КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
LUBRICATING-COOLING FLUID CONCENTRATE

Изобретение относится к составам смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), в частности к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые могут быть использованы в машиностроении при холодной обработке материалов резанием и деформированием и в других областях, где имеется потребность в СОТС и технических консервационных моющих средствах.
Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: минеральное масло 20-35; продукт реакции триэтаноламина с ненасыщенной жирной кислотой или кислотами талового масла 9-16; моноэтаноламин 9-13; борная кислота 3-6; триэтаноламин 10-18; бис-(алкилполиоксиэтилен)-фосфат 9-16 и вода - остальное /Патент РФ №1383779, МПК C10M 173/00, 1995/. Применение СОЖ повышает стойкость инструмента и снижает шероховатость поверхности. Однако наличие в составе концентрата большого количества триэтаноламина ухудшает экологические свойства СОЖ. Триэтаноламин вызывает раздражение кожи рук, а также коррозию цветных металлов.
Также известен концентрат защитного смазочного материала, как написано в патенте /Патент РФ №2050408, МПК С10М 173/02, C10N 30:12, 1995/, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Триэтаноламин
0,5-5,0
Диоксановые спирты
1,0-5,0
Борные эфиры диоксановых спиртов
20,0-30,0
Соапстоки растительных масел и животных жиров
10,0-20,0
Продукт взаимодействия триэтаноламина (ТЭА)
с моноалкил-C<sub>10</sub>-C<sub>20</sub> фосфорной и/или диалкил-C<sub>8</sub>-C<sub>10</sub> фосфорной кислотами
и с моноэфиром малеиновой кислоты,
или продукт взаимодействия ТЭА с диалкилдитиофосфорной кислотой
или ее цинковой солью или с дибензил- или алкенилянтарным ангидридом,
или продукт взаимодействия ТЭА с оксиэтилидендифосфоновой кислотой
и сульфатом цинка
2,0-20,0
Целевая добавка: бактерицид, краситель, отдушка
Не более 4,5
Вода
До 100
7
10
8
10
Наиболее близким к заявляемому концентрату является состав, содержащий, мас.%: диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры борной кислоты 20-25; диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры олеиновой или нафтеновых кислот или синтетических жирных кислот фракции C-C 12-15; ингибитор коррозии - продукт взаимодействия диметилэтаноламина или триэтаноламина с моно- и диалкилфосфорными кислотами, содержащими в качестве спиртового агента смесь жирных спиртов C-C с три-, тетра- или более этиленгликолями в массовом соотношении 1:(5-6); соапстоки растительных масел и животных жиров - до 100. Целевые добавки: отдушка, пеногаситель - не более 0,1 (Патент РФ №2144944, МПК C10M 173/00, C10N 40:22, опубл. 27.01.2000). К недостаткам можно отнести то, что состав нестабилен в присутствии воды и, кроме того, приводит к значительному пенообразованию.
Задачей изобретения является создание концентрата смазочно-охлаждающей жидкости с высокими эксплуатационными характеристиками, экологически безопасного, позволяющего при использовании рабочих растворов СОЖ получить технический результат - повышение эксплуатационной стойкости инструмента при снижении пенообразования раствора.
Технический результат достигается тем, что состав дополнительно содержит наноразмерный дисульфид молибдена и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый
эфиры борной кислоты
15,0-20,0
Диметилэтаноламиновый
эфир олеиновой или триэтаноламиновый эфир
нафтеновых кислот или эфир
синтетических жирных кислот фракции C<sub>7</sub>-C<sub>10</sub>
12,0-15,0
Ингибитор коррозии: продукт взаимодействия
диметилэтаноламина или триэтаноламина с моно-
и диалкилфосфорными кислотами, содержащими в
качестве спиртового агента смесь жирных спиртов
C<sub>8</sub>-C<sub>10</sub> с три-, тетра- или более этиленгликолями в
массовом соотношении 1:(5-6)
20,0-25,0
Наноразмерный дисульфид молибдена
10,0-15,0
Глицерин
5,0-10,0
Соапстоки растительных и животных жиров
До 100
Борные эфиры готовят путем взаимодействия стехиометрических количеств борной кислоты и диметилэтанол- или триэтаноламинов в процессе приготовления концентрата.
Эфиры олеиновой кислоты или нафтеновой или синтетических жирных кислот получают в процессе приготовления концентрата путем взаимодействия стехиометрических количеств указанных кислот с диметилэтанол- или триэтаноламином. Полученные эфиры обладают эмульгирующими, диспергирующими, проникающими и ингибирующими свойствами.
При высоких скоростях обработки металла при взаимодействии дисульфида молибдена и полученных эфиров формируется композиционная пленка толщиной порядка 20 нм на поверхности обрабатываемого металла с улучшенной прочностью и с уменьшением трения. Это усиливает эффект снижения трения от влияния самого дисульфида молибдена. Наноструктурный дисульфид молибдена (с размером частиц до 90 нм) наиболее плотно заполняет микронеровности, что соответственно приводит к получению ровных качественных обработанных поверхностей.
