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三乙醇胺在水基切削液的应用

众所周知,切削液应具备优良的冷却、润滑、防锈与清洗功能。对于水基切削液而言,其润滑、防锈清洗性能尤为关键。为了提高切削液的性能,在水基切削液中需添加油性剂、极压剂、防锈剂,表面活性剂等几种乃至几十种添加剂。三乙醇胺是水基切削液中一种重要的添加剂。
三乙醇胺又叫氨基三乙醇,分子式为C6H15O3N,三乙醇胺在工业上用途很广,如在油脂工业、石油加工业、纺织工业、橡胶与环保等方面都有应用。三乙醇胺是由环氧乙烷与氨水反应生成,其精制品为无色粘稠状液体。吸湿性强,在空气中变为黄褐色。易溶于水和乙醇,微溶于乙醚和苯。pH=8~8.5,不能随水蒸汽一起挥发。
由于氮原子上的未共用电子对能与质子结合,因此三乙醇胺显碱性。三乙醇胺分子中有-OH基团,它可与酸发生酯化反应。反应物配比不同,酯化程度不同,可得不同产品。三乙醇胺与亚硝酸反应可生成极不稳定的脂肪族重氮盐,这些亚硝基化合物一般都具有致癌毒性。三乙醇胺在空气中久置也会发生氧化反应。
三乙醇胺在水基切削液中的作用
1 合成水溶性油性剂
目前,润滑性能比较好的油性剂大多是长碳链物质,这些物质大多是非水溶性的。要把它们添加在水基切削液中,必须在其分子链中引入亲水基团。三乙醇胺有三个-OH,水溶性好。通过控制原料配比,使三乙醇胺分子中一个OH与油性剂发生化学反应,可生成水溶性油性剂。
油酸是重要脂肪酸之一,但其不溶于水。用三乙醇胺与油酸发生化学反应(65℃左右),可生成油酸三乙醇胺。它是一种常用的水溶性油性剂,且随着所含三乙醇胺比例越高,水溶性越好。笔者用四球试验机测定油酸三乙醇胺的水溶液(5%)的最大无卡咬负荷PB值可达650N,用摩擦磨损试验机测定其摩擦系数为0.071。油酸三乙醇胺作为油性剂添加在切削液中,易在刀具与切屑(工件)之间形成物理吸附膜,在较低负荷下起润滑作用。实验表明,油酸三乙醇胺与极压添加剂也有良好的协同抗磨作用。在合成硼酸酯、磷酸酯时添加油酸三乙醇胺复合,可显著改善其极压润滑性能,从而使切削性能进一步提高。
2 防锈剂
三乙醇胺本身是一种水溶性防锈剂。单独使用它在短期内可有效防止钢铁生锈,一般使用浓度为0.5%~2%。三乙醇胺与苯乙醇胺、苯甲酸钠、硼砂、碳酸钠等水溶性防锈剂有协同防锈作用,复合使用可显著提高水基切削液防锈能力。但三乙醇胺对铜有腐蚀作用,添加0.05%~0.1%的苯并三氮唑能改善对铜的防腐性。油酸三乙醇胺也是一种防锈剂,它适用于黑色金属、铝合金的防锈。
3 表面活性剂
表面活性剂在水基切削液中起渗透、扩散、稳定、清洗作用,是合成切削液与乳状液必不可少的添加剂。三乙醇胺与脂肪酸可合成一种阴离子表面活性剂。不同配比、不同脂肪酸合成的表面活性剂其HLB值不同,可适合于不同水基切削液的需要。这些表面活性剂均有良好的乳化能力,若与非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚配合使用,乳化效果更佳。
三乙醇胺本身也属于一种非离子表面活性剂,把它加入水中能显著降低水的表面张力。在水基切削液中添加三乙醇胺将有助于切削液浸润,渗透于被切削(磨削)界面上,从而能充分发挥水基切削液的冷却与清洗作用。
4 稳定剂
水基切削液中添加的油性剂、极压剂等易水解析出,从而降低切削液的作用。添加少量的三乙醇胺可起到稳定作用。例如有机硼酸酯是一种新型极压抗磨剂,它是由带羟基的物质与硼酸或其化合物反应而成。硼酸酯主要缺点是易水解,在合成硼酸酯时加入少量三乙醇胺可抑制水解。
三乙醇胺类切削液的应用
将油性剂(油酸三乙醇胺),抗磨剂(含硫硼酸酯),防锈络合物(三乙醇胺、尿素、硼砂、碳酸钠、苯并三氮唑等)等添加剂复合配制成BN型水基切削液,GB6144-85合成切削液标准(IV)检验合格。其中润滑、防锈性能优于国标。经工厂长时间使用,该切削液性能优良、能够显著提高切削效率与加工质量,延长刀具使用寿命,降低加工成本,且对操作者无害,使用周期长。
使用中应注意的问题
(1)三乙醇胺易与亚硝酸发生化学反应产生有害于人体的物质。因此,三乙醇胺类切削液要慎用亚硝酸钠作为防锈剂。
(2)使用三乙醇胺类切削液作为磨削液时,会产生轻微的令人不愉快的气味。为克服这一缺点可减少三乙醇胺的加入量,也可加入微量食用香精。
(3)在磨削硬质合金刀具时,不易使用含三乙醇胺的切削液。因为三乙醇胺水溶液会使硬质合金刀具中的钴浸出,从而影响刀具使用性能与使用寿命。

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