金屬加工流體組合物及其用于加工致密石墨鑄鐵的方法
【專利摘要】用于減少在鐵加工期間工具磨損的組合物和方法，所述方法包括施用一種包含水、潤(rùn)滑劑酯和含硫潤(rùn)滑劑添加劑的組合物。
【專利說(shuō)明】金屬加工流體組合物及其用于加工致密石墨鑄鐵的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2011年12月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/568，979的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其通過(guò)引用以全文并入。
[0002]背景
鑄鐵可用于生產(chǎn)很多工業(yè)部件。某些類型的鑄鐵如致密石墨鑄鐵可能難以加工；在工業(yè)部件制造中通常必需的金屬切削和研磨可能存在挑戰(zhàn)和困難，導(dǎo)致例如工具磨損的快速和加速速率，以及產(chǎn)生的零件的降低的品質(zhì)。
[0003]隨著工業(yè)中當(dāng)前正進(jìn)行的用致密石墨鑄鐵代替標(biāo)準(zhǔn)灰鑄鐵以產(chǎn)生更輕和更高強(qiáng)度零件的許多成果，描述結(jié)構(gòu)和組成兩者的差異導(dǎo)致這兩種金屬在材料性質(zhì)和可加工性方面的差異是有用的。灰鑄鐵傳統(tǒng)用于生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)組、氣缸蓋以及各種其它汽車部件?；诣T鐵中的石墨具有薄片狀結(jié)構(gòu)。以互連石墨薄片為主，產(chǎn)生基質(zhì)內(nèi)高的不連續(xù)性水平和應(yīng)力集中效應(yīng)，隨后產(chǎn)生灰鑄鐵的性質(zhì)特征，例如良好的導(dǎo)熱性、阻尼容量和良好的可加工性質(zhì)。因此灰鑄鐵容易以低生產(chǎn)成本加工，(較高金屬切削率及長(zhǎng)的工具壽命)。不同于灰鑄鐵，致密石墨鑄鐵具有與珊瑚很像的石墨結(jié)構(gòu)。這樣的石墨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生金屬內(nèi)較低的不連續(xù)性水平和應(yīng)力集中效應(yīng),產(chǎn)生較高強(qiáng)度和韌度性質(zhì)，以及較低可加工性。
[0004]除石墨結(jié)構(gòu)差異之外，灰鑄鐵和致密石墨鑄鐵之間有顯著的組成差異，這也很大程度上造成這兩種金屬的可加工性差異。在灰鑄鐵中存在硫被認(rèn)為是與該金屬的高可加工性有關(guān)的關(guān)鍵因素。
[0005]由于這兩個(gè)因素(石墨形態(tài)和硫濃度)，致密石墨鑄鐵的可加工性顯著較低，且工具磨損比起經(jīng)歷灰鑄鐵加工的工具磨損顯著較高。先前報(bào)導(dǎo)的研究表明，對(duì)于致密石墨鑄鐵的銑削和鉆孔操作，工具壽命可能為在用灰鑄鐵的類似加工操作中獲得的工具壽命的一半，而在致密石墨鑄鐵鏜削操作中的工具壽命觀察到僅為其十分之一。因此顯然，需要能實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的和更經(jīng)濟(jì)的致密石墨鑄鐵加工的技術(shù)進(jìn)步。在工具工程領(lǐng)域的研究和開發(fā)、加工條件優(yōu)化、致密石墨鑄鐵組成以及金屬加工流體組合物。本發(fā)明描述新的流體組合物及使用方法，可在普通等級(jí)致密石墨鑄鐵的加工中提供提高的工具壽命和零件品質(zhì)。
[0006]發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，鐵加工組合物包括水、潤(rùn)滑劑酯和含硫潤(rùn)滑劑添加劑。在一些實(shí)施方案中，潤(rùn)滑劑酯或潤(rùn)滑劑酯的組合存在的量為約I重量％-約50重量％，并且可包括多元醇酯、基于甘油的酯和/或選自以下的酯:2，2- 二甲基-1，3-丙二醇、2-丙醇、1，1，1，三(羥甲基)丙烷、2-羥基-1，3-丙二醇、2，2-雙(羥甲基)-1，3_丙二醇和1，2，3-丙三醇的C12-C18脂肪酸酯。合適的酯還可包括如下產(chǎn)生的那些:多元醇與氧化乙烯和/或氧化丙烯初始反應(yīng)，然后是后續(xù)酯化，以產(chǎn)生聚氧烷基化的多元醇酯。合適的酯還包括通過(guò)羥基-官能化脂肪酸(例如蓖麻油酸)的縮合以得到低聚和聚合酯而產(chǎn)生的那些酯。