Нанослоистые частицы дисульфида молибдена были синтезированы по следующей методике. Полученный электрическим взрывом проводника наноразмерный дисульфид молибдена затем пассивировался в течение 24 часов на воздухе, а затем смешивался с элементарной серой марки «осч», предварительно просеянной через сито с размером ячейки в 45 мкм. Средний размер частиц молибдена составлял 80 нм.
Соапстоки растительных масел и жиров представляют собой побочный продукт производства маргарина, образующегося при рафинировании растительных масел: подсолнечного, соевого, рапсового, хлопкового и животных жиров и соответствующих саломасов гидрированных масел и жиров /ТУ 10-0402-80-91/. В состав соапстоков входят глицериды (до 15%), мыла ненасыщенных и насыщенных кислот (до 25%) и примеси, остальное вода. Природные жиры - глицериды и мыла -  смазывающими, противозадирными свойствами за счет создания граничной смазки.
8
10
Ингибитор коррозии представляет собой продукт взаимодействия диметилэтанол- или триэтаноламина с моно-, диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента использовалась смесь жирных спиртов C-C с три-, тетра- и более этиленгликолями в массовом соотношении 1:(5-6).
Входящие мыла увеличивают полярность СОЖ, одновременно с чем возрастает способность их удерживания на поверхности обрабатываемого металла, повышаются тем самым защитные свойства СОЖ.
Глицерин дополнительно вводится для повышения растворимости соапстоков при дальнейшем растворении концентрата в воде, поскольку они слаборастворимы в воде при комнатной температуре, а также для повышения стойкости режущего инструмента. Кроме того, наличие глицерина приводит к понижению пеноообразования, что также позволяет исключить из состава концентрата пенообразователь. Это позволяет также использовать заявляемую композицию в качестве консистентной смазки для режущего инструмента при сверлении глубоких отверстий.
Наноструктурный дисульфид молибдена (с размером частиц до 90 нм) вводят для заполнения микронеровностей чешуйками.
Приготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется следующим образом.
7
10
В аппарат с механической мешалкой и обогревом загружают рассчитанное количество диметилэтанол- или триэтаноламина, добавляют необходимое количество олеиновой, или нафтеновой, или синтетических жирных кислот фракции C-C; при постоянном перемешивании смесь нагревают до 90-95°C, выдерживают при этой температуре в течение 1,5-2 часов, после чего загружают необходимое количество борной кислоты и при температуре 85-90°C выдерживают в течение не более 2 часов, при этом pH среды не ниже 8,5.
Затем в полученную смесь компонентов последовательно загружают предварительно полученный фосфорсодержащий ингибитор коррозии, соапстоки, наноразмерный дисульфид молибдена (размер частиц до 90 Нм) и глицерин при температуре 70-75°C, перемешивают в течение 1-1,2 часа и снова перемешивают 15 минут до получения однородного продукта прозрачной консистенции.
В таблице представлены составы концентрата СОЖ в соответствии с формулой и свойства его 3% раствора.
3
Полученный таким образом концентрат смазочно-охлаждающей жидкости представляет собой маслообразную жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде с образованием полупрозрачных растворов с pH 8,5-9,3, имеющий плотность 1040-1080 кг/м при 20°С.
Концентрат длительное время стабилен при хранении в условиях отрицательных температур (-15°C). Свойства 3% раствора составов по примерам показывают, что склонность к пенообразованию составляет 250-300 см, устойчивость пены 25-29 см, что является положительным фактором при обработке металлов. Коррозионная активность по ГОСТ 6243 по отношению к чугунной стружке на стали в течение 168 часов - выдерживает.
3% раствор состава СОЖ был испытан при обработке детали цилиндра КТ-6. Показано, что при шлифовании не происходит засаливания абразивного инструмента, нет прижогов детали. За время испытаний не было отмечено признаков коррозии, запаха, наличия биопоражения, воздействия на краску станка, повышенного пенообразования, флюсовых осадков на поверхности детали и станине. Кроме того, использование заявляемой СОЖ позволяет повысить стойкость абразивного инструмента.
Положительные результаты получены также при точении жаропрочного сплава на никелевой основе ЭК 78 (ХН 65 KB МЮТБ) резцами, оснащенными многогранными пластинами твердого сплава ВК 8.
Испытания образцов СОЖ (по прототипу) и предлагаемого состава проводились при скорости резания V=35 м/мин, подаче S=0,18 мм/об и глубине резания t=0,5 мм. За критерий затупления был принят износ по задней грани резца, равный 0,45 мм.
Анализ результатов испытаний показал, что стойкость резцов составила 30 минут при работе с предлагаемой СОЖ и 12 минут при работе с СОЖ по прототипу, шероховатость отработанной поверхности соответствовала требованиям ГОСТ.
Ряд испытаний в производственных и лабораторных условиях показал, что заявляемая СОЖ может использоваться при концентрации 2,5-5,0% в воде в качестве моющего консервационного средства на предприятиях машиностроения, а также при уходе за авто- и сельскохозяйственной техникой.
Технология получения концентрата безотходна и не загрязняет окружающую среду.