环保绿色切削液的选择

环保绿色切削液的选择

摘要: 绿色机械加工是企业对可持续发展战略在微观上的具体体现, 切削液作为机械加工的重要辅料, 其选用的科学性对绿色机械加工的实现与否具有重要作用.本文主要从基础油和添加剂两方面综述了绿色环保型金属切削液的研究现状和发展趋势，对于从事金属切削液的相关专业人员具有一定的参考价值。

关键词: 绿色;环保;切削液

Optimal way to choose cutting fluid for green machining

Abstract: Green machining microcosmically embodies the sustainable development strategy in enterpr ises. The scientific selection o f cutting fluid plays an important role in realizing green machining as an important aux iliary material. This paper summarized the green cutting fluid’s research status and development trends mainly from the base oil and additives two aspects ,to engage in metal cutting fluid related professional staff has a certain reference value.

Key words: sustainable development; green manufacturing; g reen machining ; cutting fluid

0 引言

金属切削液是指用于金属及其合金在切削加工过程中所使用的润滑剂。切削液广泛使用在现代金属切削加工中，成为机械制造过程中不可或缺的辅助材料。在金属切削加工中选用合适的金属切削液可以起到良好的润滑冷却、清洗和防锈等作用，从而提高刀具耐用度，保证加工质量和加工精度，提高生产效率。然而，随着金属切削液的广泛使用，人们发现切削液是金属切削加工的主要污染源，除使用时会对操作人员的身体健康造成危害外，废液的排放也会对环境造成严重污染切，削液的安全性和对环境的影响已成为切削液发展必须考虑的重要问题。切削液/ 油对环境的危害主要是废液对水资源的污染，矿物油是金属加工液的主要成分之一，其生物降解性差，能长期滞留在水和土壤中。因此，开发绿色环保型产品已成为一种大趋势.

1 切削液的危害

( 1) 造成环境污染。

切削液对环境的危害主要在于两个方面, 其一是加工过程中切削液挥发、飞溅及渗漏会造成工作现场环境恶化, 影响安全生产; 其二是对水资源的污染。由于过去对废液的危害性认识不足, 都是将废切削液直接排放。矿物油基切削液的生物降解性差, 能长期滞留于水和土壤中。使得湖泊、河流、海洋和地下河系统受到不同程度的污染。磷酸盐是水基切削液常用的防锈剂, 而研究证明磷酸盐的积累会使河流、湖泊因营养富化而发生赤潮。

( 2) 损害工人健康。

切削液对人体健康的危害首先在于其毒性。油基切削液在高速或重载切削条件下, 产生高温化学反应, 形成烟雾, 释放有害气体和油雾, 燃点和粘度越低, 烟雾越重, 而水基切削液汽化形成的微液滴等,均会刺激呼吸系统粘膜而引起炎症。切削液与人体直接接触, 会诱发多种皮肤病, 损害工人健康等。如矿物油的脱脂和刺激作用而引起的油疹以及表面活性剂、防腐剂、杀菌剂等添加剂造成的皮炎等。以往常用的切削液添加剂亚硝酸钠和醇胺容易发生反应生成致癌物亚硝基胺, 而亚硝酸钠的代用品叔丁基苯甲酸盐对动物的肝、肾等内脏有害。

( 3) 增加了制造成本

属于间接产生的负面影响。据德国对汽车行业的最新调查, 在工件总的加工成本中, 切削液费用要占7% ~ 17%, 而刀具的成本仅占2% ~ 4%。据统计,切削液的消耗率是刀具费用的3~

4倍, 而且切削液的处理较为困难, 处理费用昂贵。据德国专家预测,若考虑环保的要求,加工中采用传统切削液发生的相关费用约占生产加工总费用的15% ~ 30% 。

2绿色环保型切削液的研究现状及发展趋势

2.1 金属切削液中绿色环保基础油的开发

基础油是切削液的主要成分, 对切削液的性能有很大影响。切削液的生物降解性能也决定于基础油的生物降解性能。切削液的基础油有矿物油、合成油（合成酯和合成烃）和植物油。由于矿物油基的切削液生物降解能力差, 长期滞留在水和土壤中, 对环境造成不良影响, 不宜作为绿色切削液的基础油。合成油中合成烃的生物降解性与矿物油差不多, 植物油与合成酯则具有很好的生物降解能力。目前基础油的发展趋势体现为：①矿物油逐渐被生物解性好的植物油和合成酯所代替；②油基切削液逐渐被水基切削液所代替。

（1）植物油

植物油生物降解性好, 无毒性, 我国是植物油生产大国，产量位居世界第三位, 菜籽油和棉籽油的产量位居世界第一。与矿物油相比，植物油具有更高的沸点和分子重量，从而大大减少了其在雾化和气化时的损耗。在机械加工中使用植物油基的切削液，可以获得更好的工件表面以及更小的公差，从而缩短停机时间，提高生产效率。

（2）合成酯

合成酯切削液产品属于低泡沫产品（泡沫过多会降低切削液的功效），可在软水和硬水中同样保持性能。郭力、彭著良等研究探讨了合成酯的理化性能，其中直链多元酯相比其他种类合成酯的生物降解性比较好。各种研究表明，酯类物质的毒性非常小。一般情况下，酯被吸收或与皮肤接触仅仅会造成很小的不适感。合成酯具有结构单一可控、氧化稳定性好、低挥发性, 可与矿物油及其他多数合成油混溶、无毒、可生物降解；缺点在于与密封材料相容性差、水解稳定性差、具有一定腐蚀性且价格昂贵。为此可将合成酯与其它油品进行调配以获得性能良好、成本较低的调配油。

2.2 绿色环保多功能添加剂的开发

由于金属切削液一般含有表面活性剂、极压剂、防锈剂、杀菌剂等添加剂。在新的金属切削液添加剂及配方的研制过程中,环保型生物降解添加剂（无毒型添加剂）是现在研究与应用的方向。以下列举的一些绿色环保型添加剂是当今国内外应用前景比较广泛的。

（1）表面活性剂

表面活性剂对环境的影响首先是安全性，其次是生物降解性。据文献报道烷基糖苷（APG）具有生物降解快、无毒无刺激的绿色表面活性剂；脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）是一种生物降解性能良好、抗硬水性能强、环境友好的高效低毒表面活性剂；生物表面活性剂是微生物产生的一类具有表面活性的生物大分子物质，具有良好稳定性、无毒和生物可降解等性能。（2）极压剂

以往传统的极压剂是含硫、磷、氯等元素的化合物，这些化合物在高温下与金属表面发生化学反应，生成化学吸附膜。由于产品中含有硫、磷及氯等对环境有害的元素，迫切需要开发新型极压剂取代传统的极压剂。硼类极压剂正成为开发的热点，有机硼酸酯是新型的减摩抗磨添加剂，越来越广泛地受到重视。据文献报道，硼酸盐作为润滑脂中极压添加剂具有独特的性能，与其它添加剂复合制备的极压锂基润滑脂有优异的综合性能，可作为环境友好产品使用。

（3）防锈剂

为了保护机床、刀具及工件不受乳液的侵蚀，要在切削液中加入防锈剂，以期在金属表面形成保护膜，或者形成钝化膜。据文献报道，河北省新资源技术研究所最近研制了KJ 金属防锈剂，以天然提取物环己六醇六磷酸酯为主要成分，经变性复配而成。是一种无毒、无味，对人体无任何刺激的淡黄色透明液体，呈中性，能以任意比例相溶。其防锈原理是该液与金