本發明屬于金屬加工領域，涉及一種金屬加工液及其制備方法和應用。
背景技術：
經過多年的改革開放，我國的汽車工業得到快速發展，形成了較為完整的生產布局。其中作為汽車關鍵部件的發動機，其研發和生產技術也日趨成熟，具備了相當的規模。發動機是汽車的心臟，結構精密復雜，對加工精度要求極高。按主體結構大致可分為缸體、缸蓋、曲軸、連桿、活塞、凸輪軸等部件。其中缸體和缸蓋均為多孔薄壁的箱體結構，其中加工難度較大的有缸蓋進、排氣門座圈錐面與導管孔的加工，挺柱孔加工，凸輪軸孔加工等，而加工精度直接影響到發動機的裝配精度和工作性能。切削液對工件的加工質量有非常大的影響。近幾年，隨著國外先進設備的引進，大大提高生產效率和加工精度的同時，對切削液也提出了更高的要求。在發動機零部件加工過程中，切削液邊界潤滑性能是改善刀具磨損和控制表面質量的重要指標。切削液優異的邊界潤滑性，以及其強效的化學附著力可在工件和刀具間產生承壓油膜，減少磨料磨損，吸收切削熱，并使得切屑迅速脫離刀具前刀面，避免切削刃產生積屑瘤和粘結磨損。
為了達到加工精度的要求，目前發動機加工用到的切削液基本都維持8-10％的高濃度甚至更高濃度來保證所需的潤滑性能。但高濃度意味著更多的切削液消耗，不僅提高了切削液的綜合使用成本，而且日后的廢液處理量和難度也加大。有些發動機加工現場也嘗試降低了切削液的使用濃度，但結果要么是零部件的加工精度達不到要求，要么刀具使用壽命下降，甚至斷刀。同時因濃度下降切削液也容易突發生菌問題，需要添加大量額外的殺菌劑來維護，增加了維護成本。
技術實現要素：
為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種金屬加工液，所述加工液在低濃度下就具有優異的潤滑性能，能夠更好的保護新生加工面和刀具表面，防止積屑瘤的產生和磨損，同時所述加工液在低濃度下還具有優異的抗菌性能以及生物穩定性高，未使用氯、磷、硫等常見的極壓潤滑劑來提高潤滑，對環境及操作人員危害小。
為達到上述效果，本發明采用以下技術方案：
本發明目的之一在于提供一種金屬加工液，所述金屬加工液的組分包括基礎油、合成酯、有機酸、有機胺、特殊潤滑劑、助劑和水。
作為本發明優選的技術方案，按照質量百分比計所述金屬加工液的組分包括：
其中，基礎油的質量百分比可以是35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％等，合成酯的質量百分比可以是8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，有機酸的質量百分比可以是5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等，有機胺的質量百分比可以是8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，特殊潤滑劑的質量百分比可以是3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％等，助劑的質量百分比可以是4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％或9％等，但并不僅限于所列舉的數值，上述各數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明優選的技術方案，所述基礎油為異構十六烷烴。
優選地，所述合成酯為苯甲酸-2-乙基己酯和/或三羥甲基丙烷三癸酸酯。
作為本發明優選的技術方案，所述有機酸包括二聚蓖麻油酸、妥兒油酸、異構硬脂酸、月桂二酸、葡萄糖酸或新癸酸中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：二聚蓖麻油酸或妥兒油酸的組合、妥兒油酸和異構硬脂酸的組合、異構硬脂酸和月桂二酸的組合、月桂二酸和葡萄糖酸的組合、葡萄糖酸和新癸酸的組合或二聚蓖麻油酸、妥兒油酸和異構硬脂酸的組合等。
優選地，所述有機胺包括二異丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺或六亞甲基四胺中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：二異丙醇胺和2-氨基-2-甲基丙醇的組合、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的組合、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的組合、n,n-二乙基苯胺和六亞甲基四胺的組合、六亞甲基四胺和二異丙醇胺的組合或二異丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的組合等。
優選地，所述特殊潤滑劑為苯并三氮唑衍生物。
作為本發明優選的技術方案，所述助劑包括乳化劑、偶合劑、殺菌劑以及消泡劑。
作為本發明優選的技術方案，所述乳化劑包括醇醚羧酸、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚或聚異丁烯馬來酸酐中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：醇醚羧酸和脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的組合、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚異丁烯馬來酸酐的組合、聚異丁烯馬來酸酐和醇醚羧酸的組合或醇醚羧酸、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚異丁烯馬來酸酐的組合等。
優選地，所述乳化劑的質量百分比為1～2％，如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述偶合劑為三乙二醇丁機醚。
優選地，所述偶合劑的質量百分比為2～5％，如2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明優選的技術方案，所述殺菌劑為2-丁基-1,2-苯并異噻唑啉-3-酮和2-溴基-2-硝基-1,3丙烷二醇的混合物。
優選地，所述殺菌劑的質量百分比為1～2％，如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述消泡劑為二甲基硅油。
