СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮШАЯ ЖИДКОСТЬ Российский патент 2012 года по МПК C10M173/02 C10M129/40 C10M129/74 C10M137/04 C10N40/20 

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), обеспечивающим процессы абразивной и лезвийной обработки черных металлов в машиностроении.

Сущность: смазочно-охлаждающая жидкость содержит, мас.%: олеиновая кислота 2,2-2,4; сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2; гидроксид калия 0,6-0,8; алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4; вода - остальное до 100. Технический результат - повышение антикоррозионных свойств СОЖ и улучшение качества обработанной поверхности.

Широко известна СОЖ, которая готовится из концентрата по патенту РФ на изобретение №2047655. Однако применение этой СОЖ не обеспечивает в достаточной степени повышение коррозионной стойкости обработанных изделий, стойкости инструмента и качества обработанной поверхности, что указывает на невысокие антикоррозионные и смазочные свойства данной жидкости.

Наиболее близкой СОЖ (прототипом) к заявляемой СОЖ является 6%-ный водный раствор, который готовится из концентрата СОЖ по патенту РФ на изобретение №2415177, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олеиновая кислота 2,2-2,4 Боратдиэтаноламин 3,0-3,2 Гидроксид калия 0,6-0,8 Алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4 Вода Остальное до 100

Целью заявляемого изобретения является создание СОЖ с улучшенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающими повышение качества обработки поверхности деталей и их защиту от коррозии. Поставленная цель достигается за счет того, что заявляемая СОЖ, используемая при механической обработке металлов, содержащая воду, олеиновую кислоту алкилполиоксиэтиленфосфат, гидроксид калия, дополнительно содержит сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олеиновая кислота 2,2-2,4 Сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2 Гидроксид калия 0,6-0,8 Алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4 Вода Остальное до 100

Приготовление этой СОЖ в виде 6%-ного водного раствора осуществляют следующим образом. Сначала готовят 60%-ный водный концентрат следующих ингредиентов при их соотношении, мас.%:

Олеиновая кислота 28 Сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 30 Гидроксид калия 6 Алкилполиоксиэтиленфосфат 2 Вода Остальное до 100

Смесь интенсивно перемешивают в течение 20-30 минут при комнатной температуре. Используемый в этом растворе сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина синтезируют растворением янтарной кислоты в ацетоне, затем добавляют полиэтиленгликоль ПЭГ-400. В качестве катализатора используют гидроксид калия. Смесь нагревают при перемешивании до 140°С.

В ходе синтеза протекает следующая реакция:

В ходе синтеза определяют кислотное число (КЧ) реакционной смеси по методике ГОСТ 29039-91. Синтез прекращают, когда КЧ не меняется в течение 30 минут. Полученное соединение 1 условно можно изобразить в виде НООС-R-COOH, где R: [СН₂-СН₂-ОН]. Выход синтезированного сукцинат полиэтиленгликоля составляет 83,7%.

Для полученного соединения 1 определены плотность, показатели преломления, молекулярная рефракция, значения которых следующие:

Р=0,7996 г/см³; n_Д=1,4003; МR_Дэкс=113,58; МR_Драс.=115,5.

Из приведенных данных величин мольных рефракций следует, что экспериментально найденные и рассчитанные значения отличаются не более чем на 1,68%, что является подтверждением предполагаемой структуры сукцинат полиэтиленгликоля.

Далее полученное соединение 1 применяют для проведения реакции с моноэтаноламином по следующему уравнению:

Полученное соединение 2 представляет собой соль, которую в дальнейшем применяют в составе СОЖ.

Из полученного 60%-ного концентрата готовят 6%-ный водный раствор необходимого количества СОЖ путем растворения рассчитанного количества концентрата в воде при комнатной температуре.

Испытание заявляемой в качестве изобретения СОЖ и прототипа проводят следующим образом. Образцы стали 3, размером 50×·10×·2мм, шлифуются, обезжириваются и в течение суток выдерживаются в эксикаторе над хлоридом кальция. Коррозионной средой являются растворы СОЖ заявляемой и прототипа, указанных составов, контроль - водопроводная вода. Испытания проводятся в стационарных условиях. Через 3 месяца после экспозиции очищенные от продуктов коррозии образцы взвешиваются с точностью до четвертого знака. Скорость коррозии ρ определяется по формуле

ρ=Δm·1000/s τ (г/м²·час),

где Δm -потеря массы в г, τ - время в час, s - площадь в см².

