用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法，包括下列物质：氧化钛纳米颗粒、分散剂、消泡剂和助剂，其余为去离子水，其中氧化钛纳米颗粒的浓度在15~30g/L的范围内，分散剂的浓度在10~25g/L的范围内，消泡剂的浓度在2~10g/L的范围内。从上述组分可知，本发明专利技术的一种用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法，原料取材方便、制备工艺及方法简单，易于实验室及工业化生产；用于钛合金机械加工的水基润滑剂以水为主体，因而冷却效果好、容易清洗、对环境无污染、对人体健康无害，属于环境友好型的润滑剂。

Water-based lubricants for mechanical processing of titanium alloys and their preparation methods

The invention discloses a water-based lubricant for mechanical processing of titanium alloy and its preparation method, which comprises the following substances: titanium oxide nanoparticles, dispersants, defoamers and additives, and the rest are deionized water, in which the concentration of titanium oxide nanoparticles is in the range of 15-30 g/L, the concentration of dispersant is in the range of 10-25 g/L, and the concentration of defoamer is in the range of 2-10 g/L. From the above components, it can be seen that the water-based lubricant for titanium alloy mechanical processing and its preparation method are convenient for raw materials, simple preparation process and method, and easy for laboratory and industrial production. The water-based lubricant for titanium alloy mechanical processing is water-based, so it has good cooling effect, easy cleaning, no pollution to the environment and no harm to human health. Environmentally friendly lubricants.

