КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
COOLING LUBRICANT CONCENTRATE

Изобретение относится к составам смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), в частности к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые могут быть использованы в виде водных растворов в машиностроении на операциях лезвийной и абразивной обработки черных, цветных металлов, сталей, их сплавов, титановых материалов.
Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующих соотношениях, мас.%:
Смесь триэтаноламиновых борных эфиров с
полиэтиленгликолевыми борными эфирами
15,0-20,0
Смесь триэтаноламиновых и калиевых солей
кубовых жирных ненасыщенных кислот
от отгонки олеиновой кислоты
30,0-35,0
Ингибитор коррозии - продукт
взаимодействия триэтаноламина с моно-,
диалкилфосфорными кислотами, в которых
в качестве спиртового агента используется
глицерин
20,0-25,0
Соапстоки от переработки растительных
масел и животных жиров
23,0-30,0
Целевые добавки:
отдушка
не более 0,005
пеногаситель
не более 0,2
Вода
остальное до 100,
но не более 10,0
(Пат. РФ №2168540, 2001 г.).
Недостатком известного состава является то, что содержащаяся в концентрате СОЖ смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолиевыми борными эфирами содержит часть непрореагировавшей борной кислоты при описанном режиме. Твердые частицы борной кислоты вызывают осложнения при перекачке рабочих растворов СОЖ в баки станков, т.е. осложняют текучесть рабочего раствора СОЖ.
18
22
Смесь триэтаноламиновых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот от отгонки олеиновой кислоты может быть приемлемой, если для получения олеиновой кислоты «расщепляют» рапсовое масло, содержащее глицериды ненасыщенных кислот фр. С-С.
18
22
Для получения олеиновой кислоты отгоняют ненасыщенные кислоты C (30-35 мас.%), а в кубовом остатке остаются ненасыщенные кислоты фр. С (40-45 мас.%), полезные для использования в составе концентрата СОЖ.
22
18
Но на заводах в настоящее время используют смеси масел, в основном подсолнечное и кукурузное (в которых глицериды ненасыщенных кислот фр. С отсутствуют). Поэтому кубовый остаток после отгонки олеиновой кислоты (C) состоит, в основном, из густой массы конденсированных кислых компонентов, ухудшающих качество целевого продукта взаимодействия триэтаноламина с кубовым остатком.
Что касается используемого ингибитора, то экспериментальными исследованиями выявлено, что на стадии этерификации ортофосфорной кислоты с глицерином - трехатомным спиртом в описанном режиме остается часть не прореагировавшей фосфорной кислоты, которая затем при взаимодействии с триэтаноламином образует вязкий нейтральный продукт, растворимый в воде.
В рабочем растворе СОЖ при остановке работы станка этот продукт прилипает к рабочей поверхности движущихся деталей станка, что делает невозможным работу станка, т.к. требуется дополнительная смывка прилипшего слоя.
Наиболее близким к заявляемому является концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующих соотношениях, мас.%:
Диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры борной кислоты
20,0-25,0
Диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры олеиновой или нафтеновых кислот или синтетических жирных кислот фр. С<sub>7</sub>-С<sub>10</sub>
12,0-15,0
Ингибитор коррозии - продукт взаимодействия диметилэтаноламина или триэтаноламина с моно- или диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента использовалась смесь жирных спиртов фр. С<sub>8</sub>-С<sub>10</sub> с три-, тетра- или более этиленгликолями в массовом соотношении (1:5-6)
20,0-25,0
Целевые добавки: отдушка и пеногаситель
не более 0,1
Соапстоки растительных и животных жиров
до 100,0
(Пат. РФ №2144944, 2000 г.).
Недостатком прототипа является то, что при этерификации трехосновной борной кислоты с диметилэтаноламином или триэтаноламином при температуре 90-95°С остается часть непрореагированной борной кислоты. Полнота этерификации борной кислоты достигается при температуре 100°С, при которой происходит испарение реакционной воды, выделяемой в результате образования борных эфиров. Остающаяся таким образом часть борной кислоты придает неоднородность компоненту в составе концентрата СОЖ, при хранении которого выделяется хлопьевидный белый, не обладающий полезными функциональными свойствами осадок. Также осложняется текучесть рабочего раствора СОЖ.
Диметилэтаноламиновый или триэтанолламиновый эфиры олеиновой или нафтеновых или синтетических жирных кислот обладают слабыми эмульгирующими, диспергирующими, свойствами по сравнению с соответствующими мылами, т.е. диметилэтанол-, триэтаноламиновыми мылами олеиновой или нафтеновых или синтетических жирных кислот.
