微乳化切削液防锈剂的研究2

Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
Ａｎｔｉ－—ｒｕｓｔ Ａｄｄｉｔｉｖｅ ｏｆ
Ｍｉｃｒｏ Ｅｍｕｌｓｉｖｅ
Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ Ｑｉａｎ－ｊｉｎ
ＨＯＵ Ｗａｎ—ｇｕｏ，ＷＡＮＧ Ｃａｎ—ｈｕｉ，ＤＵＡＮ Ｘｉｎ—ｓｈｅｎｇ，ＴＩＡＮ
（Ｌｕｏｙａｎｇ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７ １０３９，Ｃｈｉｎａ）
ｃｏｒｄａｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｓｔａｎｄａｒｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇ
ｂｅａｒｉｎｇ；ｐａｒｔ；ｍｉｃｒｏ ｅｍｕｌｓｉｖｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄ；ａｎｔｉ—ｒｕｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｔｒｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ
加工过程中轴承零件和机床易受周围介质， 如水分、氧气、酸性物质及空气中灰尘的侵袭而产 生锈蚀【１１。在高温、高湿季节或潮湿地区，这种锈 蚀尤为突出。因此，要求切削液本身应具有良好 的防锈性能。目前最常用的水溶性防锈剂有亚硝 酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺和钼酸钠等。亚硝酸钠 价格便宜，可与轴承零件表面的金属形成致密的 氧化膜而使轴承零件受到保护，但亚硝酸钠是一 种潜在的致癌物质，特别是当它与有机胺同时使 用时，易反应生成有致癌作用的亚硝胺，许多国家 已禁止在切削液中使用亚硝酸钠旧Ｊ。苯甲酸钠和 三乙醇胺对钢有一定的防锈效果，但对铸铁的防 锈效果较差，两者合用时有增效作用；钼酸钠对铸 铁、钢等有一定的防锈效果，但价格昂贵，影响了 其使用的广泛性。因此，新型无毒、无害且成本低 廉防锈剂的开发势在必行。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｐａｒｔｓ ｉｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｉｒｕｓｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｍｕｌｓｉｖｅ
ａ弛ａｎａｌｙｚｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄ ｔｒｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉห้องสมุดไป่ตู้ｅ ｉｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｈｅｔｅｒｏ－
～１５０
性都比较好。
表１ 有机酸三乙醇胺用量对防锈性的影响
ｏ ２
４
ｍＬ玻璃罩，再合上干燥器盖，置于已恒温到
三乙醇胺质量分数／％
６
８
（３５±２）℃的恒温箱中，连续试验２４ ｈ后取出进 行观察。
一级灰口铸铁，２４“ 紫铜，ｓ ｎ ＬＶｌ２铝，ｓ ｈ 防锈性（３５±２）℃ 一细藏口镍锤 单片，２４ ｈ 叠片，８ ｈ Ｃ级 Ｂ级 Ｂ级 Ａ级 Ａ级
