汽車輕量化有利于節(jié)能和環(huán)境保護(hù)，是世界汽車工業(yè)不斷追求的目標(biāo)，同時(shí)鋁合金材料由于回收率高，可明顯降低汽車綜合制造成本，已成為部分替代鋼的最主要原料。日本的單車平均用鋁量2004年已達(dá)到270 kg，我國2005年的單車平均用鋁量目標(biāo)是125 kg。鋁合金材料應(yīng)用已從原先的發(fā)動機(jī)活塞、缸蓋等，逐步擴(kuò)展到鋁合金變速箱殼體、輪轂等大型零件。

目前，國內(nèi)汽車行業(yè)大型零部件制造廠所用的鋁合金切削液，基本為洋品牌所壟斷。在產(chǎn)品組成類型方面，乳化型、微乳型和合成型并存，雖以微乳型居多，但由于合成型切削液具有使用壽命長、冷卻性及清洗性更佳的優(yōu)勢，國外大公司也都開發(fā)了專用于鋁合金的合成型切削液；同時(shí)，用戶對合成型鋁合金切削液的認(rèn)識和需求也在逐步增大，如某摩托車有限公司在其車用零件加工用切削液（主要為鋁件）招標(biāo)書中，已明確指定加工液類型為合成型。

國內(nèi)現(xiàn)有的合成型鋁合金切削液與國外同類產(chǎn)品相比存在較大差距，主要問題是用戶反映其潤滑性能不足，此外還存在對鋁件防腐性及消泡性欠佳、有刺激性氣味及對皮膚有刺激等問題，難以在市場上得到全面應(yīng)用與推廣；而國外大石油公司專用于鋁合金加工的合成型切削液，價(jià)格昂貴。結(jié)合市場需求，有必要及時(shí)開發(fā)國產(chǎn)合成型鋁合金專用切削液，克服傳統(tǒng)合成型產(chǎn)品潤滑性不足、對鋁件防腐性欠佳等弱勢，提高國產(chǎn)品的優(yōu)勢。

1 試驗(yàn)方法

1.1 合成切削液常規(guī)試驗(yàn)

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6144《合成切削液》進(jìn)行。防腐試驗(yàn)還兼顧了現(xiàn)場用戶最多采用的浸泡/掛片法。

1.2 潤滑性評價(jià)

切削液的最大無卡咬負(fù)荷（PB）和磨斑直徑（WSD）2項(xiàng)指標(biāo)均按照GB/T 3142，用四球試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。研制過程中還自建了鋼－鋁摩擦副試驗(yàn)。試驗(yàn)前先將厚度為0.3 mm的大張純鋁片剪裁為直徑約3 cm的圓形鋁墊片，在墊片中央開鑿出3條呈120度角的槽。試驗(yàn)時(shí)將經(jīng)清洗的鋁墊片墊在四球機(jī)的下三球上，規(guī)定好試驗(yàn)負(fù)荷和試驗(yàn)時(shí)間，按四球機(jī)步驟操作試驗(yàn)，操作完成后，觀察并記錄墊片上的磨斑直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤滑添加劑的篩選和制備

用作汽車構(gòu)件的鋁合金材料，屬于硬鋁合金，對產(chǎn)品的潤滑性有較高的要求。切削液產(chǎn)品的潤滑性主要由潤滑添加劑提供，所以選用合適的潤滑劑至關(guān)重要。

2.1.1 常用水溶性潤滑添加劑

潤滑油液中的潤滑添加劑主要有油性劑和極壓劑，含有極性基團(tuán)或非極性長碳鏈脂肪烴基的油性劑，如ROOH，在低負(fù)荷下能在摩擦表面形成物理吸附膜，保護(hù)新生金屬面；在高溫高負(fù)荷下，油性劑的吸附膜脫附或破裂，須藉含有S、P、Cl、N、B等反應(yīng)性基團(tuán)的極壓劑，在摩擦面上生成耐磨損的金屬化合物，保護(hù)刀具，提高加工面質(zhì)量。

目前，國產(chǎn)的性能優(yōu)良的水溶性潤滑添加劑不多。產(chǎn)品研究過程中，先后選用和試驗(yàn)了多種進(jìn)口水溶性潤滑添加劑，如含硫磷的潤滑劑385、粉末狀含硫極壓劑390、英國1095、日本含硫劑550、美國的水溶性磷酸酯830等。

試驗(yàn)時(shí)將潤滑劑按一定比例分別加入常規(guī)切削液中，首先考察加入后樣品在室溫下的儲存穩(wěn)定性（包括濃縮液和稀釋液），對儲存后不分層、無沉淀的合格樣品，再用四球機(jī)分別測試樣品的最大無卡咬負(fù)荷PB和磨斑直徑WSD。

