉盐、酯型防锈剂（羊毛 脂及羊毛脂皂、司苯一ω或 80、氧化石油脂）、杂环化合物（苯并 三氮唑）、有机胺类等。我国先后使用了石油磺酸钡、石油磺酸钠以 及烯基丁二酸、二壬基萘磺酸钡、司苯－ 80、氧化石油脂钡盐、环 烷酸锌、苯并三氮唑等防锈剂。20 世纪 70 年代开发了烷基磷酸咪唑 啉烯基丁二酸盐等防锈剂。到 90 年代，开发了中性合成磺酸盐 （T705A），烯基丁二酸半酯（”绍和 T747A）等防锈剂。 水溶性防锈剂主要有亚硝酸钠、重铬酸钾、磷酸三钠、磷酸氢二 铵、苯甲酸钠、三乙醇胺、钼酸盐和脂肪酸盐等。亚硝酸钠是很有效 的水溶性防锈添加剂，但人们已逐渐认识到它对人体有致癌的可能 性。铬酸盐、重铬酸盐对钢铁也有良好的防锈作用，但有毒、污染环 境，它们的使用都受到限制。磷酸盐类防锈剂会污染环境，它们的使 用也应受到限制。因而开发新型无毒无害防锈剂是发展趋势。目前利 用多种无毒添加剂的协同效应，如有机胺、硼酸盐、苯并三氮唑等复 配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。 钼酸盐是一种阳极缓蚀剂，能在金属表面生成 Fe-Mo04-Fe2O3 钝 化膜，具有良好的缓蚀效果，但价格昂贵。通常将钼酸盐与其他防锈 剂缓蚀剂配合使用。 国内成功研制出了一种环保型水基金属防锈剂，经多方检测；各 项防锈性能指标均高于同类传统产品，该防锈剂以肌醇六磷酸酯为主 要成分，与其他几种无毒金属缓蚀剂复配而成。肌醇六磷酸酯是一种 从粮食作物中提取的天然无毒化工产品，可在金属表面形成一层致密 的钝化保护膜，从而有效地抑制金属的腐蚀，该产品适合于钢铁及各 种有色金属的工序间及长期防锈处理。另外，由于该剂在金属表面形 成的钝化膜与有机涂料有相近的化学性质，还可替代金属涂装前常规 的磷化处理及镀锌无铬钝化工序，从根本上解决了重命属、亚硝酸盐、 磷酸盐、铬酸盐等排放污染问题，而加工成本仅为传统工艺的 2／3。 4、 铜合金缓蚀剂 铜合金缓蚀剂实际上是防锈剂的一种，但由于在金属加工用油中 铜合金具有特殊的地位，所以单独列出铜合金缓蚀剂进行介绍。 常用的铜合金缓蚀剂主要有苯并三氮唑及其衍生物，2－巯基苯 并噻唑的衍生物等。 Ciba 公司的金属减活剂 IRGAMET 42 的主要成分为水、乙二醇溶 解的甲苯并三唑衍生物，溶于水中，矿物油中溶解量（0．01％，含 氮量 17．5％。常用于乳化液和合成液中，起防护金属表面的作用， 能防止铜合金等有色金属的腐蚀。在 pH 值大于 7 时，所有的水基液 体中的使用浓度为 0．1％～0．3％。 5、 降凝剂 油品温度下降到一定程度后，就要失去流动性而凝固，降凝剂的 作用主要是降低油品的凝固点，并保证油品在低温下能够流动。油中 含有蜡，在低温下，高熔点的石蜡烃，会以针状或片状结晶析出，并 相互联结成为立体网状结构，形成结晶骨架，将低熔点油吸附并包围 其中，尤如吸水的海绵，致使整个油品丧失流动性。 降凝剂有吸附和共晶两个作用，降凝剂虽不能阻止蜡晶的析出， 但可以改变蜡的结构。降凝剂通过在蜡结晶表面的吸附或与其形成共 晶，改变蜡结晶的形状和尺寸，防止蜡晶粒联结形成三维网状结构， 从而保持油品在低温下的流动性。 降凝剂广泛应用于各类润滑油中，典型代表是烷基萘、聚甲基丙 烯酸酯和聚α-烯烃。润滑油降凝剂国内以烷基萘为主，占降凝剂的 70％，其次是聚α一烯烃降凝剂（T803A 和 T803B），少量是聚甲基 丙烯酸酯和聚丙烯酸酯降凝剂。目前国内发展了α一烯烃共聚物降凝 剂 T811。T811 与 T803 复合使用，可提高降凝度和扩大油品的使用范 围。 我国石蜡基润滑油比例较大，降凝问题较严重，故降凝剂相对用 量大一些，一般为 0．37％。 金属加工用油在要求良好的低温性能时需要加入降凝剂。 