一.切削液背景
切削液是一種用在金屬切、削、磨加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具和加工件的工業用液體,切削液由多種超強功能助劑經科學複合配伍而成，同時具備良好的冷卻性能、潤滑性能、防鏽性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀釋特點。克服了傳統皂基乳化液夏天易臭、冬天難稀釋、防鏽效果差的的毛病，對車床漆也無不良影響，適用於黑色金屬的切削及磨加工，屬當前最領先的磨削產品。切削液各項指標均優於皂化油，它具有良好的冷卻、清洗、防鏽等特點，並且具備無毒、無味、對人體無侵蝕、對設備不腐蝕、對環境不污染等特點。
水基潤滑劑的優點是冷卻性好,價廉易得,加工件易清洗,主要用於高速切削加工工序中。由於水基潤滑劑的組分的改進,大大提高了它的潤滑性能和防腐蝕能力,因而需求量日漸增大,尤其在對鋁和銅材加工方面。水基潤滑添加劑可分為油溶性和水溶性兩種。油溶性添加劑的使用性能同礦物油中的一樣。為使油溶性添加劑分散到水中需加入表面活性劑。水溶性添加劑可在油溶性添加劑分子中引入水溶性基團而製得。水溶性切削液可以分成乳化液,化學合成液和半合成液三類,都可用於輕中高負荷的切削加工。
1.1切削液的分類及區別
1.1.1切削液的分類
切削液按油品化學組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。水基的切削液可分為乳化液、半合成切削液和合成切削液。
乳化液型切削液的成分：礦物油50~80%，脂肪酸0~30％，乳化劑15~25％，防鏽劑0~5％，防腐劑<2％，消泡劑＜1％
半合成型切削液：礦物油0~30％，脂肪酸5~30％，極壓劑0~20％，表面活性劑0~5％，防鏽劑0~10％
全合成型切削液：表面活性劑0~5％，胺基醇10~40％，防鏽劑0~40％
1.1.2油基切削液和水基切削液的區別
油基切削液的潤滑性能較好，冷卻效果較差。水基切削液與油基切削液相比潤滑性能相對較差，冷卻效果較好。慢速切削要求切削液的潤滑性要強，一般來說，切削速度低於30m/min時使用切削油。含有極壓添加劑的切削油，不論對任何材料的切削加工，當切削速度不超過60m/min時都是有效的。在高速切削時，由於發熱量大，油基切削液的傳熱效果差，會使切削區的溫度過高，導致切削油產生煙霧、起火等現象，並且由於工件溫度過高產生熱變形，影響工件加工精度，故多用水基切削液。
乳化液把油的潤滑性和防鏽性與水的極好冷卻性結合起來，同時具備較好的潤滑冷卻性，因而對於大量熱生成的高速低壓力的金屬切削加工很有效。與油基切削液相比，乳化液的優點在於較大的散熱性，清洗性，用水稀釋使用而帶來的經濟性以及有利於操作者的衛生和安全而使他們樂於使用。實際上除特別難加工的材料外，乳化液幾乎可以用於所有的輕、中等負荷的切削加工及大部分重負荷加工，乳化液還可用於除螺紋磨削、槽溝麻削等複雜磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺點是空易使細菌、黴菌繁殖，使乳化液中的有效成分產生化學分解而發臭、變質，所以一般都應加入毒性小的有機殺菌劑。
化學合成切削液的優點在於經濟、散熱快、清洗性強和極好的工件可見性，易於控制加工尺寸，其穩定性和抗腐敗能力比乳化液強。潤滑性欠佳，這將引起工具機活動部件的粘著和磨損，而且，化學合成留下的粘稠狀殘留物會影響機器零件的運動，還會使這些零件的重疊面產生鏽蝕。一般在下列的情況下應選用水基切削液：
1）對油基切削液潛在發生火災危險的場所；
2）高速和大進給量的切削，使切削區超於高溫，冒煙激烈，有火災危險的場合。
3）從前後工序的流程上考慮，要求使用水基切削液的場合。
