陳志忠，曹正強(qiáng)，李銘

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用原料

(1)NaCl、Na2SO4、MgSO4·7H2O、CaCl2均為科密歐分析純?cè)噭?/p>

(2)選用的切削液為昆侖微乳型切削液，其典型值見(jiàn)表1。

表1 昆侖微乳型切削液典型值

1.2 試驗(yàn)方法

(1)防銹試驗(yàn)

參考IP287鑄鐵屑法。取2.00g鑄鐵屑，用丙酮清洗后，置于(105±2) ℃的烘箱中烘干。然后將其均勻分布中90 mm中間畫(huà)有50 mm×50 mm試驗(yàn)區(qū)域的濾紙上。濾紙放入培養(yǎng)皿中，用滴管吸取2 mL的待測(cè)試樣，均勻滴在鑄鐵屑上，蓋上表面皿。在20 ℃左右的室溫下放置2 h，用清水沖洗濾紙，烘干后觀察銹蝕情況，并根據(jù)事先畫(huà)好的空白刻度模具定量估算銹蝕面積。

(2)穩(wěn)定性試驗(yàn)

將待測(cè)試樣放置于帶刻度的100 mL的容量瓶中，在烘箱60 ℃放置4 h，取出后觀察試樣外觀有無(wú)變化，有無(wú)絮狀物或析油析皂現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 水溶液中常見(jiàn)陰離子對(duì)防銹性的影響

影響切削液防銹性的因素有很多，比如切削液自身防銹性優(yōu)劣程度、使用的濃度、pH值，環(huán)境溫度和濕度，工藝所涉及的使用方法等[3]。本研究聚焦于水溶液中的陰離子對(duì)防銹性帶來(lái)的影響。

2.1.1 昆侖微乳型切削液在去離子水中的防銹性能

首先考察了昆侖微乳型切削液在去離子水中的防銹性能，并以此作為參照考察陰離子對(duì)切削液防銹性能的影響。從表2中可看出，昆侖微乳型切削液的防銹性能優(yōu)異，在3%、2%濃度時(shí)均無(wú)銹，在1%濃度時(shí)只有極輕微的銹蝕。

表2 昆侖微乳型切削液在去離子水中的防銹性評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.2 氯離子對(duì)防銹性的影響

以NaCl為溶質(zhì)，去離子水為溶劑，配置NaCl溶液。分別配置氯離子濃度為3 mmol/L、6 mmol/L、9 mmol/L的溶液。以上述溶液為配液水，配置不同濃度的切削液稀釋液，并考察各自的防銹性,見(jiàn)表3。

表3 昆侖微乳型切削液在NaCl溶液中的防銹性評(píng)價(jià)結(jié)果

從表3中的9組試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著氯離子含量的增加，配液水的電導(dǎo)率增大，稀釋液的防銹性能變差，1%濃度的銹蝕面積也逐漸增大。當(dāng)氯離子濃度為9 mmol/L時(shí)，2%濃度的稀釋液開(kāi)始出現(xiàn)銹蝕?？梢?jiàn)，水溶液中少量的氯離子存在會(huì)導(dǎo)致稀釋液防銹性能急劇下降。

2.1.3 硫酸根離子對(duì)防銹性的影響

以Na2SO4為溶質(zhì)，去離子水為溶劑，配置Na2SO4溶液。分別配置硫酸根離子濃度為3 mmol/L、6 mmol/L、9 mmol/L的溶液。以上述溶液為配液水，配置不同濃度的切削液稀釋液，并考察各自的防銹性,見(jiàn)表4。

表4 昆侖微乳型切削液在Na2SO4溶液中的防銹性評(píng)價(jià)結(jié)果

表4試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硫酸根離子濃度增大，配液水電導(dǎo)率增大，稀釋液的防銹性能逐漸變差。其防銹性變化趨勢(shì)和氯離子濃度增大的變化趨勢(shì)一致，但相同摩爾含量的硫酸根離子對(duì)銹蝕產(chǎn)生的影響比氯離子大。

2.1.4 氯離子和硫酸根離子對(duì)防銹性的影響

以NaCl和Na2SO4為溶質(zhì)，去離子水為溶劑，配置溶液。分別配置氯離子和硫酸根離子總濃度為3 mmol/L、6 mmol/L、9 mmol/L的溶液。其中，氯離子和硫酸根離子的摩爾濃度比為1∶1。以上述溶液為配液水，配置不同濃度的切削液稀釋液，并考察各自的防銹性，見(jiàn)表5。

表5 昆侖微乳型切削液在NaCl和Na2SO4溶液中的防銹性評(píng)價(jià)結(jié)果

為進(jìn)一步驗(yàn)證陰離子總含量對(duì)防銹性的影響，開(kāi)展了以下試驗(yàn)：以NaCl和Na2SO4為溶質(zhì)，去離子水為溶劑，配置溶液。分別配置氯離子和硫酸根離子總濃度為12 mmol/L、18 mmol/L的溶液。其中，氯離子和硫酸根離子的摩爾濃度比為1∶1。以上述溶液為配液水，配置2%濃度的切削液稀釋液，并考察其防銹性，見(jiàn)表6。