[0007]在一些實(shí)施方案中，含硫潤(rùn)滑劑添加劑存在的量為約0.1重量％_約20重量％，并可包括硫化α -烯烴、二分支烷基三硫化物和多硫化物、含硫羧酸、復(fù)合硫化酯和/或二烷基多硫化物，所述二烷基多硫化物選自具有下式的那些=CH3-C(R1) (R2)-(CH2)n-)x_Sm，其中R1 = H 或 CH3, R2 = H 或 CH3，n = 8-20, x = 1—2，且 m = 2—7。
[0008]在一些實(shí)施方案中，鐵加工組合物包括脂肪酸，例如含有12-22個(gè)碳的飽和及不飽和鏈的那些脂肪酸，其量為約O重量％-約12重量％。
[0009]在一些實(shí)施方案中，鐵加工組合物包括約O重量％_約10重量％的下式胺化合物的混合物=R1(R2)-N-R3,其中 R1 = H、CH3 或-CH2CH2OH, R2 = H、CH3-(CH2)n (其中 η =0-22)、-CH2CH2OH 或環(huán)狀 C6H11,且 R3 = -(CH2CH2O)m-H (其中 m = 1-12)、CH3-(CH2) x0_ (其中X= 0-8)或環(huán)狀 C6Hn。
[0010]在一些實(shí)施方案中，鐵加工組合物包括約O重量％-約30重量％的硼酸-胺加合物，其中所述硼酸胺加合物可由包括以下的一種或多種結(jié)構(gòu)的混合物組成:硼酸的胺鹽、硼酸-烷醇胺(alkonaolamine)酯(包括環(huán)狀硼氧烷酯)和多聚硼酸胺鹽。
[0011]在一些實(shí)施方案中，鐵加工組合物包括約O重量％-約50重量％的礦物油。合適的礦物油可以是純的或礦物油例如環(huán)烷烴油和鏈烷烴油的混合物，在40攝氏度下為約15cSt-約 30cSt。
[0012]在一些實(shí)施方案中，鐵加工組合物包括約4重量％_約10重量％的非離子乳化劑和陰離子乳化劑的混合物。
[0013]根據(jù)一些實(shí)施方案，加工鐵的方法包括在用于加工前，將本發(fā)明的流體組合物(稱為流體濃縮物)作為水稀釋物施用，本發(fā)明的組合物首先用水稀釋，以產(chǎn)生1%-100%濃度的流體濃縮物。在一些實(shí)施方案中，與常規(guī)潤(rùn)滑劑流體相比，這樣的施用可將鐵加工期間的工具磨損降低例如約 5%-約90%。在一些實(shí)施方案中，加工的鐵為致密石墨鑄鐵。
[0014]附圖描述
圖1顯示在鉆孔期間測(cè)量的軸向力。
[0015]圖2顯示在鉆孔期間測(cè)量的扭矩；
圖3圖不鉆孔后的工具磨損；
圖4顯示用各種加工流體的工具磨損；
圖5顯示用各種加工流體的切削力；
圖6顯示鉆孔時(shí)得到的工具磨損；和圖7顯示經(jīng)過(guò)130個(gè)鉸大的孔后測(cè)量的表面光潔度。
[0016]發(fā)明詳述
本發(fā)明的一些實(shí)施方案的組合物和方法涉及金屬加工流體組合物及其用于加工金屬(例如鐵)的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物和方法涉及加工致密石墨鑄鐵(也稱為“CGI”或“蠕蟲狀鑄鐵”)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物及施用方法，在用于對(duì)鐵例如致密石墨鑄鐵進(jìn)行的金屬切削和研磨過(guò)程時(shí)，可通過(guò)有效減少磨損而顯著延長(zhǎng)所用工具的壽命，而且可提高產(chǎn)生的零件的品質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括至少酯潤(rùn)滑劑與含硫潤(rùn)滑劑添加劑組合。
[0017]酯潤(rùn)滑劑
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括一種或多種酯潤(rùn)滑劑。合適的酯潤(rùn)滑劑可包括多元醇和天然羧酸酯，例如支鏈或環(huán)狀的一元醇、二元醇和多元醇的長(zhǎng)鏈(C12-C22)羧酸酯。合適的酯潤(rùn)滑劑也可包括烷氧基化多元醇酯，例如支鏈或環(huán)狀的一元醇、二元醇和多元醇的長(zhǎng)鏈(C12-C22)羧酸酯，其中多元醇在形成羧酸酯前經(jīng)烷氧基化。合適的酯還可包括通過(guò)羥基-官能化脂肪酸(例如蓖麻油酸)縮合以得到低聚和聚合的酯所產(chǎn)生的那些酯。在一些實(shí)施方案中，合適的酯潤(rùn)滑劑包括含有羧酸部分的酯，所述羧酸部分選自具有長(zhǎng)度為12-22個(gè)碳的飽和及不飽和烷基鏈的羧酸，其中脂肪酸與單官能或多官能醇反應(yīng)以形成可用于本發(fā)明的酯，所述單官能或多官能醇選自但不限于2，2- 二甲基-1，3-丙二醇、