個別進(jìn)口潤滑劑在產(chǎn)品中的穩(wěn)定性不佳；同時(shí)在本身沒有潤滑性的常規(guī)切削液中添加4%潤滑劑后，潤滑性能并無非常明顯改善?？紤]到研制產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，決定自已復(fù)合水溶性潤滑劑。

2.1.2 復(fù)合潤滑添加劑的制備

傳統(tǒng)的油性劑和極壓劑雖然潤滑能力強(qiáng)，但大多是不溶于水的。目前國內(nèi)正在開發(fā)的水溶性潤滑添加劑，主要采用2種方法制備，一種是用加表面活性劑等方法，將油溶性的潤滑添加劑分散到水中；另一種比較多用的方法是改性。在常用的油溶性潤滑劑分子中引入一定數(shù)目的水溶性基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對油溶性潤滑添加劑分子的水溶性改性。此外，將長碳鏈烴基和具有親水性、吸附性或反應(yīng)性等的多種官能團(tuán)集合，使之同時(shí)兼具油性劑和極壓劑的功能，且溶于水，成為性能優(yōu)良的水溶性潤滑添加劑，即分子設(shè)計(jì)方法。

研究工作采用比較適合工業(yè)化的加表面活性劑的方式，以復(fù)配的形式，用國產(chǎn)油溶性磷酸酯、改性劑和表面活性劑等復(fù)合，將油溶性含磷添加劑進(jìn)行水溶性分散；同時(shí)，為有效提高潤滑劑的減摩性能，復(fù)合時(shí)還加入了一定的油性劑，制備了MF復(fù)合潤滑劑.

2.1.3 鋼－鋁摩擦副對水溶性潤滑劑評價(jià)

為有效模擬鋁質(zhì)零部件加工狀況，針對現(xiàn)有常用潤滑劑評定設(shè)備為鋼－鋼摩擦副的狀況，研究工作在四球試驗(yàn)機(jī)測定磨斑直徑的方法基礎(chǔ)上，增加了鋁質(zhì)墊片，對部分實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了調(diào)整，建立了以鋼－鋁為摩擦副的實(shí)驗(yàn)室評定設(shè)施。圖1顯示了分別用兩種摩擦副所做的對水溶性潤滑劑的評定結(jié)果，試驗(yàn)時(shí)添加劑濃度均為1%，鋁質(zhì)墊片厚度為0.3mm。

2.2 產(chǎn)品綜合性配伍

鋁是化學(xué)性質(zhì)非常活潑的金屬，對加工中配套使用的切削液很敏感。用于汽車結(jié)構(gòu)件的硬鋁合金，強(qiáng)度較防銹鋁合金高，其防蝕性較純鋁和防銹鋁合金均有下降，對鋁合金切削液的研制提出了較高的防腐要求。

切削液中不少常用添加劑對鋁都有一定程度的腐蝕性。常用的硼酸、醇胺，都對鋁有一定程度的腐蝕。

由于磷酸酯本身也是一種優(yōu)良的用于水溶性切削液的鋁防腐劑，所以MF潤滑劑的使用為產(chǎn)品提供了潤滑、防腐等多項(xiàng)功能。

綜合配伍方面，金屬加工液作為一種加工用介質(zhì)，其配制是一個復(fù)雜的過程，除要求提供良好的潤滑性、冷卻性、防銹防腐性以保護(hù)工件和機(jī)床外，還對水基切削液提出了pH值、消泡性、儲存穩(wěn)定性等多項(xiàng)要求，多方面存在著平衡關(guān)系。如防銹劑與表面活性劑：MF復(fù)合潤滑劑在復(fù)合過程中，考慮其水溶性和樣品的儲存穩(wěn)定性，引入了表面活性劑來調(diào)節(jié)和改善。由于表面活性劑會對防銹劑的防銹性能有一定影響，需要選擇抗表面活性劑干擾能力較強(qiáng)的防銹劑。鑒于長碳鏈有機(jī)酸型防銹劑在這方面相對能力較強(qiáng)，配方研制時(shí)對緩蝕體系中的有機(jī)防銹劑部分特別選用了長碳鏈型。

研究工作在制備了水溶性復(fù)合潤滑劑后，結(jié)合對不同結(jié)構(gòu)水溶性緩蝕劑抗表面活性劑干擾能力的研究，篩選消泡劑、殺菌劑后，基本確定了產(chǎn)品組成

3 產(chǎn)品性能評價(jià)及標(biāo)準(zhǔn)

