專利名稱：一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水基合成金屬切削液及其制備方法，特別是涉及一種以石墨烯分散液作潤滑添加劑的高潤滑性、高抗磨性的水基合成金屬切削液，即含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液及其制備方法，屬于金屬切削加工潤滑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在機械加工領(lǐng)域中都知道，切削液在金屬切削加工中是必不可少的，由于機械加工業(yè)的快速發(fā)展，大量的新工藝、新材料的加工都需要新型的高性能切削液。但是隨著世界范圍內(nèi)對能源的節(jié)約、環(huán)境的保護的重視，由于傳統(tǒng)的油基切削液存在生物降解性差、污染環(huán)境等的缺點，切削液的研制已向低公害或無公害的水基切削液發(fā)展。合成水基切削液不含礦物油，以多種化合物添加劑和水配制而成，具有優(yōu)異的冷卻性、穩(wěn)定性和清洗性，成為了水基切削液研究發(fā)展的一個重要方向。但是，由于合成型水基切削液主體為水，而水的粘度低、承載能力低、成膜性差，摩擦常處于邊界潤滑狀態(tài)，因而造成摩擦磨損嚴重，在現(xiàn)有的實際使用中為提高合成型水基切削液的潤滑性能，必須加入潤滑劑。當前，用于水基切削液的潤滑添加劑主要為一些含S、P、Cl等元素的有機化合物，它們雖有一定的良好作用，但會嚴重污染外界環(huán)境和工作環(huán)境。隨著人們對工作、生活環(huán)境要求的提高，這些添加劑的使用必將受到越來越嚴格的控制。因此，使用環(huán)境友好的潤滑添加劑發(fā)展新型合成水基切削液的配方具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。石墨烯是一種無毒害物質(zhì)，而且石墨烯由于其獨特的結(jié)構(gòu)和非凡的特性在理論研究和實際應用研究上一直都是關(guān)注的焦點。最近的研究表明，當石墨烯薄片被引入復合材料并均勻在分布整個材料中時有非凡的電子輸運性質(zhì)。石墨烯由于其基本電子屬性和半金屬性質(zhì)也被用于制造一些簡單的電子設(shè)備，如場效應晶體管和諧振器。此外，石墨烯在有機光伏電池、儲能材料等方面的應用是一種很有前途的備選材料。然而，很少有研·究石墨烯摩擦學應用的報告，Peterson等指出有效的固體潤滑劑通常有一些基本屬性，如熱穩(wěn)定、低剪切強度、表面粘附和特定的層狀結(jié)構(gòu)。一些研究人員報道稱，石墨和一些石墨衍生品和其他潤滑材料一樣都有非常理想的屬性。Filleter等探索石墨烯膜外延的摩擦學和耗散特性，發(fā)現(xiàn)由于減少了粘附力雙分子層石墨烯作為一個潤滑劑優(yōu)于石墨°Graphene Colloidal Suspensions as High Performance Sem1-SyntheticMetal-Working Fluids中使用氧化石墨烯作為微乳液水基切削液添加劑在冷卻性、潤滑性、抗磨性、負載力方面都有很大的提升，但由于系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠完善未能推廣擴大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種以石墨烯分散液為潤滑添加劑的水基合成金屬切削液即一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液。本發(fā)明的目的之二在于提供上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法。
本發(fā)明的目的之三在于提供上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液中所用的石墨烯分散液及其制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案
一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:[wl]
減磨防腐劑10-20%
pH 穩(wěn)定劑2.0-3.5%
潤滑性添加劑0.5-1.5%
防銹劑0.5-1.0%
緩蝕劑0.2-0.5%
抗硬水劑0.05-0.15%
pH 調(diào)節(jié)劑3.0-8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺、三異丙醇胺、二異丙醇胺及單異丙醇胺中的一種或兩種以上組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸及羥乙二胺四乙酸中的一種或兩種以上組成的混合物；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量如下: 殼聚糖18%
石墨稀0.08%
0P-10烷基酚聚氧乙烯醚1.8%
冰醋酸8%
去離子水72.12%。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法，具體包括如下步驟:
①、殼聚糖酸性溶液的制備
將殼聚糖溶于去離子水中，加入冰醋酸，得殼聚糖酸性溶液；
②、石墨烯分散液的制備
將石墨烯、op- ο烷基酚聚氧乙烯醚加入到步驟①中的殼聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高轉(zhuǎn)速下機械攪拌30min,然后在超聲波處理器上進行超聲分散20_30min，即得潤滑性添加劑石墨烯分散液。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量優(yōu)選如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%潤滑性添加劑0.5-1.5%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1%
pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，具體包括如下步驟:
(I )、將去離子水、減磨防腐劑、PH穩(wěn)定劑在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合溶液；
(2)、將緩蝕劑、抗硬水劑、防銹劑、pH調(diào)節(jié)劑在常溫常壓下攪拌混合后加入到步驟(I)得到的混合溶液中，攪拌均勻即得到水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液；