起防锈作用的极性基团，而且要求分子具有一定 的水溶性，疏水链越长的有机分子缓蚀效果越好， 但随着烷基链的增长，其在水中的溶解度却减小。 为了增加有机胺的水溶性，常用的方法是使有机 胺与适当的有机酸反应生成有机酸的胺盐，这种 盐在水中的溶解度要大得多，且具有很好的缓蚀 性能。所以本试验选用链长合适的有机杂环多元 羧酸（Ｔ４８５）与三乙醇胺进行反应，生成有机酸三 乙醇胺作为防锈剂。
３．２有机酸三乙醇胺用量对防锈性的影响 用有机酸三乙醇胺作为微乳切削液中的防锈 剂，加入量分别为Ｏ％，２％，４％，６％和８％时，将 配制成的微乳切削液稀释至５％的浓度，进行防锈 性试验，结果如表１所示。由试验可以看出，有机 酸三乙醇胺是一种非常好的水基防锈剂，主要是 由于它含有多个羟基、胺基和酯基等极性基团，对 金属有较强的亲和力，能优先吸附在金属表面，表 现出良好的防锈性。其对铸铁和紫铜有好的防锈 能力，特别对铝的防锈效果良好。
Ａ
Ａ Ａ Ａ
的弯曲振动；９０９～１ Ｃ的伸缩振动；１
ｃｍ叫为ＣＯＯ一中Ｃ一０一
１６１．５９
Ｏ ８ ｊ。
７２０．３７ ｃｍ“和１
是酸酯的特征峰，表明反应物中有酯的结构。
盯：
品
紫铜。８
ｈ
稀ＬＹｌ２铝，８ ｈ
ｔ虬
？嚣臌
０Ⅻ∞红
级级级
曩
防锈性试验（３５±２）℃ 一级灰口铸铁 单片，２４ ｈ 叠片，８ ｈ 最大无骨咬载衙ＰＢ值／ｋｇ Ａ级 合格
７２０．３７
毫壤鬟有迭印有迭印无迭印无迭印
ｃｍ。１为ＣＯＯ一中Ｃ＝０的伸缩振 ｅｍ“为醇胺中胺的变形振动；
３５５．１０ １６１
５２０～１ ５６３
Ｉ ４０３．３５
ｃｍ一和１
ｃｍ。１为一ＣＨ３中Ｃ—Ｈ ｃｒｆｌ一处
ｐＨ值 消泡性／（０．１×ｍＬ・ｍｉｎ‘１） 腐蚀性试验（５５±２）℃ 一级灰几铸铁，２４ ｈ
３．３
有机酸三乙醇胺在微乳切削液中的应用 综合考虑，在微乳切削液中加６％的有机酸三
乙醇胺，按照ＧＢ／Ｔ ６１４４－－１９８５标准规定，测试产 品的性能指标，结果见表２，各项指标均符合要求。 说明该防锈剂对铸铁、铜和铝的防锈性和防腐蚀
万方数据
３结果与讨论
３．１
有机酸三乙醇胺的红外光谱分析 有机酸三乙醇胺的红外光谱如图２所示。有 ｃｍ一显示了缔合羟
８６２．８１
簇茬 轻锈 鬓凳 翥藉 翥雾 塞霍 錾霍 翥雾 翥雾 蠢雾 塞蓬蠢霸翥霸翥翥翥嚣
机酸三乙醇胺中３ 基的振动峰；２
５００—３ １００
９４１．６８
ｃｍ“和２
ＣＩｌｌ叫为
一ＣＨ，和一ＣＨ：中存在ｃ—Ｈ对称和反对称伸缩 振动；１ 动；ｌ
！兰型！Ｑ塑＝三Ｚ鱼兰
ＣＮ４１一１１４８／ＴＨ
轴承２０１１年１期
Ｂｅａｒｉｎｇ ２０１１，Ｎｏ．１
３０—３２
微乳切削液中防锈剂的研究
侯万果，王灿辉，段欣生，田前进
（洛阳轴研科技股份有限公司 化工材料开发部，河南洛阳４７１０３９）
摘要：对轴承零件在加工过程中的锈蚀和微乳切削液防锈机理进行了分析，以有机杂环多元羧酸和三乙醇胺为 原料，合成了有机酸三乙醇胺。试验结果表明，有机酸三乙醇胺具有良好的防锈和防腐蚀能力，当微乳切削液 中加入６％的有机酸三乙醇胺时，产品性能达到国家相关标准的要求。 关键词：滚动轴承；零件；微乳切削液；防锈性能；三乙醇胺 中图分类号：ＴＨｌ３３．３３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—３７６２（２０１１）０１—００３０—０３
１微乳切削液防锈吸附机理