3.1 產(chǎn)品性能評價(jià)和比較

產(chǎn)品性能綜合評價(jià)中，除了確保產(chǎn)品pH值、防銹性等常規(guī)試驗(yàn)符合要求外，重點(diǎn)對研制的鋁合金切削液的潤滑性及其對鋁合金材料的防腐性進(jìn)行全面評價(jià)，以考察研制產(chǎn)品在這兩方面的優(yōu)異性能。

潤滑性方面，除采用上述的鋼－鋁摩擦副補(bǔ)充試驗(yàn)外，還用Falex-8型模擬評定設(shè)備進(jìn)行了攻絲扭矩試驗(yàn)，測定產(chǎn)品的切削性能。攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)是專用于評定金屬加工液切削性能的模擬試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)機(jī)通過測量攻絲時(shí)絲錐與工件表面摩擦產(chǎn)生的扭矩值來評價(jià)金屬加工切削液的切削性能。攻絲扭矩值越小，潤滑性越優(yōu)良。

研制的鋁合金切削液潤滑性優(yōu)良，試驗(yàn)室多方面潤滑評價(jià)結(jié)果達(dá)到市場上在用進(jìn)口合成鋁合金切削液的數(shù)值。

防腐性方面，實(shí)驗(yàn)室對研制的鋁合金切削液除了常規(guī)腐蝕試驗(yàn)外，也用現(xiàn)場零件進(jìn)行掛片試驗(yàn)，以盡量接近實(shí)際工況條件。如對變速箱外殼工件，采用常規(guī)全浸試驗(yàn)時(shí)，兩種被測液都顯示A級合格，但用現(xiàn)場常用的掛片試驗(yàn)（先在切削液中浸泡15 min，取出后在室溫下掛片，每隔10天觀察試片外觀，以基本不變色、表面不產(chǎn)生斑點(diǎn)為√），顯示了研制產(chǎn)品在多種條件下優(yōu)異的鋁合金防腐性。

3.2 鋁合金切削液產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

該產(chǎn)品不僅符合GB/T 6144合成切削液標(biāo)準(zhǔn)，而且由于具有優(yōu)良的鋁合金防腐性等，目前已制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要技術(shù)要求和試驗(yàn)方法列于表4。

4 應(yīng)用試驗(yàn)

4.1 應(yīng)用試驗(yàn)一：某交通器材有限公司

該公司專業(yè)加工鋁合金汽車變速箱外殼，有各類組合鉆床近30臺，加工方式主要為鏜、鉸和擠壓攻絲等。原使用進(jìn)口切削液，防腐性能不是很好，切削后需用清洗液漂一下，才能滿足現(xiàn)場的防腐周期要求。

2005年10月開始試驗(yàn)M3026鋁合金切削液，機(jī)床單機(jī)液槽體積約200 L，用戶在加工后不僅觀察工件的光潔度，并將加工后工件另外放置進(jìn)行掛片試驗(yàn)，以觀察切削液防腐蝕能力。半年多的連續(xù)多臺試驗(yàn)顯示，產(chǎn)品防腐性理想，工件加工后在1個月內(nèi)不變色、表面不起斑，可以省略原來用清洗液漂洗工序，完全滿足現(xiàn)場的防腐周期要求。

4.2 應(yīng)用試驗(yàn)二：某汽車電器系統(tǒng)有限公司

該公司加工鋁合金汽車電器殼體（發(fā)電機(jī)端蓋等），加工方式以銑平面、鏜削為主。原使用進(jìn)口合成型鋁合金切削液，使用濃度7%~8%，價(jià)格7000～8000元/桶。2005年9月在該公司選用HK機(jī)床配槽試驗(yàn)，以5%的濃度配入了研發(fā)的鋁合金切削液新液。

經(jīng)4個多月試用考察認(rèn)可后，試驗(yàn)機(jī)床不斷增加，有德國NORTE公司和上海聯(lián)合研制的立式加工中心VS800A等。每月進(jìn)行現(xiàn)場考察跟蹤，用戶反映產(chǎn)品不僅潤滑性能良好，加工工件表面光潔度較高，而且使用濃度略有降低，性價(jià)比好。

5 結(jié)論

研制工作篩選、制備了合適的水溶性潤滑添加劑，并收集常用汽車零部件鋁合金材料，進(jìn)行防腐性考察。通過綜合性能配伍，研制出潤滑性、防腐性優(yōu)良、性價(jià)比高的合成型鋁合金切削液。

開展應(yīng)用工作，將研制產(chǎn)品在2家汽車零部件加工企業(yè)應(yīng)用后，其多項(xiàng)加工性能均能滿足用戶要求，一定范圍內(nèi)替代了原進(jìn)口切削液。

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