切削液的添加剂和使用选取

切削液的添加剂

切削液的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂。常见的有油性和极压添加剂、防锈添加剂、防霉添加剂、抗泡沫添加剂以及乳化剂等。

1.油性添加剂和极压添加剂

油性添加剂主要应用于低压低温边界润滑状态，它在金属切削过程中主要起渗透和润滑作用，降低油与金属的界面张力，使切削油很快渗透到切削区，在一定的切削温度作用下进一步形成物理吸附膜，减小前刀面与切屑、后刀面与工件之间的摩擦。

在极压润滑状态下，切削液中必须添加极压添加剂来维持润滑膜强度。常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物，这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，它比物理吸附膜的熔点高得多，可防止极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触，减小摩擦，保持润滑作用。常用极压添加剂如下：

(1)含硫的极压添加剂：在切削液中引入硫元素有两种方式，一是用元素硫直接硫化的矿物油，叫硫化切削油;二是在矿物油中加入含硫的添加剂，如硫化动植物油、硫化烯烃和硫、氯化动植物油等，制成极压切削油。硫化切削油对铜及铜合金有腐蚀作用，加工时气味大，已逐渐被极压切削油所代替。含硫的极压切削油在金属切削过程中和金属起化学反应，生成硫化铁。硫化铁没有像氯化铁那样的层状结构，比氯化铁摩擦系数大，但熔点高(硫化铁熔点1193℃，二硫化铁熔点117l℃)，硫化膜在高温下不易破坏，故切削钢件时，能在1000℃左右的高温下，仍保持其润滑性能。

(2)含氯的极压添加剂：常用的含氯极压添加剂有氯化石蜡(氯含量为40%—50%)、氯化脂肪酸或酯类等。氯的化学性能活泼，在200—300℃时即能与金属表面起化学反应。氯化物的摩擦系数低于硫化物，故含氯极压添加剂具有优良的润滑性能，含氯极压添加剂的切削液约可耐600℃的高温，特别适合于切削合金钢、高强度钢、钼以及其他难切削材料。氯化石蜡等有腐蚀性，必须与油溶性防锈添加剂一起使用。有的资料[30]认为含氯添加剂的核心应放在四氯化碳这一类高挥发性的添加剂，因为它能渗入切屑、工件与刀具界面间的微裂缝中，同时又能防止冷焊磨损的发生。但因四氯化碳会挥发出有害气体，所以国内很少采用。

(3)含磷的极压添加剂：在切削液中，常用的含磷添加剂是有机磷酸酯或硫代磷酸锌。这类添加剂有中等的极压性能，与钢铁接触即被吸附，并起化学反应，生成磷酸铁化学润滑膜，降低摩擦、减小磨损的效果比含硫、含氯的极压添加剂更为良好。

为了得到效果较好的切削液，往往在一种切削液中加入上述的两种或三种添加剂，复合使用，以便切削液迅速进入高温切削区，形成牢固的化学润滑膜。

2.防锈添加剂

为了使机床、刀具、工件不受腐蚀，要在切削液中加入防锈添加剂。它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，在金属表面上优先吸附形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，保护金属表面不与腐蚀介质接触，因而起到防锈作用。常用的防锈添加剂，可分为水溶性和油溶性两大类：

(1)水溶性防锈添加剂：水溶性防锈添加剂的品种很多，其中以亚硝酸钠在乳化液和水溶液中的应用较为广泛。亚硝酸钠基本上没有润滑性能，在碱性介质中对钢铁有防锈作用，用量一般控制在0.25%左右，浓度再高则对操作者皮肤有害。亚硝酸钠的防锈作用，对有色金属(如铜、铝及其合金等)无效，甚至起腐蚀作用。加工铜的乳化液或水溶液，宜用苯骈三氮唑为防锈添加剂，加入0.01%—0.1%即果。应当注意，水溶性防锈添加剂用于乳化液时，用量不宜过大，因为它们大多是电解质，用量过大会破坏乳化液，致使油水分离。

(2)油溶性防锈添加剂：油溶性防锈添加剂主要应用于防锈乳化液，也有用于切削油的。在使用过程中，常常将各种具有不同特点的防锈剂复合使用，以达到综合防锈的良好效果。如添加氧化石油酯及其皂类，能提高耐大气腐蚀性能;添加胺类，能提高油脂的抗氧化性，中和酸性物质，添加羊毛脂及其皂类，能提高吸附性。

3.防霉添加剂

乳化液长期使用以后，容易变质发臭，这是由于繁殖的结果。只要加入万分之几的防霉添加剂，即可起到和抑制繁殖的效果。但防霉添加剂会引起操作者皮肤起红斑、发痒等，所以一般不用。

4.抗泡沫添加剂

切削液中一般都加入防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂，这些物质增加了混入空气而形成泡沫的可能性。如果泡沫过多，会降低切削液的效果。若加入百万分之几的抗泡沫添加剂(如二甲基硅油)，可以有效地防止形成泡沫。在高速强力磨削时，由于会产生比较多的泡沫，所以必须在磨削液中添加适量的抗泡沫剂，并作消泡试验。

5.乳化剂

乳化液是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的关键性物质。它能吸附在油水界面上形成坚固的吸附膜，使油很均匀地分散在水中，形成稳定的乳化液。

(1)乳化液形成的机理(表面活性剂的作用)：油水本来是互不相溶的，经过高速搅拌也能形成分散体，但静置后不久还会分离。若加入表面活性剂后，再加搅拌混合，油就会以微小的颗粒分散在水中，形成稳定的乳化液，即使静置也难分离。这是因为表面活性剂是一种有机化合物，它的分子是由极性基团和非极性基团两个部分组成助。极性基因是亲水的，叫做亲水基团，可溶于水;非极性基团是亲油的，叫做亲油基团或憎水出由，可溶于油。

加入油和水中的表面活性剂能定向地排列吸附在油水两相界面上，极性端朝水，非极性端朝油，把油和水连接起来，降低油—水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成稳定的水包油(0/W)乳化液。这时水为连续相，称为分散介质或外相;油为不连续相，称为分散相或内相。反之就是油包水(W/O)的乳化液。在金属切削加工中应用的是水包油(O/W)的乳化液。

表面活性剂在乳化液中，除了起乳化作用外，还能吸附在金属表面上形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。

(2)表面活性剂的种类：表面活性剂的种类和牌号很多，但按其性质和分子结构，大体可分为四类：阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型。在配制乳化液时，应用广泛的是阴离子型和非离子型的表面活性剂。

阴离子型表面活性剂的特点是乳化性能好，并有一定的清洗和润滑性能，有的还有—定的防锈性能，但抗硬水能力差，易起泡沫。

非离子型表面活性剂在乳化液和水溶液中不产生离子，所以不怕硬水，也不受PH值(酸碱值的大小)的限制，而且分子中的亲水、亲油基可根据需要加以调节。

(3)乳化稳定剂：乳化液中加入稳定剂的作用有两个方面：一是使乳化油中的皂类借稳定剂的加溶作用与其他添加剂充分互溶，以改善乳化油及乳化液的稳定性;二是扩大表面活性剂的乳化范围，提高稳定性。但是，在使用乳化稳定剂低分子醇时，应特别注意，因它同时又是破乳剂，如用量过大会造成油水分层。

切削液的选择和使用：

应当根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求，选用不同的切削液。如选择不当，就得不到应有效果。高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度;硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。精加工切削时(包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等)，应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。