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1、 金属非切削加工成型法有研磨、抛光、锻造、挤压、轧制、拉拔等。这些加工过程中的摩擦、润滑、冷却问题是决定工艺成败的关键，为了提高产品质量，降低能耗，提高生产效率，在上述加工过程中都要使用润滑剂。由于大量变形和产生新摩擦面，且大都处于边界润滑和滑动线摩擦，因此对润滑剂的要求极为苛刻，主要是因为发生挤压作用，容易把润滑膜挤掉。特别是热加工温度高，而且加工过程中承受冲击和振动大，对润滑剂更有特殊要求。表面活性剂在这类润滑剂中起着重要作用。 以下按照加工类型， 分别介绍各类金属非切削加工用润滑剂。 1 研磨、抛光用润滑油 1 研磨、抛光用润滑油 1.1 磨削液 磨削加工是利用砂轮高速旋转而切削工件的加
2、工方法。 磨削液就是在这样的磨削加工过程中，为了延长砂轮耐用度，改善工件的加工精度和表面粗糙度，提高加工效率而使用的一种加工工作液。磨削液在日本工业标准(JISK 2241)中属于切削液(cutting fluid)的一种。但磨削加工与切削加工存在着差别。例如，单从切削速度这一点看，磨削加工时切削速度为1000mmin 以上的高速度(普通切削速度在 200mmin 以下)，其结果会产生 1100以上的高温。磨削区周围的温度也可达 600。此外，磨削液中还有一些特殊类型，如像珩磨加工用磨削液，需要使黏度降低以便磨粒切削刃能顺利切入。 在磨削过程中，如果磨削液的清洗性差，则金属屑容易黏附在砂轮表面
3、，造成砂轮气孔堵塞、变钝，使用寿命缩短；如果磨削液的润滑性和冷却性差，易造成工件表面烧伤、拉毛和划伤。因此，磨削液应具有良好的润滑性、清洗性、防锈性和消泡性。此外，还应有较长的使用周期，不易腐败变质，对人体和环境无害，废液易于处理和排放等特点。当高速磨削时(砂轮线速度高于 50ms)，单位时间内通过磨削区的磨粒增加，砂轮与工件的摩擦加剧，发热量增大，磨削区温度更高，对磨削液的要求将更加苛刻。 磨削液大体可分作两大类： 油基磨削液和水基磨削液。 油基磨削液的磨削性能虽然非常优越，但在它的基本性质方面 l212 趸 I 作时冒烟、起火、油雾等操作环境上的缺点多，尤其是再考虑到它的成本高， 所以目前
4、的现状是只在特别重视磨削加工后的加工表面形状和尺寸精度的齿轮、螺纹等成型磨削、珩磨、超精力 n-r-之类的特殊加工领域才应用；水基磨削液在磨削液中占有很大的比重，提到磨削液往往就是指水基磨削液而言。 磨削液中也离不开表面活性剂，它主要起乳化、润湿、分散、清洗、防锈等作用。尤其是清洗作用，因为在磨削过程中会产生大量金属屑，如不及时清洗掉，将影响最终产品的表面质量。 阴离子表面活性剂的溶解度随温度升高而增大， 在磨削液中使用阴离子表面活性剂表现出良好的性能；相反，非离子表面活性剂的溶解度随温度升高而降低，在一定条件下会从水中游离出来，从而失去清洗与润湿作用。因此，阴离子表面活性剂成为磨削液的首选清
5、洗剂。对含油酸三乙醇胺皂、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂的磨削液进行试验发现，随着磨削加工的进行， 磨削液中阴离子表面活性剂消耗很快， 这意味着阴离子表面活性剂参与了磨削过程。在磨削过程中产生大量切屑、磨粉微粉，阴离子表面活性剂将在其表面定向吸附。而在 pH 值为 8.59.5 范围内，一般固体污垢都带负电荷，于是阴离子表面活性剂以其非极性端吸附于固体污垢表面，亲水基朝向溶液，增强了洗涤作用，切屑随溶液离开加工区，表面活性剂也随金属屑被过滤而离开溶液。另外，水硬度的影响也会消耗部分表面活性荆。 表面活性剂使磨削液易于渗入砂轮微孔和切削接触面， 加强了润滑和冷却， 减轻了黏附，有利于改善表面粗