4）希望減輕由於油的飛濺護油霧和擴散而引起工具機周圍污染和骯髒，從而保持操作環境清潔的場合。
5）從價格上考慮，對一些易加工材料護工件表面質量要求不高的切削加工，採用一般水基切削液已能滿足使用要求，又可大幅度降低切削液成本的場合。
6）當刀具的耐用度對切削的經濟性占有較大比重時(如刀具價格昂貴，刃磨刀具困難，裝卸輔助時間長等)；工具機精密度高，絕對不允許有水混入(以免造成腐蝕)的場合；工具機的潤滑系統和冷卻系統容易串通的場合以及不具備廢液處理設備和條件的場合。均應考慮選用油基切削液。
1.2切削液的作用機理
1）潤滑作用
切削液在切削過程中的潤滑作用，可以減小前刀面與切屑，後刀面與已加工表面間的摩擦，形成部分潤滑膜，從而減小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具與工件坯料摩擦部位的表面溫度和刀具磨損，改善工件材料的切削加工性能。在磨削過程中，加入磨削液後，磨削液滲入砂輪磨粒－工件及磨粒－磨屑之間形成潤滑膜，使界面間的摩擦減小，防止磨粒切削刃磨損和粘附切屑，從而減小磨削力和摩擦熱，提高砂輪耐用度以及工件表面質量。
2）冷卻作用
切削液的冷卻作用是通過它和因切削而發熱的刀具（或砂輪）、切屑和工件間的對流和汽化作用把切削熱從刀具和工件處帶走，從而有效地降低切削溫度，減少工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷卻性能和其導熱係數、比熱、汽化熱以及粘度（或流動性）有關。水的導熱係數和比熱均高於油，因此水的冷卻性能要優於油。
3）清洗作用
在金屬切削過程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒，防止工具機和工件、刀具的沾污，使刀具或砂輪的切削刃口保持鋒利，不致影響切削效果。對於油基切削油，粘度越低，清洗能力越強，尤其是含有煤油、柴油等輕組份的切削油，滲透性和清洗性能就越好。含有表面活性劑的水基切削液，清洗效果較好，因為它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂輪上，同時它能滲入到粒子和油泥粘附的界面上，把它從界面上分離，隨切削液帶走，保持切削液清潔。
4）防鏽作用
在金屬切削過程中，工件要與環境介質及切削液組分分解或氧化變質而產生的油泥等腐蝕性介質接觸而腐蝕，與切削液接觸的工具機部件表面也會因此而腐蝕。此外，在工件加工後或工序之間流轉過程中暫時存放時，也要求切削液有一定的防鏽能力，防止環境介質及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質對金屬產生侵蝕。特別是在我國南方地區潮濕多雨季節，更應注意工序間防鏽措施。
5）其它作用
除了以上4種作用外，所使用的切削液應具備良好的穩定性，在貯存和使用中不產生沉澱或分層、析油、析皂和老化等現象。對細菌和黴菌有一定抵抗能力，不易長霉及生物降解而導致發臭、變質。不損壞塗漆零件，對人體無危害，無刺激性氣味。在使用過程中無煙、霧或少煙霧。便於回收，低污染，排放的廢液處理簡便，經處理後能達到國家規定的工業污水排放標準等。
二.典型切削液介紹（微乳切削液）
金屬切削液一般含有潤滑劑、極壓劑、表面活性劑、防鏽劑、防腐劑、消泡劑等添加劑。
2.1微乳型切削液
現代半合成切削液,俗稱微乳,即按一定的比例稀釋到水中,廣泛用於金屬切削等加工工藝上,消除了乳化型及合成型切削液的缺點,同時把該兩種切削液的優點集於一體,它廣泛作為機械加工潤滑、冷卻用，具有良好的潤滑、冷卻、防鏽、清洗等功能。其主要成分是水和表面活性劑,礦物油、脂肪油和極壓劑含量均低於乳化油。微乳化油中包括了油、水、表面活性劑、防鏽緩蝕劑、油性劑、極壓劑、防霉殺菌劑等成分。
