硬质合金磨削液的研制 [环境友好磨削液的研制]

　　(重庆后勤工程学院军事油料应用与管理工程系，重庆 400016)�� 　　 　　摘要：选用无毒或低毒性添加剂，研制了一种化学合成型环境友好磨削液，对其抗磨减摩、防锈、生物降解等综合性能进行了评价，结果表明：该磨削液综合性能优良，生物降解性能较好，生态毒性低，是一种理想的环境友好润滑剂。��
　　关键词：环境友好润滑剂；抗磨减摩性；生物降解性；生态毒性
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　　中图分类号：TE626.39 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　近年来，随着制造设备的进步，加工工艺和材料材质的改进以及工厂管理水平的提高，对与金属加工技术相配套的金属加工液提出了更新更高的要求。随着人类环保意识和环保立法的不断加强，人们越来越意识到金属加工润滑剂对人体和环境造成的危害。传统矿物油基润滑剂生物降解性能差、生态毒性高，加之石油资源不断减少，相对来说比较环保的全合成、半合成金属加工润滑剂越来越受到人们的亲睐。但大多数水基金属加工润滑剂仍然采用亚硝酸盐、磷酸盐和有机酚等为添加剂，这些添加剂具有一定的致癌性能，不但使用过程中会危害操作工人的身体健康，而且排放后污染水体，给环境造成了很大的危害[1-3]。金属加工液对人体的危害首先是添加剂的毒性，如作为杀菌剂使用的苯酚毒性很大，防锈效果较好的亚硝酸钠在某些条件下会形成致癌的亚硝酸氨。表面活性剂的脱脂作用，防腐杀菌剂和有机胺等碱性物质的刺激性，会使皮肤干燥、裂口、红肿而发生皮炎，对皮肤造成危害。使用金属加工液时产生的油雾，以及金属加工液散发的刺激性气体会危害人的呼吸器官，如常使用的甲醛杀菌剂，对人的眼、鼻有强烈的刺激性，接触皮肤会导致组织坏死。金属加工液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。美国环保局指出，油对水生物有急性致死毒性，也有长期亚急性致死毒性（即不会导致生物死亡，但破坏其正常的生态）。水中油含量超过10 μg/g，就会使海洋植物死亡，超过300 μg/g，可使淡水鱼死亡。金属加工液添加剂对环境的污染是多方面的，如常用作极压添加剂的短链氯化石蜡是海水污染物之一，在水基金属加工液中常用的磷酸钠防锈剂会使河流、湖泊因富营养化而出现赤潮[4-6]。�
　　文章结合现代磨削技术的发展现状，采用无毒或低毒添加剂，研制了一种新型环境友好化学合成型磨削液，并对其综合性能进行了评价。�
　　
　　1 添加剂的筛选�
　　
　　目前水基型金属加工液采用的润滑剂多为油溶性的，通过提高油溶性添加剂在水中的溶解性，以提高其产品的润滑性，但这种方式配制的水基润滑液稳定性差，油溶性添加剂难以满足水基金属加工液对综合性能的要求，因此选择性能优良的水溶性添加剂是提高水基型金属加工液质量的关键。结合研制产品的性能特点，经过筛选，我们选择以下几种组分作为添加剂，各组分添加剂的组成情况如表1所示。��
　　表1 各种添加剂的组成情况%
　　
　　 (注：基金项目：国家自然科学基金（50275147）、重庆市科技攻关项目、重庆市自然科学基金、教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助项目（编号：NCET-04-1002）、院青年基金资助项目。�
　　作者简介：方建华（1971-），男，博士，2005年毕业于解放军后勤工程学院油料应用专业，主要从事环境友好润滑剂及添加剂的研究，已发表论文30余篇。）
　　
　　2 性能考察�
　　配方1~7的性能测试结果如表2所示。�
　　表2 配方1~7性能测试结果
　　
　　从表2可以看出，配方1的防锈性能太差，但对有色金属的防腐性能较好。配方2虽然在配方1的基础上增加了防锈剂A的量，防锈性能仍然很差，但腐蚀试验合格。配方3中未加入油酸皂，其工作液外观得到较好改善，增加pH调节剂的量，其消泡性、防锈性、腐蚀性都合格。配方4中采用复合防锈剂，减少防锈剂A的量，加入防锈剂B，其消泡性、防锈性、腐蚀性都合格，说明复合防锈剂的效果较单一防锈剂好。配方5中采用防锈剂B，其消泡性、腐蚀性都合格，但防锈性较差。说明在该体系中单独采用防锈剂B不能够达到防锈效果，需要做进一步改善。配方6中虽然添加了大量的防锈剂A，其消泡性、腐蚀性都合格，但防锈性较差，这可能是因为存在聚醚表面活性剂的原因。虽然配方7采用了复合防锈剂，但由于pH值过低，防锈效果仍然很差。�
　　从以上结果可以看出，在初步的配方筛选实验测试中，只有配方3、配方4能达到防锈防腐实验要求，故将这2个配方做进一步的润滑性能测试。�
　　将配方3、4的溶液按5%浓度稀释成工作液，用四球机按GB/T 3142-90润滑剂承载能力测定法进行测试，四球机转速（1450±50）r/min,室温，时间10 s。结果表明，配方3、4的工作液最大无卡咬负荷（�PB值）均为750 N，烧结负荷（�PD值）均为2500 N。�
　　图1和图2分别为配方3和配方4稀释液的摩擦力矩-时间-摩擦系数曲线，从图中可以看出，工作试液的平均摩擦系数为0.116和0.101，表明两种配方的工作液均具有较好的润滑性能。��
　　
　　图1 配方3稀释液的摩擦力矩-时间-摩擦系数曲线��
　　
　　图2 配方4稀释液的摩擦力矩-时间-摩擦系数曲线��
　　
　　3 生物降解和生态毒性试验�
　　
　　生物降解性能按CEC L-33-A-93法进行，结果如表3。��
　　表3 不同种类润滑剂的生物降解性%
　　
　　由表3可以看出，两种工作液的生物降解性能均较好，是两种较理想的环境友好水基润滑剂。�
　　根据浙江大学环境工程系检测，研制的两种磨削液的BOD（生化耗氧量）分别为1.02 g/L和�1.132 g/L， COD（化学耗氧量）分别为0.91 g/L和1.20g/L�，完全达到国家排放标准。�
　　根据浙江大学生物学院用两种磨削液对动物所作的病理诊断，经统计处理表明，工作液涂抹动物皮肤后，动物表现正常，体重无变化，局部皮肤无红肿、溃疡、渗出等现象；经光镜和显微照片观察，实验动物的皮肤、肝脏和肾、心、脑、肺细胞均无差异，由此可知，磨削液对人体无毒性。�
　　以德国的Wassergefahrdungklasse（WGK）为基础进行检测，表明研制的两种水基磨削液的急性水毒性极限值（EL50）或（LL50）均不小于116 μg/g，属于无毒性磨削液。�
　　由于两种磨削液的水污染指数值（WEN）分别为0.6和0.62，属于无水污染润滑液，使用后可直接排放，对环境和人体无任何危害。�
　　
　　4 结论�
　　
　　研制的两种化学合成型磨削液具有优良的综合性能，而且无毒，可生物降解，是性能优异的环境友好金属加工润滑剂。�
　　（说明：由于磨削液的性能考察目前没有专用方法，实验室模拟台架试验只能作参考，所以这里只以四球机为评价手段进行简单试验，产品主要在实际生产中应用，现场使用表明，该磨削液使用性能优越。另外，在生理生态毒性试验中，所有指标的评价尚不具备条件，我们只对皮肤刺激性进行了考察。）
　　
　　�参考文献：�
　　［1］ 陈波水，方建华，李芬芳.环境友好添加剂［M］.北京：中国石化出版社，2006.�
　　［2］ 罗新民.金属加工用油产品与应用［M］.北京：中国石化出版社，2006.�
　　［3］ 周耀华，张广林.金属加工润滑剂［M］.北京：中国石化出版社，2002.�
　　［4］ 方建华.环境友好润滑剂的过去、现在和将来［J］.合成润滑材料，2005(2):21-23.�
　　［5］ 秋金华,罗新民,欧阳波.水基金属加工液润滑添加剂的使用［J］.合成润滑材料，2005(4):29-32.�
　　［6］ 申士强,张建华.水溶性金属加工液添加剂的制备及其性能的研究［J］.润滑与密封，2004(4):51-57.
　　
　　THE DEVELOPMENT ON ENVIRONMENTALLY� FRIENDLY GRINDING FLUID��
　　FANG Jian-hua, CHEN Bo-shui, DONG Ling, WANG Jiu�
　　(Department of Oil Applied and Management Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 400016，China)��
　　Abstract:A type of new environmentally friendly grinding fluid was developed with nontoxic and low-toxic additives. Its anti-wear and friction-reducing properties，anti-rust ability and biodegradability were evaluated. The results showed that the grinding fluid possesses excellent synthesis properties and biodegradability as well as low zoology toxicity, and it is a perfect environmentally friendly grinding fluid.��
　　Key Words:environmentally friendly lubricant; anti-wear and friction-reducing properties; biodegradability; zoology toxicity