2-丙醇、1，1，1，三(羥甲基)丙烷、2-羥基-1，3-丙二醇、2，2-雙(羥甲基)_1，3-丙二醇和1，2, 3-丙二醇。
[0018]在一些實(shí)施方案中，流體組合物含有以下量的酯潤(rùn)滑劑:流體組合物的約I重量％-約50重量％ ;流體組合物的約2重量％-約40重量％ ;流體組合物的約3重量％-約35重量％ ;流體組合物的約4重量％-約30重量％ ;流體組合物的約5重量％-約25重量％ ;流體組合物的約6重量％-約20重量％ ;流體組合物的約6重量％-約15重量％ ;流體組合物的約7重量％-約10重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約16重量％ ；流體組合物的約18重量％ ;流體組合物的約20重量％ ;流體組合物的約22重量％ ;流體組合物的約24重量％ ;流體組合物的約26重量％ ;流體組合物的約28重量％ ;流體組合物的約30重量％ ;流體組合物的約32重量％ ;流體組合物的約34重量％ ;流體組合物的約36重量％ ;流體組合物的約38重量％ ;流體組合物的約40重量％ ;流體組合物的約42重量％ ;流體組合物的約44重量％ ;流體組合物的約46重量％ ;流體組合物的約48重量％ ;和流體組合物的約50重量％。
[0019]含硫潤(rùn)滑劑添加劑在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括一種或多種含硫潤(rùn)滑劑添加劑。合適的含硫添加劑可包括硫化α -烯烴、二分支烷基三硫化物和多硫化物、含硫羧酸、復(fù)合硫化酯和/或二烷基多硫化物。
[0020]在一些實(shí)施方案中，合適的含硫化合物包括如式I所示的結(jié)構(gòu):
式 I =CH3-C(R1) (R2)-(CH2)n-)x-sm
其中 R1 = H 或 CH3, R2 = H 或 CH3, η = 8-20, x = 1-2,且 m = 2-7。
[0021]在一些實(shí)施方案中，流體組合物包括以下量的含硫潤(rùn)滑劑添加劑:流體組合物的約0.1重量％-約20重量％ ;流體組合物的約0.2重量％-約18重量％ ;流體組合物的約0.3重量％-約16重量％ ;流體組合物的約0.4重量％-約14重量％ ;流體組合物的約0.5重量％-約12重量％ ;流體組合物的約0.6重量％-約10重量％ ;流體組合物的約0.7重量％-約10重量％ ;流體組合物的約0.8重量％-約9重量％ ;流體組合物的約0.9重量％-約8重量％ ;流體組合物的約I重量％_約7重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.2重量％ ;流體組合物的約0.4重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約0.6重量％ ;流體組合物的約0.8重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約12重量％ ；流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約16重量％ ;流體組合物的約18重量％ ;或流體組合物的約20重量％。
[0022]除金屬加工流體的以上兩種組分之外，本發(fā)明的組合物還可含有普遍用于很多金屬切削潤(rùn)滑劑流體的其它化合物。這些化合物和這些化合物的濃度在以下描述。
[0023]脂肪酸
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括脂肪酸。合適的脂肪酸可包括但不限于鏈長(zhǎng)為12-22個(gè)碳、作為單一脂肪酸類型或作為兩種或更多種脂肪酸的組合加入到配方的那些脂肪酸。
[0024]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括以下量的脂肪酸:流體組合物的約O重量％_約30重量％ ;流體組合物的約0.1重量％_約30重量％ ;流體組合物的約0.5重量％-約25重量％ ;流體組合物的約I重量％_約20重量％ ;流體組合物的約2重量％-約17重量％ ;流體組合物的約3重量％-約15重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約11重量％ ;流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約13重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約15重量％ ;流體組合物的約17重量％ ;流體組合物的約20重量％ ;流體組合物的約22重量％ ;流體組合物的約25重量％ ;流體組合物的約27重量％ ;或流體組合物的約30重量％。
