[1]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.
[2]Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующих соотношениях, мас.%:
[3]| 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 |
[4](Пат. РФ №2168540, 2001 г.).
[5]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.
[6]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. С18-С22.
[7]Для получения олеиновой кислоты отгоняют ненасыщенные кислоты C18 (30-35 мас.%), а в кубовом остатке остаются ненасыщенные кислоты фр. С22 (40-45 мас.%), полезные для использования в составе концентрата СОЖ.
[8]Но на заводах в настоящее время используют смеси масел, в основном подсолнечное и кукурузное (в которых глицериды ненасыщенных кислот фр. С22 отсутствуют). Поэтому кубовый остаток после отгонки олеиновой кислоты (C18) состоит, в основном, из густой массы конденсированных кислых компонентов, ухудшающих качество целевого продукта взаимодействия триэтаноламина с кубовым остатком.
[9]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.
[10]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.
[11]Наиболее близким к заявляемому является концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующих соотношениях, мас.%:
[12]| Диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры борной кислоты | 20,0-25,0 |
| Диметилэтаноламиновый или триэтаноламиновый эфиры олеиновой или нафтеновых кислот или синтетических жирных кислот фр. С7-С10 | 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. С8-С10 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 |
[13](Пат. РФ №2144944, 2000 г.).
[14]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.
[15]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.
[16]Применяемый ингибитор коррозии обладает резким неприятным запахом из-за использования в качестве спиртового агента смеси жирных спиртов фр. С8-С10. В составе рабочего водного раствора СОЖ неприятный запах не допустим в качестве сопутствующих свойств.
[17]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.
[18]Поставленная задача достигается тем, что концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
[19]| 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 |
[20]Компоненты СОЖ имеют следующее назначение:
[21]- Триэтаноламиновые мыла олеиновой кислоты и триэтаноламиновые мыла оксиэтилированной олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена (ОЛЕОКС-7, ТУ 48309505015-2000) являются эмульгаторами.
[22]Для приготовления триэтаноламиновых мыл используют триэтаноламин технический по ТУ 6-02-916-79, марка Б, и олеиновую кислоту по ТУ 9145-024-00336562-98.
[23]- Продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой является бактерицидным компонентом с ингибирующими свойствами и представляет собой продукт соединения триэтаноламина с боратными ионами [B3O3(ОН)4-], [B4O5(OH)4-2], образующимися при взаимодействии борной кислоты с водой при температуре 80°С.
[24]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.
[25]Для приготовления продукта взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой используют борную кислоту гранулированную по ГОСТ 18704-78, марка Б.
[26]- 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.
[27]Для приготовления продукта взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой используют ортофосфорную кислоту по ТУ 2142-002-00209450-96.
[28]- Водный раствор 30-35%-ный полиэтиленгликоля 1500 (ПЭГ 35, ТУ 2483-008-71150986-2006) обладает смачивающими и смазывающими свойствами.
[29]- Продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении (1:5) является ингибитором меди, также обладает высокими ингибирующими свойствами для сталей и черных металлов.
[30]Для приготовления продукта взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином используют бензотриазол по ТУ 6-09-1291-75.
[31]- В качестве пеногасителя используют эффективные водные растворы кремнийорганических соединений.
[32]- В качестве отдушки используют любые ароматические не раздражающие эфирные масла.
[33]Приготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется следующим образом.
[34]В аппарат емкостью 2 м3 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.
[35]После этого загружают горячую воду и необходимое количество - 54-60 кг - борной кислоты, причем количество загружаемой воды равно двойному количеству борной кислоты.
[36]Второй раз загружают триэтаноламин в объеме, равном 4-кратному количеству от загрузки борной кислоты.
[37]Перемешивают при температуре 80-85°С в течение 2-2.5 часов. При этом pH-среды составляет 8,5-9,0.
[38]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.
[39]При температуре 50-55°С вводят целевые добавки: пеногаситель и отдушку, перемешивают еще 30 минут до получения однородного прозрачного продукта с приятным запахом.
[40]В таблице 1 представлены составы концентрата СОЖ и свойства его 3%-ного раствора.
[41]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.
[42]3%-ный концентрат СОЖ имеет pH=9-9,5, плотность при 20°С - 1,040-1,060 кг/м3 (ГОСТ 3900-85), кинематическую вязкость при 50°С - 35-40 сСт (ГОСТ 33-82). Концентрат СОЖ стабилен при хранении не менее 2 лет.
[43]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.
[44]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.
[45]Коррозионное воздействие 3%-ного раствора СОЖ на металлы: медь, латунь, титан, алюминий марки АМГ-6А составляет менее 0,1 г/м2 сутки, что также считается нормой в металлообработке.
[46]Моющие свойства оценены по методике ВНИИПАВ и составляют 90%, что способствует лучшему отмыванию стружки от обрабатываемых деталей.
[47]Также проведены стендовые испытания 3%-ного раствора СОЖ (пример 4) на жесткой воде на токарном станке с ЧПУ «СТХ-410».
[48]В результате стендовых испытаний по результатам исследований сделаны следующие выводы:
[49]- На большинстве технологических операций СОЖ обладает хорошими смазывающими свойствами, при этом не теряя охлаждающих свойств воды;
[50]- 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;
[51]- Позволяет производить замену как отечественных, так и импортных СОЖ, причем методом постепенного замещения, не прибегая к единовременной и полной замене действующего раствора СОЖ;
[52]- Обладает хорошей текучестью, что исключает засорение магистралей подачи рабочего раствора;
[53]- Не требуется подбора разных марок СОЖ на большинстве технологических операций.
[54]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.
[55]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.
[56]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.
[57]За критерий затупления резца был принят износ по задней грани резца, равный 0,45 мм.
[58]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.
[59]Технология изготовления заявленного концентрата СОЖ безопасна, выбросы в атмосферу отсутствуют.
[60]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.
[61]