表6 陰離子含量進(jìn)一步增加后防銹性評(píng)價(jià)結(jié)果

表6的試驗(yàn)結(jié)果表明，陰離子總量從9 mmol/L依次提高至12 mmol/L、18 mmol/L時(shí)，2%濃度稀釋液的鑄鐵屑銹蝕面積從1%增加至20%，從輕銹變化至中銹，可見(jiàn)水溶液中陰離子含量越大，對(duì)稀釋液的防銹性影響越大。

2.1.5 陰離子對(duì)防銹性影響的原理探討

根據(jù)電化學(xué)原理，在中性鹽溶液中，大多數(shù)金屬腐蝕的陰極過(guò)程是氧分子的還原。水中溶解氧起陰極去極化作用，促進(jìn)腐蝕。

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

陽(yáng)極：Fe→Fe2++2e

2OH-+Fe2+→Fe(OH)2(鐵銹主要成分)

在鹽濃度較低的溶液中(本次試驗(yàn)鹽濃度低于1%)，金屬的腐蝕速度主要取決于氧的擴(kuò)散速度和電極反應(yīng)過(guò)程的速度。鑄鐵屑試驗(yàn)中，鑄鐵屑表面黏附了一定厚度、一定面積的薄水膜，氧在薄膜中的溶解度以及擴(kuò)散速度都比在大容量的水中要快很多，這也使得鑄鐵在薄膜下的腐蝕要比浸在水中嚴(yán)重。其次，隨著鹽濃度的增加，溶液導(dǎo)電性增大，加速了電極反應(yīng)過(guò)程，腐蝕速度因此也隨之增大。這解釋了隨著陰離子含量的增大，鑄鐵的銹蝕面積也隨之加重。當(dāng)鹽濃度達(dá)到3%時(shí)[4]，金屬的腐蝕速度達(dá)到最大。隨著鹽濃度的進(jìn)一步增大，由于氧的溶解度顯著下降，故腐蝕速度在濃鹽溶液中反而下降，即發(fā)生了所謂的金屬鈍化現(xiàn)象。

2.2 水溶液中常見(jiàn)陰離子對(duì)穩(wěn)定性的影響

水中的鈣鎂離子可能與切削液中的有效成分發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)切削液的性能產(chǎn)生很大的影響，如對(duì)抗泡性、防銹性、潤(rùn)滑性以及穩(wěn)定性等均有一定程度的影響。本研究聚焦在一定硬度的水中，不同含量的陰離子對(duì)體系穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)考察了硬度分別為2.5 mmol/L(14°dH)與5 mmol/L(28°dH)下，陰離子含量由低到高時(shí)稀釋液的穩(wěn)定性。

以MgSO4.7H2O 和CaCl2為溶質(zhì)，配置一系列溶液，其中，Ⅰ組水溶液的Mg2+與Ca2+的總量為2.5 mmol/L，Ⅱ組水溶液的Mg2+與Ca2+的總量為5 mmol/L，陰離子的含量均由小變大。表7列出溶液的配置方法與離子濃度。

表7 相同硬度下不同溶液陰離子的含量及溶液電導(dǎo)率

將微乳型切削液分別與上述八組硬水和去離子水配置5%的稀釋液，放置于帶刻度的容量瓶中，在烘箱60 ℃放置4 h，觀察稀釋液外觀，見(jiàn)表8。

表8 穩(wěn)定性考察試驗(yàn)結(jié)果

從表8試驗(yàn)結(jié)果可看出，微乳型切削液在去離子水中非常穩(wěn)定，60 ℃放置4 h后，外觀未發(fā)生變化，且無(wú)析出物。水質(zhì)硬度為2.5 mmol/L時(shí)，隨著陰離子總摩爾量的增大，稀釋液電導(dǎo)率逐漸增大，透明度逐漸下降，且開(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。當(dāng)陰離子濃度增大至4.63 mmol/L時(shí)，稀釋液開(kāi)始析油，陰離子濃度繼續(xù)增大，稀釋液析油量增加。

水質(zhì)硬度為5 mmol/L時(shí)，隨著陰離子含量的增加，稀釋液的析油析皂現(xiàn)象逐漸加重，呈現(xiàn)出和硬度較小時(shí)的相同趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，鈣鎂離子僅是導(dǎo)致切削液不穩(wěn)定的一個(gè)方面，水溶液中陰離子含量的增加，也是導(dǎo)致切削液不穩(wěn)定的另一個(gè)重要原因。

此外，通過(guò)比對(duì)溶液的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)出很好的規(guī)律性。隨著電導(dǎo)率的增大，稀釋液的穩(wěn)定性逐漸降低。這也是一些切削液廠家將電導(dǎo)率納入切削液管理的主要原因[6]，也有一些文獻(xiàn)報(bào)道將切削液的電導(dǎo)率作為換液依據(jù)，在日常使用中應(yīng)將其控制在5 ms/cm以下[7]。

3 結(jié)論