[0025]胺
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括胺或胺化合物的混合物。合適的胺可包括但不限于下式的那些=R1 (R2)-N-R3,其中 R1 = H、CH3 或-CH2CH2OH, R2 = H、CH3-(CH2)n (其中 η = 0-22)、-CH2CH2OH 或環(huán)狀 C6H11,且 R3 = -(CH2CH2O)m-H (其中 m = 1-12)、CH3-(CH2)x0-(其中X= 0-8)或環(huán)狀C6Hn。這些胺包括乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、二環(huán)己基胺和二甘醇胺。
[0026]在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括以下量的胺或胺的混合物:流體組合物的約O重量％-約30重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約30重量％ ;流體組合物的約0.5重量％-約25重量％ ;流體組合物的約I重量％_約20重量％ ;流體組合物的約2重量％-約17重量％ ;流體組合物的約3重量％-約15重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約11重量％ ;流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約13重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約15重量％ ;流體組合物的約17重量％ ;流體組合物的約20重量％ ;流體組合物的約22重量％ ;流體組合物的約25重量％ ；流體組合物的約27重量％ ;或流體組合物的約30重量％。
[0027]胺-硼酸加合物
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括硼酸-胺加合物，其中所述硼酸胺加合物可由包括硼酸的胺鹽、硼酸-烷醇胺酯(包括環(huán)狀硼氧烷酯)以及多聚硼酸胺鹽的一種或多種結(jié)構(gòu)的混合物組成。合適的加合物可通過(guò)硼酸與單一胺或胺混合物反應(yīng)而制備，以化學(xué)計(jì)量量的胺組分或用輕微過(guò)量的胺組分反應(yīng)，所述胺選自但不限于單乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、二環(huán)己基胺和二甘醇胺。
[0028]在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括以下量的胺硼酸加合物:流體組合物的約0.1重量％_約30重量％ ;流體組合物的約I重量％_約25重量％ ;流體組合物的約2重量％-約20重量％ ;流體組合物的約3重量％-約17重量％ ;流體組合物的約5重量％-約
15重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約11重量％ ；流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約13重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約15重量％ ;流體組合物的約17重量％ ;流體組合物的約20重量％ ;流體組合物的約22重量％ ;流體組合物的約25重量％ ;流體組合物的約27重量％ ;或流體組合物的約30重量％。
[0029]二羧酸的胺鹽
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括短鏈二羧酸的胺鹽。合適的短鏈二羧酸的胺鹽包括但不限于其中胺二酸酸式鹽由單一胺或胺混合物與短鏈二羧酸反應(yīng)組成的那些胺鹽，所述胺選自單乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、二環(huán)己基胺和二甘醇胺，所述短鏈二羧酸選自含有4-12個(gè)碳原子的那些二羧酸。