【技术实现步骤摘要】
用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法
本专利技术涉及一种用于钛合金机械加工的润滑剂的
，具体涉及一种用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法。
技术介绍
钛合金具有较高的比强度、优异的耐蚀性能而广泛应用于医疗、汽车、航空航天、海洋等工业领域。但钛合金具有极差的摩擦磨损性能，在干滑动条件下金属-金属的直接接触容易造成钛合金构件表面严重磨损而失效。在钛合金构件表面涂抹润滑油、脂等传统润滑剂是一种廉价、快捷、有效的处理方式。传统的润滑剂一般是以矿物油、动植物油或其混合物为基础，加入各种添加剂制备而成的。由于这类润滑剂含大量的油类物质，因而极不易清洗，且生物降解性较差，对环境污染也较为严重。因此，开发环境友好型的润滑剂成为新时代迫切需要解决的问题，也是急需大力发展的方向。水基润滑剂通常是以水为主体，通过加入一些添加剂而形成的润滑剂，这类润滑剂成本低廉、环境污染少、冷却效果好、易清洗、不易燃、对人体健康无害。因而，水基润滑剂是一种环境友好型并可实现“以水代油”而用于有钛合金零部件表面机械加工的润滑剂。本专利技术针对钛合金表面极差的摩擦磨损性能以及传统油基润滑剂不易清洗、严重环境污染等问题，提出一种环境友好型的含氧化钛纳米颗粒水基润滑剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种用于钛合金机械加工的水基润滑剂及其制备方法，原料取材方便、制备工艺及方法简单，易于实验室及工业化生产；用于钛合金机械加工的水基润滑剂以水为主体，因而冷却效果好、容易清洗、对环境无污染、对人体健康无害，属于环境友好型的润滑剂；水基润滑剂中的氧化钛纳米颗粒可在钛合金表面形成转移膜，从而隔离金属-金属，降低摩擦、改善磨损；超声空化过程促进了分散剂对氧化钛纳米粒子的有效包裹，从而防止颗粒团聚剂沉降，因而制备的水基润滑剂中的氧化钛纳米颗粒的分散性很好。本专利技术所采取的技术方案是：用于钛合金机械加工的水基润滑剂，包括下列物质：氧化钛纳米颗粒、分散剂、消泡剂和助剂，其余为去离子水，其中氧化钛纳米颗粒的浓度在15~30g/L的范围内，分散剂的浓度在10~25g/L的范围内，消泡剂的浓度在2~10g/L的范围内。本专利技术进一步改进方案是，所述氧化钛纳米颗粒的形状为球状或近球状。本专利技术更进一步改进方案是，所述氧化钛纳米颗粒的粒径在50~500nm的范围内。本专利技术更进一步改进方案是，所述分散剂由月桂基硫酸钠、聚乙烯亚胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种组成。本专利技术更进一步改进方案是，所述消泡剂由乳化硅油、聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷中的一种或多种组成。本专利技术更进一步改进方案是，所述助剂由丙三醇、聚乙二醇中的一种或多种组成。本专利技术更进一步改进方案是，所述聚乙二醇的分子量在400~3000的范围内。制备如上所述的用于钛合金机械加工的水基润滑剂的方法，包括以下步骤：1）将去离子水、氧化钛纳米颗粒按比例充分机械混合后静置；2）将上述溶液进行低速离心处理，过滤掉大颗粒沉淀后，收集上层溶液；3）随后投入分散剂、消泡剂、助剂等物质，并在水浴状态下进行超声空化；4）静置后即可制得润滑剂。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤1）中，通过搅拌的方式进行机械混合，搅拌时间在1~5h的范围内。本专利技术更进一步改进方案是，所属步骤2）中，低速离心处理过程中，离心机转速在300~2000rpm的范围内。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤3）中，水浴的温度在20~75℃的范围内，超声空化的时间在1~5h的范围内。本专利技术的有益效果在于：第一、本专利技术的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，原料取材方便、制备工艺及方法简单，易于实验室及工业化生产。第二、本专利技术的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，用于钛合金机械加工的水基润滑剂以水为主体，因而冷却效果好、容易清洗、对环境无污染、对人体健康无害，属于环境友好型的润滑剂。第三、本专利技术的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，水基润滑剂中的氧化钛纳米颗粒可在钛合金表面形成转移膜，从而隔离金属-金属，降低摩擦、改善磨损。第四、本专利技术的用于钛合金机械加工的水基润滑剂的制备方法，超声空化过程促进了分散剂对氧化钛纳米粒子的有效包裹，从而防止颗粒团聚剂沉降，因而制备的水基润滑剂中的氧化钛纳米颗粒的分散性很好。附图说明：图1为载荷50N时，干滑动和含实施例2的氧化钛纳米颗粒的水基润滑剂状态下，GCr15钢/TC4合金的摩擦系数曲线。图2为实施例2载荷50时，干滑动和含实施例2的氧化钛纳米颗粒的水基润滑剂状态下，GCr15钢/TC4合金的磨损体积。具体实施方式：实施例1称取氧化钛纳米颗粒20g、月桂基硫酸钠12g、乳化硅油2g、丙三醇10mL、去离子水1L。将去离子水、氧化钛纳米颗粒混合后，机械搅拌2h，静置1h后，取上层溶液进行离心处理，转速为500rpm，过滤掉大颗粒后，收集上层溶液；将十二烷基硫酸钠、聚二甲基硅氧烷、丙三醇等投入到上述溶液，并充分搅拌后，水浴加热至50℃并超声空化5h，随后即可获得所需润滑剂。实施例2称取氧化钛纳米颗粒15g、聚乙烯亚胺5g、十二烷基苯磺酸钠15g、乳化硅油2g、聚乙二醇15mL、去离子水1L。将去离子水、氧化钛纳米颗粒混合后，机械搅拌2h，静置1h后，取上层溶液进行离心处理，转速为500rpm，过滤掉大颗粒后，收集上层溶液；将十二烷基磺酸钠、月桂基硫酸钠、乳化硅、聚乙二醇等投入到上述溶液，并充分搅拌后，水浴加热至50℃并超声空化5h，随后即可获得所需润滑剂。实施例3称取氧化钛纳米颗粒20g、聚乙烯亚胺6g、月桂基硫酸钠6g、十二烷基苯磺酸钠8g、乳化硅油2g、丙三醇10mL、去离子水1L。将去离子水、氧化钛纳米颗粒混合后，机械搅拌2h，静置1h后，取上层溶液进行离心处理，转速为500rpm，过滤掉大颗粒后，收集上层溶液；将聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠、聚二甲基硅氧烷、丙三醇等投入到上述溶液，并充分搅拌后，水浴加热至50℃并超声空化5h，随后即可获得所需润滑剂。将上述三个实施例制备所得的润滑剂分别采用UMT-2摩擦试验机在TC4钛合金表面的减摩抗磨作用进行了评价，并对比了干滑动条件下的摩擦磨损行为。对磨副选用GCr15钢球，硬度50HRC，滑动形式为往复式，振幅为4Hz，载荷为20N，滑动距离为28m。滑动开始前，在单位试样表面添加1mL/mm2的水基润滑剂，在随后的滑动过程中无任何添加。发现实施例2制备的润滑剂的数据为三个实施例中最差的，因此对实施例2所制备的润滑剂进行分析。实施例2制备的润滑剂的钛合金的摩擦系数和磨损体积结果如附图1和2所示。图1中，载荷50N时，添加水基润滑剂的摩擦系数明显低于干滑动状态下的摩擦系数，尤其是从400秒开始、至1700秒左右的时间范围内，添加水基润滑剂的摩擦系数稳定在小于等于0.15的范围内；而干滑动状态下的摩擦系数则是随着时间的推移逐步增加。图2中，载荷50N时，添加水基润滑剂的磨损体积明显小于干滑动状态下的磨损体积、而且添加水基润滑剂的磨损体积小于干滑动状态下的磨损体积的一半，所以添加水机润滑剂的磨损明显小于干滑动状态下的磨损。显然，含氧化钛纳米颗粒的水基润滑剂具有优良的摩擦磨损性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：包括下列物质：氧化钛纳米颗粒、分散剂、消泡剂和助剂，其余为去离子水，其中氧化钛纳米颗粒的浓度在15~30g/L的范围内，分散剂的浓度在10~25g/L的范围内，消泡剂的浓度在2~10g/L的范围内。

【技术特征摘要】
1.用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：包括下列物质：氧化钛纳米颗粒、分散剂、消泡剂和助剂，其余为去离子水，其中氧化钛纳米颗粒的浓度在15~30g/L的范围内，分散剂的浓度在10~25g/L的范围内，消泡剂的浓度在2~10g/L的范围内。2.如权利要求1所述的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：所述氧化钛纳米颗粒的形状为球状或近球状；所述氧化钛纳米颗粒的粒径在50~500nm的范围内。3.如权利要求1所述的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：所述分散剂由月桂基硫酸钠、聚乙烯亚胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种或多种组成。4.如权利要求1所述的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：所述消泡剂由乳化硅油、聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷中的一种或多种组成。5.如权利要求1所述的用于钛合金机械加工的水基润滑剂，其特征在于：所述助剂由丙三醇、聚乙二醇中的一种或多种组成。6.如权利要求5所述的用于钛合金机械加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋阳，龚韬，张满，丁红燕，周广宏，郭啸栋，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32