優選地，所述消泡劑的質量百分比為0.05～0.1％，如0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發明選用低粘度的異構烷烴以及特殊的合成酯，相對于常用的礦物油及合成酯，能夠更快的在表面活性劑的幫助下進入到新鮮生成的加工面，同時又具有極佳的油膜強度。同時選用苯并三氮唑類衍生物，苯并三氮唑類衍生物能夠強力吸附在金屬表面，在達到規定的使用量時，搭配之前選用的異構烷烴和合成酯，三者協同作用極大的提升了金屬加工液的潤滑性能，能夠更好的保護新生加工面和刀具表面，防止積屑瘤的產生和磨損。為了解決低濃度條件下易生菌的問題，本發明選用兩種高效且持久性良好的殺菌劑，并搭配具有抑菌作用的特殊結構的有機胺，使得本發明產品即使在低濃度下依然能保持良好的生物穩定性。
本發明目的之二在于提供一種上述金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將基礎油、合成酯、有機酸、有機胺以及乳化劑在攪拌下混合，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與水、特殊潤滑劑、偶合劑以及殺菌劑在攪拌下混合，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與消泡劑在攪拌下混合，得到金屬加工液。
作為本發明優選的技術方案，步驟(1)所述攪拌的攪拌速度為400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(1)所述攪拌的時間為20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(1)所述攪拌的溫度為25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述攪拌的攪拌速度為400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述攪拌的時間為20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述攪拌的溫度為25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述攪拌的攪拌速度為400～800rpm，如400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm、650rpm、700rpm、750rpm或800rpm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述攪拌的時間為20～40min，如20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述攪拌的溫度為25～40℃，如25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發明目的之三在于提供一種上述金屬加工液的用途，所述金屬加工液用于加工汽車發動機部件。
與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
(1)本發明提供一種金屬加工液，所述金屬加工液在4～5％濃度下就具有優異的潤滑性能，而現有技術中發動機加工常規切削液濃度要求在8-10％，有時甚至更高；
(2)本發明提供一種金屬加工液，所述金屬加工液在低濃度下具有優異的抗菌性能和生物穩定性；
(3)本發明提供一種金屬加工液，所述金屬加工液未使用氯、磷、硫等常見的極壓潤滑劑來提高潤滑，對環境及操作人員危害小；
(4)本發明提供一種金屬加工液的制備方法，所述制備方法工藝簡單，適用于工業化生產。
具體實施方式
為便于理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
實施例1
一種金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將35g異構十六烷烴、15g苯甲酸-2-乙基己酯、5g有機酸、8g有機胺以及2g醇醚羧酸在30℃下在600rpm攪拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與26.95g水、3g苯并三氮唑衍生物、3g三乙二醇丁機醚以及2g殺菌劑在600rpm攪拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與0.05g二甲基硅油在600rpm攪拌下混合30min，得到金屬加工液。
其中，所述有機酸為蓖麻油酸、妥兒油酸和異構硬脂酸的混合物，所述有機胺為二異丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇和3-丁氧基丙胺的混合物。
實施例2
一種金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將45g異構十六烷烴、8g三羥甲基丙烷三癸酸酯、10g有機酸、15g有機胺以及1g脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚在30℃下在600rpm攪拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與10.95g水、3g苯并三氮唑衍生物、5g三乙二醇丁機醚以及2g殺菌劑在600rpm攪拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與0.05g二甲基硅油在600rpm攪拌下混合30min，得到金屬加工液。
其中，所述有機酸為妥兒油酸、異構硬脂酸和月桂二酸的混合物，所述有機胺為2-氨基-2-甲基丙醇、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的組合物。
實施例3
一種金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將40g異構十六烷烴、10g苯甲酸-2-乙基己酯、8g有機酸、12g有機胺以及1.5g聚異丁烯馬來酸酐在30℃下在600rpm攪拌下混合30min，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與18.95g水、4g苯并三氮唑衍生物、4g三乙二醇丁機醚以及2g殺菌劑在600rpm攪拌下混合30min，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與0.05g二甲基硅油在600rpm攪拌下混合30min，得到金屬加工液。