[0030]在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，流體組合物包括一種或多種短鏈二羧酸胺鹽，其量為:流體組合物的約0.1重量％-約20重量％ ;流體組合物的約0.5重量％-約15重量％ ；流體組合物的約I重量％_約10重量％ ;流體組合物的約1.5重量％-約9重量％ ;流體組合物的約2重量％-約8重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ；流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約1.5重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約16重量％ ;流體組合物的約18重量％ ;或流體組合物的約20重量％。
[0031]礦物油
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括礦物油。合適的礦物油可以是純的或礦物油(例如環(huán)烷烴油和鏈烷烴油)的混合物。在一些實(shí)施方案中，合適的礦物油或礦物油共混物可具有以下最終粘度:40攝氏度下約5cSt-約35cSt ;40攝氏度下約1cSt-約30cSt ；
40攝氏度下約15cSt-約25cSt ;40攝氏度下約5cSt ;40攝氏度下約1cSt ;40攝氏度下約15cSt ；40攝氏度下約20cSt ；40攝氏度下約25cSt ；40攝氏度下約30cSt ;或40攝氏度下約 35cSt ；
在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括以下量的礦物油或礦物油共混物:流體組合物的約O重量％-約75重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約75重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約70重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約65重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約60重量％ ;流體組合物的約0.1重量％-約55重量％ ;流體組合物的約I重量％-約50重量％ ;流體組合物的約2重量％-約45重量％ ;流體組合物的約5重量％-約40重量％ ;流體組合物的約10重量％_約35重量％ ;流體組合物的約15重量％-約30重量％ ；流體組合物的約20重量％-約25重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約15重量％ ;流體組合物的約20重量％ ;流體組合物的約25重量％ ;或流體組合物的約30重量％ ;流體組合物的約35重量％ ;流體組合物的約40重量％ ;流體組合物的約45重量％ ;流體組合物的約50重量％ ;流體組合物的約55重量％ ;流體組合物的約60重量％ ;流體組合物的約65重量％ ;流體組合物的約70重量％ ;或流體組合物的約75重量％。
[0032]乳化劑
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括一種或多種乳化劑。合適的乳化劑可包括但不限于非離子和陰離子乳化劑的混合物，其選自本領(lǐng)域公知且通常用于水基金屬加工流體的那些乳化劑。在一些實(shí)施方案中，合適的乳化劑包括烷基芳基、烷基和芳基磺酸的堿金屬鹽；長(zhǎng)度為C12-C22的烷氧基化長(zhǎng)鏈醇；聚氧乙烯/聚氧丙烯共聚物；和乙氧基化烷基苯酚。
[0033]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物包括一種或多種乳化劑，其量為:流體組合物的約0.1重量％-約20重量％ ;流體組合物的約0.5重量％-約18重量％ ;流體組合物的約I重量％_約16重量％ ;流體組合物的約2重量％-約14重量％ ;流體組合物的約2重量％-約12重量％ ;流體組合物的約3重量％-約11重量％ ;流體組合物的約4重量％-約10重量％ ;流體組合物的約0.1重量％ ;流體組合物的約0.5重量％ ;流體組合物的約I重量％ ;流體組合物的約2重量％ ;流體組合物的約3重量％ ;流體組合物的約4重量％ ;流體組合物的約5重量％ ;流體組合物的約6重量％ ;流體組合物的約7重量％ ;流體組合物的約8重量％ ;流體組合物的約9重量％ ;流體組合物的約10重量％ ;流體組合物的約11重量％ ；流體組合物的約12重量％ ;流體組合物的約13重量％ ;流體組合物的約14重量％ ;流體組合物的約15重量％ ;流體組合物的約16重量％ ;流體組合物的約17重量％ ;流體組合物的約18重量％ ;流體組合物的約19重量％ ;或流體組合物的約20重量％。
[0034]組合物
根據(jù)本發(fā)明描述而且適用于鐵(致密石墨鑄鐵)加工的金屬加工流體組合物由以下組成:
a)約5重量％_約40重量％的潤(rùn)滑劑酯或潤(rùn)滑劑酯組合，其選自合成多元醇脂肪酸酯，例如三羥甲基丙烷三油酸酯、季戊四醇四(十二碳酸酯)、新戊二醇二油酸酯和油酸異丙酯，以及通過(guò)以下產(chǎn)生的那些:多元醇與氧化乙烯和/或氧化丙烯初始反應(yīng)，隨后是后續(xù)酯化，以得到聚氧烷基化的多元醇酯。還有通過(guò)羥基-官能化脂肪酸(例如蓖麻油酸)的縮合以得到低聚和聚合的酯而產(chǎn)生的那些酯。
[0035]b)約I重量％_約10重量％的含硫化合物，其選自二分支烷基多硫化物、硫化α-烯烴和復(fù)合硫化脂肪酸及脂肪酸酯；
c)約O重量％-約12重量％的脂肪酸，其選自鏈長(zhǎng)為12-22個(gè)碳的那些脂肪酸，可作為單一脂肪酸或作為兩種或更多種脂肪酸的組合加入到流體。
[0036]d)約3重量％-約15重量％的胺或胺化合物的混合物，其選自但不限于下式的那些:? (R2)-N-R3,其中 R1 = H、CH3 或 CH2CH2OH, R2 = H、CH3-(CH2)n(其中 η = 0-22)、-CH2CH2OH或環(huán)狀(^!^，且 R3 = -(CH2CH2O)m-H (其中 m = 1-12)、CH3-(CH2)xO-(其中 X= 0-8)或環(huán)狀C6Hno這些胺包括乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、二環(huán)己基胺和二甘醇胺。
[0037]e)約O重量％_約15重量％的硼酸-胺加合物，其中硼酸胺加合物可由包括硼酸的胺鹽、硼酸-烷醇胺酯(包括環(huán)狀硼氧烷酯)以及多聚硼酸胺鹽的一種或多種結(jié)構(gòu)的混合物組成。
[0038]e)約O重量％_約40重量％的基于鏈燒烴或環(huán)燒烴的礦物油，具有約4cSt_約28cSt的環(huán)境溫度粘度。
[0039]這些流體組合物當(dāng)以約2重量％_約15重量％的量于水中共混并用于鐵(例如致密石墨鑄鐵)加工時(shí)，產(chǎn)生工具磨損速率的顯著降低，這與加工零件品質(zhì)的顯著提高同時(shí)發(fā)生。
[0040]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可用于改進(jìn)的鐵(例如致密石墨鑄鐵)加工的流體包括:
a)約5重量％-約15重量％的潤(rùn)滑劑酯或潤(rùn)滑劑酯組合，其選自2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-丙醇、1，1，1，三(羥甲基)丙烷、2-羥基-1，3-丙二醇、2，2-雙(羥甲基)_1，3_丙二醇和1，2，3-丙三醇的C18脂肪酸酯；
b)約2重量％-約5重量％的選自根據(jù)式I那些的二烷基多硫化物，其中R1= CH3, R2=CH3, η = 8-10 且 m = 3-5 ;
c)約6重量％-約12重量％脂肪酸，其選自含有16-22個(gè)碳的飽和及不飽和鏈的那些脂肪酸。
[0041 ] d)約3重量％_約10重量％的胺化合物混合物，例如式2描述的那些:
式 2: R1 (R2) -N-R
其中 R1 = H 或-CH2CH2OH, R2 = H 或-CH2CH2OH 或環(huán)狀 C6H11,且 R3 =或-CH2CH2OH 或環(huán)狀 C6H11 ；
e)約10重量％-約14重量％的根據(jù)式3所示結(jié)構(gòu)的胺-硼酸加合物:
式 3: B((THN+(CH2CH2OH)丄
其中n = m = 3 ;
f)約30重量％-約40重量％的基于環(huán)烷烴的礦物油，在40攝氏度下具有約15cSt-約30cSt的環(huán)境壓力粘度；和
g)約4重量％-約10重量％的非離子和陰離子乳化劑的混合物，其選自本領(lǐng)域公知且通常用于水基金屬加工流體的那些乳化劑。
[0042]這些流體組合物當(dāng)以約3重量％_約15重量％的量于水中共混并用于鐵(例如致密石墨鑄鐵)的加工時(shí)，產(chǎn)生工具磨損速率的顯著降低，這與加工零件品質(zhì)的顯著提高同時(shí)發(fā)生。如下所述的加工試驗(yàn)的結(jié)果顯示用這些組合物在鐵(例如致密石墨鑄鐵)的加工中實(shí)現(xiàn)的效用和進(jìn)步。