6、糙度。在对某磨削液的试验中发现，16h 内表面活性剂随加工消耗很快，但工件的表面粗糙度却差别不大，直到第 l4 天才有明显恶化。这时测得磨削液的表面张力为 40.92mNm，而研究发现表面张力在 4045mNm 范围内有较小的变化，表面粗糙度就有较大变化，因此，上述实验说明，表面活性剂对表面粗糙度的影响是通过表面张力的影响起作用的。 某高速磨削液的组成如下。 脂肪酸盐 l0l5 偶合剂 0.5l 阴离子表面活性剂 13 非硅型消泡剂 0.10.2 防锈剂 35 蒸馏水 余量 在上述高速磨削液中选择脂肪酸盐作为润滑剂，因为它具有突出的优点。首先，它可溶于水，且有不同的链长可供选择，由于链长引起的
7、吸附能力差异，表现出润滑性能的优劣；其次， 它还具有清洗作用和一定的防锈能力， 可减少配方中清洗剂(阴离子表面活性剂)和防锈剂的用量；第三，它本身不腐碰金属。但如果脂肪酸盐皂化不完全，或脂肪酸中含有不被皂化的物质，则磨削液极易腐败变质。因此，应选择质量优良的脂肪酸，使脂肪酸盐完全皂化，并除去未反应的杂质。防锈剂应选择水溶性的，它吸附在金属表面上起防锈作用，脂肪胺、脂肪酸酯等都有较好的防锈效果。另外，由于在磨削液成分中含有易起泡的表面活性剂等物质，而泡沫的存在将影响散热速率，所以必须加入消泡剂，消除供液系统中的泡沫。 某种金属搪磨润滑冷却液的配方如下。 润滑油制的乳化切削液 35 3-氨基-1，
8、2，4-三噻唑硫酮-5 0.20.4 聚乙二醇(1500) 0.8l0 合成洗涤粉(MC-8) 22.6 烷基酚聚氧乙烯醚 0.30.5 水 余量 使用该冷却液，搪磨时金刚钻消耗率由 0.85mg-1降至 0.6mg-1；金属加工量，由 l2.7gmm-1增至 l9.1gmm-1；工件表面粗糙度则由 1.78m 降至 l.5m。 3.2.1.2 抛光剂 抛光剂在金属抛光过程中起着重要作用， 它可以使金属表面获得或恢复光泽， 还会延长金属表面的使用寿命，同时，具有润滑和冷却作用。抛光剂大致分为油基和水基两种类型。油基抛光剂主要由成膜物、溶剂和磨料组成；水基抛光剂主要成分有水、磨料、增稠剂和表面活
9、性剂。 (1)油基抛光剂 油基抛光剂主要成分是磨料、成膜物和溶剂。配方中常用的磨料包括硅酸铝、硅酸钙、氧化铝、硅藻土、二氧化硅、氧化镁、膨润土和黏土等。使用的成膜物有蜡、硬脂酸和有机硅化合物。常用的溶剂有重质煤油和轻质石油等。某膏状油基抛光剂的组成如下。 组分(质量分数) 组分(质量分数) 二氧化硅(粒子大小为 400 目) 4550 低熔点硬脂酸 69 二吡咯烷脲 0.3 重质煤油 2832 对羟基苯甲酸甲酯 0.2 轻质石油 510 高熔点硬脂酸 69 对羟基苯甲酸丙酯 0.1 这种膏状油基抛光剂主要用于抛光金属、 木材、 塑料、 玻璃钢、 涂料和其他类似的表面。 (2)水基抛光剂 水基抛
10、光剂可分为固液分离型和固液混合型两类。所谓固液混合型是指具有一定抛光作用的固体粉末与抛光液混合在一起，以悬浮液的形式存在。如欧洲专利EP8310632 报道了一种含有液相和分散固相的液体研磨剂。由非离子表面活性剂、分散粒子和黏土组成。 固液分离型是指配合研磨料使用的液体抛光剂。 如日本专利 JP83253 报道的由Cl016合成脂肪酸二乙醇酰胺、二取代磷酸三乙醇胺皂、三聚磷酸钠、4-甲基-2，6-二叔丁基苯酚配制而成的抛光液。邢瑞文等研制的 FJFB 型抛光液也属于固液分离型。 水基抛光剂主要由水、磨料和增稠剂组成，还可添加某些表面活性剂。水是水基抛光剂的主要成分，作为载体基料使用。为避免水中