(1)油相和水相:微乳化油含量一般為10%～30%,油不僅有潤滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。微乳化油中的水分最高含量為45%,大量水的存在是有別於乳化油的一個主要特徵。這不僅是偶和表面活性劑的需要,也為各類水溶性添加劑的使用提供了必要條件。從環境和健康出發,要求油中芳烴的含量小於10%;從與添加劑的配伍性出發。石蠟基與環烷基的c礎油較好。常選用；機械油、植物油、白油、15號石臘基油。
油不僅有潤滑作用,而且是油溶性添加劑的載體。從環境和健康出發,要求油中芳烴的含量小於10%;從與添加劑的配伍性出發,石蠟基與環烷基的基礎油較好。
(2)表面活性劑:微乳化液中分散相的高度細化和體系的穩定性是依靠表面活性劑的潤濕、分散、乳化、增溶等作用實現的。在乳化油中,表面活性劑的用量為20%～25%,而在微乳化油中，其用量可高於40%,以保證分散相油滴細化,使體系保持高度穩定性。表面活性劑是使油和水乳化的關鍵性物質,一般分為3種類型:陽離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。陽離子型表面活性劑通常使乳液顯酸性,使乳液容易腐敗變質,故極少用。陰離子型表面活性劑的特點是乳化性能好，並有一定的清洗和潤滑性能,但抗硬水能力差,並易起泡。常與非離子型表面活性劑配對使用。非離子型表面活性劑在水中不電離,其親水基主要是由具有一定數量的含氧基團(一般為醚基和羥基)構成,不宜受強電解質無機鹽類存在的影響,也不易受酸鹼的影響,與其它類型的表面活性劑相溶性好,能很好地混合使用,但由於在溶液中不電離,故在一般的固體表面上不易發生強烈的吸附,另外,隨溫度的升高,很多非離子型表面活性劑溶解度降低甚至不溶,這樣會造成乳液渾濁。所以,通常通過調整陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑的配比,使HLB值與分散相匹配,以獲取最佳的分散、乳化效果,這是能否獲得一個均一、穩定的體系的關鍵。大量表面活性劑的參與使微乳化液的滲透、清洗能力比乳化液大大增強,有利於保持刀具刃面和砂輪的鋒利以及切削加工面的清淨度,從而提高了切削效率和加工精度。常用陰離子和非離子表面活性劑復配使用效果較好。常用表面活性劑：脂肪酸皂,石油磺酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、吐溫、脂肪酸烷基醯胺、山梨糖醇酯,聚醚等
(3)防鏽緩蝕劑:為了保護工具機、刀具及工件不受乳液的侵蝕,要在切削液中加入防鏽緩蝕劑,以期在金屬表面形成保護膜,或者形成鈍化膜。防鏽添加劑主要由水溶性防鏽劑和油溶性防鏽劑兩大類。水溶性添加劑有亞硝酸鈉、苯並三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸鹽、鉻酸鹽、植酸、苯甲酸鈉、鉬酸鈉和無水碳酸鈉等。他們與金屬發生作用,並在金屬表面生成不溶性的緻密的氧化膜,阻止金屬的電化學腐蝕。這類防鏽劑多是電解質,用於乳液時，用量不易過大,以免發生電解現象而破壞乳液。油溶性防鏽劑主要有磺酸鹽、高分子羧酸及其金屬皂鹽類、酯醇類、胺類、磷酸酯等。他們是極性很強的化合物,能優先吸附在金屬表面或與表面化學反應生成保護膜,抑制氧及水對金屬的接觸,因此,它會與極壓劑在金屬表面的吸附發生競爭,使乳液的極壓性下降。亞硝酸鈉有致癌作用,在西方已開發國家,和一些開發中國家已為禁用產品。二乙醇胺的含量也不應超過1%,因其在空氣中容易氧化成致癌物質。常用的環境友好緩蝕劑如脂肪酸衍生物、胺類、咪唑啉類及三唑類。
(4)油性劑:為了保護刀具,提高加工質量,此類添加劑是微乳化油中不可缺少的組分。這類添加劑主要有動植物油脂,聚合脂肪酸及其皂,脂肪醇及多元醇,硫化油脂,酮類,胺類等有機物。它們是具有極性基的分子,能在金屬表面形成定向吸附膜。在金屬加工中,此膜能減少工件、切削、刀具之間金屬的直接摩擦,降低工件表面粗糙度,提高工件精度並延長刀具使用壽命。