[0043]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物可與水共混以制備稀釋物。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體組合物可在水中按以下量共混:稀釋物的約I重量％_約50重量％ ；稀釋物的約2重量％-約25重量％ ;稀釋物的約3重量％-約20重量％ ;稀釋物的約3重量％-約17重量％ ;稀釋物的約4重量％-約15重量％ ;稀釋物的約I重量％ ;稀釋物的約2重量％ ;稀釋物的約3重量％ ;稀釋物的約4重量％ ;稀釋物的約5重量％ ;稀釋物的約6重量％ ;稀釋物的約7重量％ ;稀釋物的約8重量％ ;稀釋物的約9重量％ ;稀釋物的約10重量％ ;稀釋物的約11重量％ ;稀釋物的約12重量％ ;稀釋物的約13重量％ ;稀釋物的約14重量％ ;稀釋物的約15重量％ ;稀釋物的約17重量％ ;稀釋物的約20重量％ ;稀釋物的約25重量％ ;或稀釋物的約30重量％。
[0044]在一些實(shí)施方案中，與常規(guī)流體相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在加工鐵例如致密石墨鑄鐵期間使用流體組合物導(dǎo)致工具磨損降低約5%-約95% ;約10%-約90% ;約15%-約85% ;約 20%-約 80% ;約 25%-約 75% ;約 30%-約 70% ;約 35%-約 65% ;約 40%-約 60% ;約 5% ；約 10% ;約 15% ;約 20% ;約 25% ;約 30% ;約 35% ;約 40% ;約 45% ;約 50% ;約 55% ;約 60% ;約65% ;約 70% ;約 75% ;約 80% ;約 85% ;約 90% ;或約 95%。
實(shí)施例
[0045]為評(píng)定根據(jù)本發(fā)明描述的優(yōu)選組合物的性能，進(jìn)行450級(jí)致密石墨鑄鐵的鉆孔。鉆孔為在工件金屬中產(chǎn)生孔的過(guò)程，且在其中，去除較大量的金屬，這通常需要較大的切削力并在過(guò)程中產(chǎn)生更嚴(yán)苛的機(jī)械和熱條件。流體性能評(píng)定通過(guò)測(cè)量在鉆孔操作期間發(fā)生的切削力和工具磨損來(lái)進(jìn)行。
[0046]實(shí)施例1
本實(shí)施例中，相對(duì)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案描述的流體，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)鐵加工流體。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案制備可用于改進(jìn)的致密石墨鑄鐵加工的流體A，其具有:
a)約5重量％_約10重量％的酯潤(rùn)滑劑；
b)約3重量％_約7重量％的硫添加劑；
c)8重量％-約16重量％的礦物油；和
d)余量，具有胺、硼酸、脂肪酸和乳化劑。
[0048]流體A在8%的濃度下測(cè)試。加工條件如下:
【權(quán)利要求】
1.一種鐵加工組合物，其包含 (a)水； (b)含硫潤(rùn)滑劑添加劑；和 (C)任選含有潤(rùn)滑劑酯，其量為所述鐵加工組合物的約O重量％_約50重量％。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯占所述鐵加工組合物的約0.05重量％-約50重量％。
3.權(quán)利要求1的組合物，其 中所述潤(rùn)滑劑酯包含選自以下的多元醇酯:2，2_二甲基-1，3-丙二醇、2-丙醇、1，1，1，三(羥甲基)丙烷、2-羥基-1，3-丙二醇、2，2-雙(羥甲基)_1，3-丙二醇和1，2, 3-丙二醇的C12-C18脂肪酸酯。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯包含基于甘油的酯。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯包含C12-C18飽和及不飽和脂肪酸的甘油酯。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述酯衍生自植物油和動(dòng)物脂肪。