(3)、將潤滑性添加劑石墨烯分散液在常溫常壓下添加到步驟(2)所得的水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液中后進行混合均勻，即得含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，由于所用的石墨烯分散液是將石墨烯進行了原位修飾后而制備的，所得的石墨烯分散液在水溶液中不會產(chǎn)生聚沉，因此用石墨烯分散液為潤滑性添加劑最終得到的含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液其穩(wěn)定性好，即從根本上解決了石墨烯作為潤滑性添加劑所得的水基合成金屬切削液不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，由于潤滑性添加劑石墨烯分散液的引入，極大的提高了水基合成金屬切削液的潤滑性能和抗磨性。進一步，本發(fā)明的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，由于所采用的各種原料均為環(huán)保材料，使用時不會對使用者身體健康造成損害，而且對環(huán)境污染少，屬于綠色環(huán)保的水基合成金屬切削液。進一步，本發(fā)明的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，由于以水為載體，不含基油，因此生產(chǎn)過程中耗能少，生產(chǎn)成本低。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的描述，但本發(fā)明并不限于下述實施例。實施例1一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%
潤滑性添加劑0.5%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1%
pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺 、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量如下: 殼聚糖18%
石墨稀0.08%
0P-10烷基酚聚氧乙烯醚1.8%
冰醋酸8%
去離子水72.12%。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法，具體包括如下步驟:
①、殼聚糖酸性溶液的制備
將殼聚糖溶于去離子水中，加入冰醋酸調(diào)節(jié)PH，得殼聚糖酸性溶液；
②、石墨烯分散液的制備
將石墨烯、op-10烷基酚聚氧乙烯醚加入到步驟①中的殼聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高轉(zhuǎn)速下機械攪拌30min,然后在超聲波處理器上進行超聲分散20min,即得潤滑性添加劑石墨烯分散液。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，具體包括如下步驟:
(I )、將去離子水、減磨防腐劑、PH穩(wěn)定劑在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合溶液；
(2)、將緩蝕劑、抗硬水劑、防銹劑、pH調(diào)節(jié)劑在常溫常壓下攪拌混合后加入到步驟(I)得到的混合溶液中，得到水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液；
(3)、將潤滑性添加劑石墨烯分散液在常溫常壓下添加到步驟(2)所得的水基合成切削液的基礎(chǔ)液中后進行混合均勻，即得含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液。實施例2一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%
潤滑性添加劑0.8%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1%
pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量同實施例1o上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法同實施例1。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，同實施例1。實施例3
一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%
潤滑性添加劑1.0%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1%
pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；所述的pH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量同實施例1o上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法同實施例1。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，同實施例1。實施例4
一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%
潤滑性添加劑1.5%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1% pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；
所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量同實施例1o上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法同實施例1。上述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，同實施例1。對照實施例
一種不含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如下:
減磨防腐劑15%
pH穩(wěn)定劑1.5%
防銹劑0.5%
緩蝕劑0.3%
抗硬水劑0.1%
pH調(diào)節(jié)劑8.0%
余量為去離子水；所述的減磨防腐劑為聚乙二醇；
所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為
1.2:1.3組成的混合物；
所述的防銹劑為硼化二乙醇胺；
所述的緩蝕劑為苯并三氮唑；
所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸；
所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸；
所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。上述的一種不含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，同實施例1，只是制備過程中不添加潤滑性添加劑石墨烯分散液。參考美國材料試驗協(xié)會ASTMD5706方法對上述實施例1_4所得的含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液及對照實施例所得的不含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的負載能力進行測試，測試條件為:振幅1mm、頻率20Hz、溫度25°C、每級加載100N，每級持續(xù)時間2min，直到發(fā)生卡咬為止，以發(fā)生卡咬的載荷表示潤滑劑承載能力；