11、有害杂质的影响，最好使用软水或去离子水。磨料一般要求至少具有约 l000 布氏硬度和粒径 1297m 的颗粒。在实际使用中，布氏硬度越高越好， 最好不低于 2000。 粒子越小越好， 一般为 140m。 几种有用磨料(及其硬度)为：黄玉(1190)、氧化铝(2050)、碳化硅(2480)、氮化硼(4700)、金刚石(8200)。增稠剂的作用是稳定分散液。通常使用的有机增稠剂有多糖物、合成聚合物或其混合物。多糖物包括瓜尔树胶、 阿拉伯树胶等天然树胶和各种纤维素醚和酯。 合成聚合物有聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺。无机增稠剂有熔化氧化硅。增稠剂在水基抛光剂中的使用量应控制在 13，最好是 1.6l.7。
12、表面活性剂在水基抛光剂中的作用有分散、乳化、润滑、降低表面张力等。在配方中至少要使用一种表面活性剂， 最好是使用复合表面活性剂。 脂肪酸与羟基胺的反应产物常用于抛光液中。脂肪酸可用动物或植物脂肪或油制取，或直接使用动、植物的脂肪或油(称液态脂肪)。饱和脂肪酸有丁酸、月桂酸和辛酸等；不饱和脂肪酸有油酸、亚油酸和亚麻酸等。在羟基胺结构中至少应含 1 个伯胺或仲胺基团。 通常被选用的羟基胺有乙醇胺、 3-羟基丁基胺、二元醇胺、3-羟基环戊胺和对羟基苯胺等。用做防锈剂的表面活性剂有羧酸盐、烷醇酰胺、Span 类等。某水基抛光剂的组成如下。 组分(质量分数) 组分(质量分数) 水(软化水或去离子水) 8
13、084 表面活性剂(妥尔油脂肪酸和叶子 5.06.5 酰胺基二乙醇胺的反应产物) 增稠剂(羟基丙基甲基纤维素) 1.52.0 表面活性剂(椰子两性羧基甘氨酸脂)3.54.5 磨料(氧化铝 1.22.2m) 6.06.5 (3)铝及铝合金抛光液 铝材酸性抛光光亮度大，腐蚀速度较慢，抛光效果好，但成本高，而且硝酸会产生大量的 N0x黄色烟雾，污染环境。为了避免硝酸烟雾，路春娥等研制了一种铝合金用磷酸一硫酸体系抛光液， 该两酸化学抛光体系的最佳工艺条件如下： 磷酸硫酸体积比为 80： 20， 硫酸镍 l0gL， YG05 添加剂 0.6gL， 水含量小于等于 15gL， 温度 75，抛光时间 4mi
14、n。硫酸镍对铝合金的抛光过程有很大影响，少量的硫酸镍会使铝合金表面光亮度下降，约加至 0.2gL 时，光亮度又开始上升，达 l0gL 时又有下降趋势。YG05 添加剂由缓蚀剂、铝离子络合剂和表面活性剂等物质复合而成，它具有缓冲、润湿和整平增光的作用。YG05 加入槽液后既不容易产生严重的不均匀腐蚀也不容易产生点状或条状过腐蚀，长时间腐蚀后工件仍十分平整，只是亮度略有减弱，其主要原因是 YG05 中含有缓蚀剂及大分子表面活性物质， 通过吸附作用减缓了铝的溶解作用， 避免了金属的过腐蚀及不均匀腐蚀的发生。YG05 中含有阴离子及非离子表面活性物质，它们用量大时易于在金属表面形成多分子层吸附从而减缓
15、了反应速度，也降低了抛光效果。 由于酸性抛光液存在污染环境、 成本高的缺陷， 人们又试图开发铝及铝合金的碱性抛光液，其具有抛光液成本低、对槽体设备的腐蚀小、设备造价低、废水处理简单等特点。由于铝合金在碱性溶液中腐蚀速度极大，致使抛光时间不能过长。此外，由于碱性溶液抛光后表面的光亮度不大，所以降低铝的腐蚀速度、提高抛光光亮度是碱性化学抛光的关键。诸荣孙对铝合金的几种新型碱性化学抛光液及其工艺条件进行了研究， 试验结果表明： 添加由硫脲(或钼酸铵或六次甲基四胺)、 硅酸钠、 十二烷基硫酸钠构成的复合缓蚀剂能大大提高铝合金抛光质量，同时可抑制碱雾的产生。这种由缓蚀剂、表面活性剂组成的复合添加剂还具有润湿、整平增光的作用。铝合金碱性抛光液的较佳配方与工艺条件如下。 组分