其中，所述有機酸為月桂二酸、葡萄糖酸和新癸酸的混合物，所述有機胺為3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺和六亞甲基四胺的混合物。
實施例4
一種金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將38g異構十六烷烴、12g三羥甲基丙烷三癸酸酯、10g有機酸、10g有機胺以及2g聚異丁烯馬來酸酐在45℃下在400rpm攪拌下混合40min，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與19.94g水、4g苯并三氮唑衍生物、3g三乙二醇丁機醚以及1g殺菌劑在400rpm攪拌下混合40min，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與0.06g二甲基硅油在400rpm攪拌下混合40min，得到金屬加工液。
其中，所述有機酸為二聚蓖麻油酸、月桂二酸和新癸酸的混合物，所述有機胺為二異丙醇胺、3-丁氧基丙胺和n,n-二乙基苯胺的混合物。
實施例5
一種金屬加工液的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將42g異構十六烷烴、13g三羥甲基丙烷三癸酸酯、8g有機酸、7g有機胺以及1.5g聚異丁烯馬來酸酐和醇醚羧酸的混合物，在20℃下在800rpm攪拌下混合20min，得到第一混合料；
(2)將步驟(1)得到的第一混合料與19.92g水、3.5g苯并三氮唑衍生物、3.5g三乙二醇丁機醚以及1.5g殺菌劑在800rpm攪拌下混合20min，得到第二混合料；
(3)將步驟(2)得到的第二混合料與0.08g二甲基硅油在800rpm攪拌下混合20min，得到金屬加工液。
其中，所述有機酸為妥兒油酸、異構硬脂酸和葡萄糖酸的混合物，所述有機胺為二異丙醇胺、3-丁氧基丙胺、n,n-二乙基苯胺和六亞甲基四胺的組合。
對比例1
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(1)采用礦物油替代異構十六烷烴外，其他條件均與實施例1相同。
對比例2
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(1)使用癸二酸異辛醇酯替代苯甲酸-2-乙基己酯外，其他條件均與實施例1相同。
對比例3
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(2)中不加入苯并三氮唑衍生物外，其他條件均與實施例1相同。
對比例4
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(2)中苯并三氮唑衍生物的用量為1g，水為28.95g外，其他條件均與實施例1相同。
對比例5
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(2)中苯并三氮唑衍生物的用量為10g，水為19.95g外，其他條件均與實施例1相同。
對比例6
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(2)加入的殺菌劑為羥乙基六氫均三嗪外，其他條件均與實施例1相同。
對比例7
一種金屬加工液的制備方法，所述方法中除了步驟(1)使用的有機胺為對甲基苯胺和對乙基苯胺的混合物外，其他條件均與實施例1相同。
實施例1-5以及對比例1-7中使用抗菌劑均為2-丁基-1,2-苯并異噻唑啉-3-酮和2-溴基-2-硝基-1,3丙烷二醇的混合物。
潤滑性能測試：
采用德國microtap公司的攻絲扭矩測試系統(tttsystemg8)，對實施例1-5、對比例1-5以及傳統產品進行攻絲扭矩測試，用模擬試驗機在設置有預留孔的金屬材料測試塊上直接進行攻絲試驗，并用攻絲扭矩值或攻絲效率來評價切削液的加工性能，理論上說，攻絲扭矩值越小、攻絲效率越高，表示切削液的潤滑性越好。與傳統四球摩擦試驗機相比，攻絲扭矩試驗機采取直接進行攻絲加工的方式來評判切削液，顯然比四球摩擦試驗機更加接近試機切削工況。攻絲試驗機可以根據不同的材質、調整不同的轉速和分別采用擠壓絲錐和切削絲錐調整加工的苛刻程度，因此如果能夠細致有效的篩選試驗條件，用其評價切削液的加工性能的可靠性會大大提高。
其中，測試產品的攻絲效率％＝(參照產品的攻絲扭矩值/測試產品的攻絲扭矩值)*100％。
試驗參數：本試驗采用的是擠壓絲錐，主軸轉速為1200rpm,試驗板材材質為6082al，切削液濃度為5％，切削液傳統產品濃度為5％。結果如表1所示。
表1
備注：以上表格中攻絲效率值均以傳統產品為參照
抗菌性能測試：
參照astme2275-2003水可混金屬加工液體抗生物作用和抗微生物殺菌劑性能評定的標準實施規程。該試驗是在微生物試驗條件下，試驗周期為8周，每周定期將定量的菌種加入金屬加工液中，然后再定期檢測細菌數來確認該金屬加工液的抗菌性能，若連續兩周細菌數>105，則判定為失敗。根據現場加工液滋生的微生物不同，常分開作細菌類和真菌類的抗菌試驗。對實施例1、對比例6和7以及傳統產品按照上述步驟進行抗菌性能測試。結果如表2和表3所示。測試中各樣品濃度均為3％，初始ph為9.5。
表2
表3
通過表1可以看出，實施例1-5的攻絲扭矩值小于70，且最小可達64.5，而攻絲效率大于170％，最高可達182％，證明實施例1-5所述金屬加工液在4～5％濃度下即具有優異的潤滑性能。對比例1采用礦物油替代異構十六烷烴，導致攻絲扭矩值達99.4，攻絲效率為118％；對比例2使用癸二酸異辛醇酯替代苯甲酸-2-乙基己酯，導致攻絲扭矩值高達77.2，攻絲效率為152％，潤滑效果差于實施例1；對比例3不加入苯并三氮唑衍生物，導致攻絲扭矩值達90.9，攻絲效率為129％；對比例4苯并三氮唑衍生物的用量的質量分數小于3％，導致攻絲扭矩值達84.7，攻絲效率為138％；對比例5苯并三氮唑衍生物的用量的質量分數大于5％，攻絲扭矩值為66.0，攻絲效率為178％，沒有提高加工液的潤滑性能。而傳統產品的攻絲扭矩值為117.2，攻絲效率為100％，潤滑效果也要差于實施例1-5。
通過表2和表3可以看出，本發明實施例1具有良好的抗菌性能和生物穩定性，而對比例6選用了羥乙基六氫均三嗪作為殺菌劑，對比例7有機胺選擇對甲基苯胺和對乙基苯胺的混合物，均導致金屬加工液的抗菌性能和生物穩定性的下降。
申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。