采用德國OPtimol油脂公司生產(chǎn)的SRV.W微動摩擦磨損試驗機對上述實施例1_4所得的含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液及對照實施例所得的不含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的磨損體積和摩擦系數(shù)進行測試。測試所用上試球為SAE52100鋼球(59-61HRC)，下試盤為SAE52-00鋼盤。在如下條件下進行試驗:振幅1mm、頻率20Hz、溫度25°C、載荷100N、時間lOmin，完成后以鋼盤表面磨損體積表示水基合成金屬切削液的抗磨性能。以測試過程中的平均摩擦系數(shù)表示水基合成金屬切削液的潤滑性。上述的負載力、磨損體積、摩擦系數(shù)測試結(jié)果如下表所示:_
權(quán)利要求
1.一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，其特征在于按重量百分比計算，其原料組成及含量如下: 減磨防腐劑10-20% pH 穩(wěn)定劑2.0-3.5% 潤滑性添加劑0.5-1.5% 防銹劑0.5-1.0% 緩蝕劑0.2-0.5% 抗硬水劑0.05-0.15% pH 調(diào)節(jié)劑3.0-8.0% 余量為去離子水； 所述的減磨防腐劑為聚乙二醇； 所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺、三異丙醇胺、二異丙醇胺及單異丙醇胺中的一種或兩種以上組成的混合物； 所述的防銹劑為硼化二乙醇胺； 所述的緩蝕劑為苯并三氮唑； 所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸及羥乙二胺四乙酸中的一種或兩種 以上組成的混合物； 所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸； 所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液，按重量百分比計算，其組成及含量如下:殼聚糖18% 石墨稀0.08% 烷基酚聚氧乙烯醚OP-101.8%冰醋酸8% 去離子水72.12% ； 上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法，具體包括如下步驟: ①、殼聚糖酸性溶液的制備 將殼聚糖溶于去離子水中，加入冰醋酸，得殼聚糖酸性溶液； ②、石墨烯分散液的制備 將石墨烯、烷基酚聚氧乙烯醚op-10加入到步驟①中的殼聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高轉(zhuǎn)速下機械攪拌30min,然后超聲分散20_30min，即得潤滑性添加劑石墨烯分散液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液，其特征在于按重量百分比計算，其原料組成及含量如下: 減磨防腐劑15% pH穩(wěn)定劑1.5% 潤滑性添加劑0.5-1.5% 防銹劑0.5% 緩蝕劑0.3% 抗硬水劑0.1%pH調(diào)節(jié)劑8.0% 余量為去離子水； 所述的減磨防腐劑為聚乙二醇； 所述的PH穩(wěn)定劑為三乙醇胺、二異丙醇胺按質(zhì)量比計算，三乙醇胺:二異丙醇胺為`1.2:1.3組成的混合物； 所述的防銹劑為硼化二乙醇胺； 所述的緩蝕劑為苯并三氮唑； 所述的抗硬水劑為乙二胺四乙酸； 所述的PH調(diào)節(jié)劑為冰醋酸； 所述潤滑性添加劑為石墨烯分散液。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液的制備方法，具體包括如下步驟: (I )、將去離子水、減磨防腐劑、PH穩(wěn)定劑在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合溶液； (2)、將緩蝕劑、抗硬水劑、防銹劑、pH調(diào)節(jié)劑在常溫常壓下攪拌混合后加入到步驟(I)得到的混合溶液中，攪拌均勻即得到水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液； (3)、將潤滑性添加劑石墨烯分散液在常溫常壓下添加到步驟(2)所得的水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液中后進行混合`均勻，即得含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液中所用的潤滑性添加劑石墨烯分散液，其特征在于按重量百分比計算，其組成及含量如下:殼聚糖18% 石墨稀0.08% 烷基酚聚氧乙烯醚OP-101.8%冰醋酸8% 去離子水72.12% ； 上述的潤滑性添加劑石墨烯分散液的制備方法，具體包括如下步驟: ①、殼聚糖酸性溶液的制備 將殼聚糖溶于去離子水中，加入冰醋酸調(diào)節(jié)PH，得殼聚糖酸性溶液； ②、石墨烯分散液的制備 將石墨烯、烷基酚聚氧乙烯醚op-10加入到步驟①中的殼聚糖酸性溶液中，在18000r/min的高轉(zhuǎn)速下機械攪拌30min,然后超聲分散20_30min，即得潤滑性添加劑石墨烯分散液。
全文摘要
本發(fā)明公開一種含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液及制備方法，所述含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液由減磨防腐劑、pH穩(wěn)定劑、潤滑性添加劑石墨烯分散液、防銹劑、緩蝕劑、抗硬水劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水組成。其制備方法即首先將去離子水、減磨防腐劑、pH穩(wěn)定劑在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合溶液;然后將緩蝕劑、抗硬水劑、防銹劑、pH調(diào)節(jié)劑在常溫常壓下攪拌混合加入到上述的混合溶液中，繼續(xù)攪拌均勻即得到水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液;最后將潤滑性添加劑石墨烯分散液在常溫常壓下添加到所得的水基合成金屬切削液的基礎(chǔ)液中后進行混合均勻，即得穩(wěn)定性、潤滑性能、抗磨性和環(huán)保性均好的含石墨烯分散液的水基合成金屬切削液。
文檔編號C10M125/02GK103242948SQ20131016771
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者韓生, 張玉坤, 王琳, 郁平, 孫揭陽, 高峰, ?？? 朱賢, 王愛民 申請人:上海應用技術(shù)學院