8
10
Применяемый ингибитор коррозии обладает резким неприятным запахом из-за использования в качестве спиртового агента смеси жирных спиртов фр. С-С. В составе рабочего водного раствора СОЖ неприятный запах не допустим в качестве сопутствующих свойств.
Задачей изобретения является создание концентрата СОЖ с высокими эксплуатационными технологическими возможностями: высокими смазочными, противоизносными, ингибирующими свойствами для станков, обрабатывающих алюминиевые сплавы, титановые материалы, черные и цветные металлы, стали и их сплавы, с подачей рабочего раствора СОЖ под высоким давлением (от 4 до 10 атм), с малым пенообразованием, относительно высокими смачивающими и моющими свойствами, не ухудшая качество обрабатываемой поверхности.
Поставленная задача достигается тем, что концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Триэтаноламиновые мыла олеиновой кислоты
10,0-20,0
Триэтаноламиновые мыла оксиэтилированной олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена
10,0-12,0
Продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой
25,0-28,0
Продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой, где в качестве спиртового агента используют полиэтиленгликоль 400
25,0-30,0
Водный раствор 30-35%-ный полиэтиленгликоля 1500
10,0-12,0
Продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении 1:5
0,3-0,5
Пеногаситель
0,05-0,07
Отдушка
0,003-0,005
Вода
до 100
Компоненты СОЖ имеют следующее назначение:
- Триэтаноламиновые мыла олеиновой кислоты и триэтаноламиновые мыла оксиэтилированной олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена (ОЛЕОКС-7, ТУ 48309505015-2000) являются эмульгаторами.
Для приготовления триэтаноламиновых мыл используют триэтаноламин технический по ТУ 6-02-916-79, марка Б, и олеиновую кислоту по ТУ 9145-024-00336562-98.
3
3
4
4
5
4
-
-2
- Продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой является бактерицидным компонентом с ингибирующими свойствами и представляет собой продукт соединения триэтаноламина с боратными ионами [BO(ОН) ], [BO(OH) ], образующимися при взаимодействии борной кислоты с водой при температуре 80°С.
Ингибирующие свойства создаются формированием на поверхности металла пассивирующей пленки, образуемой одновременно по донорно-акцепторному механизму гидроксильной группы триэтаноламина и хемосорбцией борат-ионов. Получаемый продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой однородный, без остатка борной кислоты. Полученный продукт обладает бактерицидными свойствами с пониженным пенообразованием в водном рабочем растворе СОЖ.
Для приготовления продукта взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой используют борную кислоту гранулированную по ГОСТ 18704-78, марка Б.
- Продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400 по одной гидроксильной группе в молекуле (ПЭГ 9, ТУ 222606105766801-2006 изм. 1), является ингибитором коррозии. Получаемый продукт представляет собой азот-фосфорсодержащее соединение в одной молекуле, которое обладает высокими смазочными, противоизносными свойствами, образуется граничная фосфатная смазка поверхности обрабатываемого металла на молекулярном уровне. Получаемый ингибитор коррозии не хранится отдельно, а вводится в аппарат для получения концентрата СОЖ сразу по окончании процесса нейтрализации.
Для приготовления продукта взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой используют ортофосфорную кислоту по ТУ 2142-002-00209450-96.
- Водный раствор 30-35%-ный полиэтиленгликоля 1500 (ПЭГ 35, ТУ 2483-008-71150986-2006) обладает смачивающими и смазывающими свойствами.
- Продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении (1:5) является ингибитором меди, также обладает высокими ингибирующими свойствами для сталей и черных металлов.
Для приготовления продукта взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином используют бензотриазол по ТУ 6-09-1291-75.
- В качестве пеногасителя используют эффективные водные растворы кремнийорганических соединений.
- В качестве отдушки используют любые ароматические не раздражающие эфирные масла.
Приготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется следующим образом.
3
В аппарат емкостью 2 м с механической мешалкой рамного типа и обогревом загружают 250-300 кг триэтаноламина, 100-180 кг олеиновой кислоты и 100-120 кг оксиэтилированной олеиновой кислоты при постоянном перемешивании и температуре 75-80°С в течение 2-3 часов.
После этого загружают горячую воду и необходимое количество - 54-60 кг - борной кислоты, причем количество загружаемой воды равно двойному количеству борной кислоты.
Второй раз загружают триэтаноламин в объеме, равном 4-кратному количеству от загрузки борной кислоты.
Перемешивают при температуре 80-85°С в течение 2-2.5 часов. При этом pH-среды составляет 8,5-9,0.