Защитные свойства СОЖ прототипа и заявляемой выражаются величинами ингибиторного эффекта γ и защитного действия z и вычисляются по формулам, соответственно:

γ₁=ρ₀/ρ₁ и z₁=(ρ₀-ρ₁)·100/ρ₀ (%) и γ₂=ρ₀/ρ₂ и z₂=(ρ₀-ρ₂)·100/ρ₀ (%),

где ρ₀ - скорость коррозии в контроле, ρ₁ - скорость коррозии в растворе СОЖ прототипа, ρ₂ - скорость коррозии в растворе СОЖ заявляемой.

Прочностные свойства определяют на установке для коррозионно-усталостных испытаний. Для этого из листа стали 3, вдоль направления прокатки, вырезали образцы размером 100·10·1 мм. Далее образцы обрабатывают вышерассмотренным методом, нерабочая поверхность образцов и места контакта с захватом машин и приспособлений, создающих напряжение, изолируются лаком типа БФ. Кюветы, из органического стекла, заполняли раствором около 0,5 л, при этом уровень жидкости находился на 1,5-2 см выше верхней границы рабочей части образца. Раствор периодически сменяется для поддержания постоянного значения рН. Циклическое напряжение в металле создаётся симметричным изгибом образцов с частотой 500 цикл/мин. Полученные средние данные из 3-5 параллельных измерений при знакопеременных напряжениях σ=±25 кгс/мм² приведены в табл.1.

Пересчет на напряжение производят по формуле

σ=3Ehf/ℓ²,

где Е - модуль упругости испытуемого материала; h - толщина образца, мм; f - стрела прогиба образца (амплитуда колебания), мм; ℓ - рабочая длина образца, мм.

Коррозионную стойкость защитных пленок, образующихся на поверхности металла в процессе обработки СОЖ, оценивают электрохимическим методом. Исследование проводят с помощью потенциостата П-5848 в потенциодинамическом режиме поляризации со скоростью изменения потенциала 0,5 мВ/с. Поверхность электрода из стали 3 обрабатывают по вышеописанной методике. Коррозионную стойкость защитных пленок оценивают по значениям потенциалов активации стали (поляризационные кривые записывают электронным самописцем). Заявляемый состав СОЖ испытывают в сравнении с прототипом. Результаты испытаний представлены в табл.1 и табл.2.

Таблица 1 Сравнительные данные коррозионной стойкости и прочностных свойств стали под влиянием известной (прототипа) и заявляемой СОЖ СОЖ Потеря массы, г Скорость коррозии, г/м²·г Ингибиторный эффект Защитное действие, % Число циклов до разрушения Прототип 0,0042 7,8·10^-3 21,9 95,7 1,9·10⁶ Заявляемая 0,0003 5,7·10^-4 298,2 99,7 3,0·10⁶

Из данных табл.1 видно, что заявляемая СОЖ практически полностью защищает обрабатываемую деталь от коррозии и повышает циклическую прочность изделий по сравнению с прототипом в 1,5 раза.

Электрохимические исследования подтверждают результаты гравиметрии и коррозии металлов под напряжением. В заявляемом составе СОЖ сталь сразу же переходит в пассивное состояние, которое сохраняется до значения потенциала +1,02В. В этой области скорость растворения металла в заявляемой СОЖ ниже на 0,9 мкА/см², чем в составе СОЖ прототипа, что объясняется образованием более качественной защитной пленки.

Для изучения влияния рассматриваемых составов СОЖ на шероховатость обработки металла используют стали 33ХС и 45ХН при различных режимах работы на плоскошлифовальном станке ЗГ-71. В табл.2 приведены средние значения из 10 измерений на шероховатость обрабатываемого материала, изготовленного из стали 33ХС. Полученные данные показывают, что заявляемая СОЖ на 18-20% уменьшает шероховатость стали по сравнению с прототипом.

Таблица 2 Сравнительные данные влияния заявляемого состава СОЖ и прототипа на шероховатость обрабатываемых деталей Способ обработки Шероховатость, мкм Заявляемая Прототип По направлению вращения шлифовального круга 0,22 0,28 Против направления вращения шлифовального круга 0,25 0,30 Поперек направления вращения шлифовального круга 0,77 0,96

Использование: на операциях при точении, сверлении, фрезеровании и шлифовании, обеспечивающих процессы абразивной и лезвийной обработки черных металлов. Сущность: смазочно-охлаждающая жидкость содержит, мас.%: олеиновая кислота 2,2-2,4; гидроксид калия 0,6-0,8; алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4; сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2; вода - остальное до 100. Технический результат - повышение коррозионной стойкости обработанных изделий и улучшение качества обработанной поверхности. 2 табл.

Смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, содержащая воду, алкилполиоксиэтиленфосфат, гидроксид калия и олеиновую кислоту, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
олеиновая кислота 2,2-2,4 сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2 гидроксид калия 0,6-0,8 алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4 вода остальное до 100