6、 防腐杀菌剂 水基加工液具备微生物和菌类生长繁殖的条件，容易腐败变质发 臭。防腐杀菌剂（或杀菌剂）的作用在于杀灭或抑制细菌和霉菌的生 长，以达到延长切削液的使用期限的目的。常用的防腐杀菌剂是酚类 化合物、甲醛类、含氯和含苯类化合物，它们虽然有较强的杀菌作用， 但同时对操作者也有一定的伤害作用，如刺激眼、鼻、喉等器官，容 易引起操作者皮肤和呼吸道病变，并且污染环境。近年来由于受到环 保法规的限制，许多国家对含酚类、苯类及甲醛类的杀菌剂的使用进 行了限制，并且积极寻求新型无毒杀菌剂。如日本选用油酸、硬脂酸、 月挂酸等羧酸制各的铜盐具有 1 年以上的抗腐败效果。美国开发的柠 檬酸单铜也有较好的抗菌效果。国内利用硼酸酯与表面活性剂等复配 成的防腐杀菌剂也具有较强的抗菌能力。 Lubrizol 的杀菌剂 KT101 是可以完全生物降解的杀菌剂，其化 学名称为六氢化三嗪（Hexahydrotriazine），有效成分含量 80％， 0．1％水溶液 pH 为 9．5，对细菌、真菌、酵母菌都有效，不过在某 些配方中对真菌的抑制力不够强。可应用于多种含水的工作介质中， 特别是对颜色、气味有严格的要求时此刹具明显优势；KT101 除可用 在金属加工液中外，还可在乳化油、胶黏剂、乳化剂等含水介质中。 推荐浓缩液中加人 ld 2％～3％，工作液中浓度 0．1％～0．2％。 三丹油［也叫古罗丹，六氢－1，3，5－三（2－羟乙堪）－ S －三嗪］，三连氮系防腐杀菌剂，为透明液体，具有喊氮臭味，0．15 ％pH 值为 8。0～9．0。主要用作切削液，研磨液和轧制液的防腐剂， 加人 0．15％～0．2％，在 2～3 个月内不长细菌。 Bactericide SJ850 强力杀菌剂，是一种不含甲醛的化学混合物 液体，用于抑制水溶性切削液中细菌和真菌的滋生，以及消除切削液 的恶臭气味，⒛℃密度为 1．18kg／L，开口闪点 125℃，pH 值 10．2， 倾点－30℃。适用于独立油箱或集中供液系统。 Grotan 系列防腐杀菌剂的品种齐全，用途很广泛，其性能和用 途见表 1。 国内目前用于水基型金属加工液中的防腐杀菌剂还很少，在切削 液使用中加人防腐剂也不多见。这主要是由于加入防腐剂使切削液的 成本增加较大和使用不大方便所致，今后的任务是开发和推广价格适 宜、使用方便且无毒的防腐剂。 7、 消泡剂 金属加工用油在循环润滑系统的激烈流动和冲击条件下公产生 大量泡沫，泡沫不但影响加工用油的泵送性能，还会减小油膜强度和 破坏稳定性，造成严重的磨损，或使机床无法正常运转，甚至发生供 油中断和烧结等现象。 消泡剂的作用是抑制泡沫的产生，以免形成稳定的泡沫，它能吸 附在泡膜上，破坏膜的均匀性，从而达到消除泡沫的目的。 最常用的抗泡剂是甲基硅油，它不溶于油，通过溶剂稀释或高速 分散等方法使之呈高度分散状态而分布在油中，其川量一般为 1～ 100pg／g，另外还有一种非硅抗泡剂，属于聚 l 叮烯酸酯型的高分子 酯。它和硅油相比，能有效地改善油品的空气释放性。 用于水基金属加工业液的消泡剂主要是乳化硅油等。 鹰达行有限公司的 FOAM SP700 是一种应用范围很广的高 J 性能 消泡剂，白色，25℃密度为 1．03 kg／L，开口闪点 220℃，50％pH 值 8．2，倾点－ 30℃。用于水溶性切削液、乳化液、酸碱水性清洗 剂、水／乙二醇液压等。 FOAM BAN MS－5 是一种用于乳化加工液的矿物油基消泡剂，用 于乳化金属加工液；FOAM BAN MS－455、MS525、 MS-550、 MS－575、 MS－293、 3529B、 HP710、 HP740 等消泡剂都可以用作乳化油、半 合成微乳化液和化学合成液的消泡剂；FOAM BAN 130B 是一种硅基泡 沫抑制剂，用于非水性的工业润滑油，常用于工业润滑油中，包括透 平油、齿轮油和液压油等。