7.權(quán)利要求5的組合物，其中所述酯通過(guò)脂肪酸與甘油的反應(yīng)合成產(chǎn)生。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯包含如下產(chǎn)生的多元醇酯:多元醇與氧化乙烯和/或氧化丙烯初始反應(yīng)，然后是后續(xù)酯化，以產(chǎn)生聚氧烷基化的多元醇酯。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯包含由羥基-官能化脂肪酸如蓖麻油酸的縮合產(chǎn)生的低聚或聚合酯。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯包含2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-丙醇、I, I, I, 二(輕甲基)丙烷、2-羥基-1，3-丙二醇、2，2-雙(輕甲基)-1，3-丙二醇、1，2, 3-丙三醇的C18脂肪酸酯，或它們的組合。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑酯存在的量小于所述鐵加工組合物的約50重量％。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中所述含硫潤(rùn)滑劑添加劑選自硫化α-烯烴、二分支烷基三硫化物和多硫化物、含硫羧酸、復(fù)合硫化酯和/或二烷基多硫化物。
13.權(quán)利要求1的組合物，其中所述含硫潤(rùn)滑劑添加劑包含選自具有下式的二烷基多硫化物:
CH3-C(R1) (R2)-(CH2) n-)x-Sm
其中 R1 = H 或 CH3, R2 = H 或 CH3, η = 8-20, x = 1-2,且 m = 2-7。
14.權(quán)利要求1的組合物，其中所述含硫潤(rùn)滑劑添加劑存在的量為約0.5重量％-約7重量％。
15.權(quán)利要求1的組合物，該組合物還包含脂肪酸，所述脂肪酸選自含有12-22個(gè)碳的飽和及不飽和鏈的那些脂肪酸，其量為約O重量％-約12重量％。
16.權(quán)利要求1的組合物，其還包含約3重量％-約15重量％的下式胺化合物的混合物=R1 (R2)-N-R,其中 R1 = H、CH3 或-CH2CH2OH, R2 = H、CH3-(CH2)n(其中 η = 0-22)'-CH2CH2OH或環(huán)狀(^!^，且 R3 = -(CH2CH2O)m-H (其中 m = 1-12)、CH3-(CH2)xO-(其中 X= 0-8)或環(huán)狀C6Hno
17.權(quán)利要求16的組合物，其中所述胺包含乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、二環(huán)己基胺、二甘醇胺或它們的組合。
18.權(quán)利要求1的組合物，其還包含約O重量％-約15重量％的胺-硼酸，所述胺-硼酸包含烷醇胺硼酸酯、胺多聚硼酸鹽、硼酸的胺鹽以及它們的組合。
19.權(quán)利要求1的組合物，其還包含約O重量％-約40重量％的礦物油，所述礦物油包含鏈烷烴油、環(huán)烷烴油或它們的混合物，在40攝氏度下具有約15cSt-約30cSt的環(huán)境壓力粘度。
20.權(quán)利要求1的組合物，其還包含約4重量％-約10重量％的非離子乳化劑和陰離子乳化劑的混合物。
21.—種加工鐵的方法，其包含在加工期間將權(quán)利要求1的流體組合物施用至所述鐵。
22.—種加 工鐵的方法，其包含在加工期間將權(quán)利要求1的流體組合物以水稀釋物的形式施用至所述鐵。
23.權(quán)利要求22的方法，其中，在用于鐵加工前，將權(quán)利要求1的流體組合物稀釋于水中，達(dá)到2重量％-50重量％的濃度。
24.權(quán)利要求22的方法，其中，在用于鐵加工前，將權(quán)利要求1的流體組合物稀釋于水中，達(dá)到2重量％-15重量％的濃度。
25.—種在鐵加工期間減少工具磨損的方法，其包含在加工期間將權(quán)利要求1的流體組合物施用至所述鐵。
26.權(quán)利要求25的方法，其中在鐵加工期間降低的工具磨損通過(guò)使用在水中稀釋至2重量％-50重量％濃度的所述流體組合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。
27.權(quán)利要求25的方法，其中在鐵加工期間降低的工具磨損通過(guò)使用在水中稀釋至2重量％-15重量％濃度的所述流體組合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。
28.權(quán)利要求25的方法，其中與常規(guī)潤(rùn)滑劑流體相比，所述工具磨損減少約5%-約90%。
29.權(quán)利要求21的方法，其中所述鐵包含致密石墨鑄鐵。
【文檔編號(hào)】C10M105/38GK104185675SQ201280069244
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月9日
【發(fā)明者】羅伯特·D·埃文斯, 鐘寬, 史蒂文·R·托馬斯 申請(qǐng)人:羅伯特·D·埃文斯, 鐘寬, 史蒂文·R·托馬斯