Затем в полученную массу последовательно загружают предварительно полученный ингибитор коррозии - продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400 (ПЭГ 9), водный раствор ПЭГ-35, продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении (1:5), воду до 100%. Перемешивают при температуре 65-70°С в течение 2 часов.
При температуре 50-55°С вводят целевые добавки: пеногаситель и отдушку, перемешивают еще 30 минут до получения однородного прозрачного продукта с приятным запахом.
В таблице 1 представлены составы концентрата СОЖ и свойства его 3%-ного раствора.
Полученные составы концентрата СОЖ (примеры 1-4) представляют собой маслообразную жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде с образованием полупрозрачного с желтым оттенком водного раствора.
3
3%-ный концентрат СОЖ имеет pH=9-9,5, плотность при 20°С - 1,040-1,060 кг/м (ГОСТ 3900-85), кинематическую вязкость при 50°С - 35-40 сСт (ГОСТ 33-82). Концентрат СОЖ стабилен при хранении не менее 2 лет.
Из данных таблицы 1 следует, что концентрат СОЖ стабилен при низких температурах: выдерживает испытания при температуре минус 35, минус 40°С (ГОСТ 6243-75), обладает низким пенообразованием с устойчивостью пены в течение 15-25 секунд, является положительным фактором при обработке металлов с подачей рабочего раствора СОЖ под высоким давлением.
Коррозионная агрессивность 3%-ного раствора СОЖ по отношению к чугунной стружке на стали ст 10 согласно ГОСТ 6243-75 (метод контактных пар) показала, что испытуемый СОЖ выдерживает испытание.
2
Коррозионное воздействие 3%-ного раствора СОЖ на металлы: медь, латунь, титан, алюминий марки АМГ-6А составляет менее 0,1 г/м сутки, что также считается нормой в металлообработке.
Моющие свойства оценены по методике ВНИИПАВ и составляют 90%, что способствует лучшему отмыванию стружки от обрабатываемых деталей.
Также проведены стендовые испытания 3%-ного раствора СОЖ (пример 4) на жесткой воде на токарном станке с ЧПУ «СТХ-410».
В результате стендовых испытаний по результатам исследований сделаны следующие выводы:
- На большинстве технологических операций СОЖ обладает хорошими смазывающими свойствами, при этом не теряя охлаждающих свойств воды;
- Обладает высокими антикоррозионными свойствами, что позволяет эффективно защищать обрабатываемые детали от коррозии в межоперационном цикле, а станочное оборудование в процессе эксплуатации не загнивает, что позволяет значительно продлить срок службы рабочего раствора СОЖ;
- Позволяет производить замену как отечественных, так и импортных СОЖ, причем методом постепенного замещения, не прибегая к единовременной и полной замене действующего раствора СОЖ;
- Обладает хорошей текучестью, что исключает засорение магистралей подачи рабочего раствора;
- Не требуется подбора разных марок СОЖ на большинстве технологических операций.
Также проведены испытания 3%-ного раствора СОЖ (пример 1) на металлообрабатывающем предприятии, на операциях: токарная, сверлильная, шлифовальная, ленточно-пильная при обработке углеродистых конструкционных сталей, легированных, коррозионно-стойких, титановых сплавов.
По результатам испытаний сделан вывод, что на используемых технологических операциях СОЖ обладает хорошими смазывающими свойствами, высокими антикоррозионными свойствами, что позволяет эффективно защищать обрабатываемые детали от коррозии в межоперационном цикле, а станочное оборудование не загнивает. СОЖ не уступает по качеству импортным аналогам.
Сравнительные испытания образцов СОЖ по прототипу и предлагаемого состава (пример 1) проводилось при скорости резания v=35 м/мин и подаче S=0,18 мм/об и глубине резания t=0,5 мм.
За критерий затупления резца был принят износ по задней грани резца, равный 0,45 мм.
Анализ результатов испытаний показал, что стойкость резцов составила 30 мин при работе с предлагаемой СОЖ и 20 мин при работе с СОЖ по прототипу, шероховатость обработанной поверхности соответствовала требованиям ГОСТ.
Технология изготовления заявленного концентрата СОЖ безопасна, выбросы в атмосферу отсутствуют.
Таким образом, разработан концентрат СОЖ с высокими эксплуатационными технологическими возможностями: высокими смазочными, противоизносными, ингибирующими свойствами для станков, обрабатывающих алюминиевые сплавы, титановые материалы, черные и цветные металлы, стали и их сплавы, с подачей рабочего раствора СОЖ под высоким давлением (от 4 до 10 атм), с малым пенообразованием, относительно высокими смачивающими и моющими свойствами и достаточно высоким качеством обработанной поверхности.