分析金属加工液中有机醇胺对产品使用性能影响

朱建强，邓勇跃，陈卫忠，江尧华

（江苏润美新材料有限公司，江苏 连云港 222100）

随着加工工艺的不断变化，工件质量高精尖的要求提升，对现场加工的卫生环境和环保问题的逐渐重视，环保、健康、稳定的产品，以及科学、系统、合理的管理维护方式是所有金属加工液企业正面临的挑战。金属加工液（Metalworking fluids）具有润滑、冷却、防锈、清洗等诸多作用，其作为金属加工领域的优化材料，应用产品在加工中能够提高加工质量、效率，减少加工设备能耗。但是金属加工液本身会影响到工作人员的人身健康，加工废液没有得到有效处理，还会带来严重的环境污染。金属加工液中的有机醇胺含量，对产品使用性能有非常直观的影响，因此，需要在加工阶段了解有机醇胺特性，从而充分发挥金属加工液优势，优化产品使用性能。

1 金属加工液与有机醇胺

常见的金属加工液包括切削液、乳化液、切削油、淬火剂等。参考矿物油含量将金属加工液类别划分为四类：矿物油含量在90%～95%之间的纯油类金属加工业；含量大于50%的乳化类；含量在5%～50%之间的半合成类；不含矿物油的全合成金属加工液[1]。

从制造业角度分析，提高生产加工环境质量、环境保护等是制造业转型升级的重要方向。我国作为国际市场中制造业产值相对较高的国家，金属加工液需求量较高。但是金属加工液在其使用过程中又往往成为危害职业健康与安全、造成环境污染的源头[2]。

在制造业产品加工中，为了优化金属加工液的性能，其还需要添加防锈剂、有机醇胺与表面活性剂等其他的添加剂。所有可使用的添加剂中，有机醇胺pH值、金属保护性、乳化性相对稳定，也因此成为金属加工液一种最常见的原料，广泛应用于乳化液、半合成液等产品生产中。有机醇胺产品的合理选择是能否达到金属加工液所期望性能的一个关键因素，与之有关的性能包括碱值储备性、缓冲性、pH值稳定性等[3]。

2 金属加工液中有机醇胺的应用

2.1 基本原理

在产品加工时，可以通过PHS-25雷磁pH计检测金属加工液的pH值，再以现行标准检测金属加工液的腐蚀性、防锈保护性。原子吸收光谱仪可检测出钴金属离子浓度，作为切削工具钴金属溶出性分析的参考依据。应用比色法得到溶液变色情况，以此作为磨削工具胶黏剂、砂粒溶出性分析的参考依据。利用pH计、闻测两种方式检测有机醇胺硼酸盐pH值、气味，从而分析其生物稳定性。综合各项性能与检测数值，了解金属加工液中的有机醇胺对产品使用性能的影响[4]。

2.2 有机醇胺对产品使用性能的影响

2.2.1 pH值稳定性

添加有机醇胺主要是为了赋予金属加工液所需的碱值储备性能，保持金属加工液pH值的稳定性，而且有机醇胺可以为金属加工液提供足够的缓冲能力。通过观察发现2-氨基-2-甲基丙醇、一乙醇胺的碱性最强，三乙醇胺碱性较弱。伯胺的碱性和提高pH值的能力比叔胺强。此外，根据不同体积分数下醇胺水溶液检定得出的pH值可知，三乙醇胺溶液pH值随其体积分数变化相对较小，保持pH值稳定性能力相对较强[5]。

2.2.2 金属腐蚀与保护

对比铝金属腐蚀程度可知，当金属加工液pH值超过8.5时，铝金属表面氧化铝膜稳定性较差，容易因高碱性加工液导致铝金属受到腐蚀。按照相关标准，在（55±2）℃环境下，选择容量为100g、质量分数为2.5%的醇胺水溶液，采用柠檬酸将pH值调整到8.8，将提前打磨好的铝标准试片放入到醇胺水溶液中浸泡24h[6]。利用原子吸收光谱仪检测醇胺水溶液中的铝离子质量分数。根据观察可以发现，二甘醇胺、二乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇、一乙醇胺对铝金属的腐蚀较小，其溶解的铝的质量分数低于1.0×10-5%。三乙醇胺对铝金属的腐蚀程度最高，铝离子质量分数最高可达2.35×10-4%。