(5)極壓劑:極壓劑是含硫、磷、氯等元素的化合物,這些化合物在高溫下與金屬表面發生化學反應,生成化學吸附膜。化學吸附膜與物理吸附膜相比,耐較高的溫度,故可用於極壓潤滑摩擦狀態。國內廣泛採用氯化石蠟、硫化脂肪油、硫氯化棉子油、亞磷酸二丁酯、磷酸三乙酯、ZDDP等作為極壓劑。在磷類極壓劑中引入N、S、B等元素形成的極壓劑效果不錯。P-N具有較高的承載能力S-P-N型磷元素在低速高扭矩條件下效果最好,在高速衝擊負荷下效果很差,但硫元素在高衝擊下對提高極壓性能卻最為有效,此外,由於胺的存在抑制了酸性磷酸酯的化學腐蝕磨損,所以該類極壓抗磨添加劑具有較好的極壓性、防鏽性和抗氧化性，B-P-N型則具有良好的抗銅腐蝕性和優良的極壓抗磨性能。
有機硼酸酯分子中引入活性元素硫和磷則具有多種性能,除了增強抗氧化和減摩作用外,其抗磨性和摩擦改性均變好;若引入氮元素,可明顯提高承載能力和抗磨性能。
有機鉬化合物作為極壓抗磨添加劑,不僅具有優良的抗磨、減摩、抗極壓性能,而且還有防腐蝕性能。
二聚酸及其衍生物是水基金屬加工液良好的添加劑,與水相溶而生成透明的水溶性潤滑液。其油性基團具備良好的減摩抗磨作用,在極壓條件下,二聚酸與摩擦表面反應生成二聚酸金屬鹽皂膜起極壓抗磨作用,此外,還能提供防鏽性。其可用於多種金屬材料加工,包括含鐵和非鐵金屬,如鈦、鎂、黃銅、銅、青銅或其它相類似的易於被污染的金屬的加工。由於油基產品向水基產品發展,水溶性極壓劑的研究也越來越受到人們的重視。這類產品有脂肪酸的有機硫磷酸鹽、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯,烷基氧乙烯醚有機磷酸胺鹽等。最近發現,高鹼值磺酸鹽在重金屬加工中用作惰性極壓劑(PEP),能在金屬表面形成物理覆蓋的碳酸鹽保護膜,具有低剪下強度,在金屬加工中具有優異的極壓潤滑性能,與含硫極壓劑複合使用有顯著的協同效應,對多數金屬沒有腐蝕,且具有防鏽作用,對人和環境基本無害,符合工業衛生和環保要求。還能改善表面光潔度,有極好的防鏽能力,對大多數金屬不腐蝕,安全並無環境污染。
(6)防霉殺菌劑：微乳液容易滋長微生物,使加工液變質,使用壽命變短。常用的殺菌劑有甲醛釋放劑、酚類化合物、水楊酸類、雜環化合物等。目前,我國常用的為三丹油。鄰苯基苯酚,四氯代酚。對氯間二甲基酚,六氫化三吖嗪,三溴水楊醯胺和二溴水楊醯胺的混合物等
(7)其他助劑;微乳化液中使用的輔助添加劑還有消泡劑(矽油乳劑,高級醇)、穩定劑（十二醇）偶和劑、pH調整劑、金屬離子掩蔽劑等。消泡劑常用的為矽油類,其不溶於水,分散於水中,不能加多,否則,體系易渾濁。偶和劑用來增加體系的穩定性,其性能取決於自身的親水-親油之間的平衡。體系pH值應保持在8～10之間,pH值過低,易滋生細菌霉變;pH值過高,鋁腐蝕嚴重。金屬離子掩蔽劑能絡合水中的鈣鎂離子。這些添加劑如何使用,應根據具體情況而定。
2.2常見微乳切削液的配方表
組分 投料量（g/L）
15號基礎油 200~220
蓖麻油三乙醇胺 200~220
妥爾油 30~80
硼酸 150~200
殺菌劑 10~30
消泡劑 10~30
表面活性劑（tx-10） 25~50
聚乙二醇 25~50
石油磺酸鈉 100~130
磷酸鈉 100~130
水 餘量
三.市面常見切削液
油基切削液、水基切削液、環保長效切削液、加工中心專用切削液、微乳化切削液、極壓切削油、拉絲油、金屬磨削液、玻璃磨削液、油基磨削液、水基磨削液、切削油、線切割液、切割冷卻液、線切割工作液、單矽片切割液、多晶矽切割液、藍寶石切割液
乳化液、衝壓油、淬火劑、高溫油、極壓切削液、、防鏽油、發黑劑、拉深油