１．１轴承零件的锈蚀机理 轴承零件腐蚀是指零件与周围环境之间由于 发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质＂Ｊ。 当轴承零件暴露在潮湿的空气中时，由于其表面 对大气中水的吸附作用，轴承零件表面形成很薄 的湿气层一水膜，当这层水膜达到一定厚度（２０— ３０个分子厚）时，便形成了电化学腐蚀。这类电化 学过程将随温度的升高和水中溶解ＣＯ：和ｓＯ：的 增加而加剧。一般情况下，水膜里溶解氧气，呈弱 酸性或者中性，腐蚀电池会发生如下反应： Ｆｅ被氧化成Ｆｅ“，反应式为
２试验
２．１主要试验原料 试验原料为三乙醇胺、分析纯（无色透明黏稠 液体）和Ｔ４８５，Ｔ４８５为白色固体，可以和无机碱金 属或有机碱反应。 ２．２有机酸三乙醇胺的制备 Ｔ４８５和三乙醇胺按１－１．５混合，在低于９５℃ 的温度下缓慢加热，并不断地搅拌至由白色固体 渐变成棕黄色黏稠状液体为止。 ２．３微乳切削液的制备 将制备好的黏稠状液体加入到按一定比例混 合的基础油、乳化剂、油酸甲酯、三乙醇胺、杀菌 剂、稳定剂和消泡剂的混合物中，配成微乳切削 液。 ２．４性能检测 ２．４．１红外光谱 取少许样品均匀涂在ＫＢｒ片上，用Ｐｅｒｋｉｎ ｍｅｔ的红外光谱仪在４ ２．４．２腐蚀性试验
≥４０ Ａ厶日７
级瀚ｍ
４结束语
图２有机酸三乙醇胺的红外图谱
合成的有机酸三乙醇胺是一种棕黄色黏稠状 的液体，对铸铁、铜，特别是对铝具有良好的防锈 和防腐蚀能力，当微乳切削液中加入６％有机酸三 乙醇胺时，产品的性能达到了国家有关标准的要 求。这种微乳切削液在轴承加工过程中的润滑性 能和防锈性能良好，使用周期长，使用半年无需改 换，只需加入一定量的添加剂，且无毒、无污染。 参考文献：
２Ｆｅ一４ｅ＝２Ｆｅ“，
水膜中的氧气获得电子，然后与水结合成ＯＨ离 子，反应式为
０２＋２Ｈ２０＋４ｅ＝４０Ｈ一，
腐蚀总反应式为
收稿Ｅｔ期：２０１０—０８—１７；修回日期：２０１０—０９—２０
２Ｆｅ＋０２＋２Ｈ２０＝２Ｆｅ（ＯＨ）２。
万方数据
侯万果，等：微乳切削液中防锈剂的研究
・３ｌ・
这样，轴承零件表面的铁原子不断溶解，形成 溶解于水膜的Ｆｅ（ＯＨ）：，因ｉｒｅ（ＯＨ）：在水膜中不 稳定，进一步与水膜中的氧和水作用而形成不溶 于水的Ｆｅ（ＯＨ），，其沉淀附着在轴承零件的表面 即形成红褐色锈层。 １．２微乳切削液防锈吸附机理 微乳切削液中防锈剂是利用其定向吸附作用 阻止或延缓氧气和Ｈ＋与零件表面接触来实现防 锈的，防锈机理如图１所示。从图中可以看出，防 锈剂分子的结构具有不对称性，其是由非极性基 团和极性基团组成的。非极性基为烃基，有亲油 性；而极性基（如一ＣＯＯＨ，一ＣＯＯＲ，一ＣＯＮＨ２， 一ＯＨ，ＮＨ：）具有亲水性，对轴承零件表面具有亲 和性。当防锈剂分子的极性基在零件表面吸附 后，其较长的非极性基也在范德华力的作用下紧 密排列，从而形成牢固的吸附膜。表面吸附一方 面改变了轴承零件表面的电荷状态和界面性质， 使零件表面的能量状态趋于稳定，增加腐蚀反应 活化能，减缓腐蚀速度；另一方面，非极性基的隔 离作用将零件表面和腐蚀介质隔开，阻碍电化学 反应相关的电荷或物质的转移，从而减缓腐蚀。 防锈剂在金属表面的吸附有物理吸附和化学吸 附，例如，有机胺中的氮原子有多余的配价电子， 能够与吸附在轴承零件表面的水分子借助氢键 结合，使水脱离金属表面，其余胺分子在轴承零 件表面形成吸附层，就是典型的物理吸附Ｍ ｏ；化 学吸附最典型的代表是羧酸型防锈剂，其能与轴 承零件表面的金属生成盐而牢固地吸附在轴承 零件的表面。
根据防锈的吸附原理，分子中的极性基团能 吸附于轴承零件表面；而疏水性的烃基在零件表 面形成保护膜，阻止水分侵蚀零件表面，起到防锈 的效果。作为水溶性的防锈剂，分子中不但要有