对比铜金属腐蚀程度可知，金属加工液中的有机醇胺可能会和铜金属表面产生化学反应，随之在铜表面生成氧化铜膜，从而腐蚀铜金属。在碱性条件下，铜金属离子容易结合有机醇胺形成不同形式的络合物，从而在金属加工液内发生溶解，造成加工液溶液变色。

根据ASTM D130腐蚀性能测试标准测试金属加工液性能。在溶液测试环节，需要用到100g、质量分数为1%的醇胺溶液，同时设定温度为（55±2）℃。将已经打磨完毕的铜标准试片放入醇胺溶液中浸泡24h，利用原子吸收光谱仪检测醇胺溶液铜质量分数。最终可以发现二甘醇胺不会在紫铜表面形成严重腐蚀，一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇对紫铜的腐蚀程度较高。

对比铁金属防锈保护性能可知，新生态的金属表面和大气中的水分发生反应，从而产生锈斑。当添加了有机醇胺类物质后，降低了金属表面催化活性，一定程度上减缓了锈斑的产生速度。金属加工液有机醇胺和金属之间发生作用，随即在金属表面生成不溶性的致密氧化膜，该氧化膜可有效隔断空气中的水蒸气，解决金属电化学腐蚀的问题。按照防锈性能测试标准进行检测，检测对象为质量分数为5%的醇胺溶液，设定测试温度为（35±2）℃，湿度为95%，将测试时间调整为3h。检测结果表明，有机醇胺可以起到铸铁防锈作用，一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇具有较好的气相防锈性能。

2.2.3 仪器与工具使用期限

碳化钨工具钴金属溶出将直接影响到工具的实际使用期限。对于溶入加工液中的钴而言，其有可能造成操作人员过敏等症状，威胁操作人员的人身健康。同时，钴在废液处理阶段，也会因处理不合理导致环境污染。一般而言钴溶出量一旦有所增多，将导致pH值降低，继而出现金属加工液变色的情况。选取质量分数为1%的醇胺溶液，其中添加质量分数为0.15%的钴粉，利用柠檬酸调节溶液pH值到9.0，然后在磁力搅拌下反应时间21d，最后使用原子吸收光谱仪检测有机醇胺溶液中的钴质量分数。对比发现二甘醇胺钴溶出小，2-氨基-2-甲基丙醇溶液对于钴的保护效果小于一乙醇胺。三种乙醇胺溶液中，乙醇胺和钴离子结合后会生成络合物，钴粉表面附着的钴进入溶液后可以改变溶液的颜色，而二甘醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇溶液无明显颜色变化。

砂轮的主要原料为胶黏剂和磨料，考虑到金属加工液包含的活性物质可能会使胶黏剂发生溶解，导致磨料脱落和砂轮变形，缩短其使用期限。为此，将绿碳化硅GC砂轮放入质量分数为1%的醇胺溶液中，再以柠檬酸调节溶液pH值至9.00，在（50±2）℃的恒温条件下浸泡7d。通过比色法观察溶液颜色的变化情况，最终发现五种金属加工液中常用的醇胺对绿碳化硅GC砂轮无明显的溶出反应。

3 结语

从溶液性能角度来说，金属加工液中添加有机醇胺，可以起到改善与优化金属加工液稳定性的效果，从产品使用性能角度而言，有机醇胺会从多个维度影响金属加工液性能。为此，加工制造环节需要正确认知有机醇胺对产品使用性能的干扰，利用金属加工液具有的多重优势，从本质上提高产品性能，一方面可以延长产品使用寿命，另一方面有助于提高金属加工液应用水平，为今后制造业转型发展中有机醇胺的使用积累经验，继而推动我国制造业的飞速发展。