[发明专利]含石墨烯分散液的金属切削液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属切削加工润滑领域，尤其涉及一种含石墨烯分散液的金属切削液及其制备方法。

背景技术

石墨烯即为单层石墨片，厚度仅有0.335nm，是由碳原子排列而成的2D蜂窝状晶体结构。2004年，英国曼彻斯特大学的科学家Geim和Novoselov合作，第一次制备了能够独立存在的石墨烯二维材料，获得了2010年诺贝尔物理学奖。此后石墨烯奇特的电学、力学、光学及摩擦学性质逐渐被科学家们发现。石墨烯是一种零带隙半导体，石墨烯的硬度和强度是已知材料中最高的，硬度比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。同时，石墨烯在光学方面也表现出奇异的特性。单层的石墨烯可以吸收2.3％的可见光，透光率为97.7％。按理论分析单层原子组成的物质不会有这么高的透明度，然而单层石墨烯不寻常的低能电子结构，在狄拉克点电子和空穴的能带相交，所以才会产生如此高的透光率。2013年美国阿贡国家实验室科学家Anirudha Sumant和Ali Erdemir领导的研究小组揭开了石墨烯润滑神秘面纱，研究小组发现在钢材的接触表面吸附上一层石墨烯将大幅减小其摩擦系数和磨损率，并能有效防止其生锈，堪称神奇。这一工序成本很低、操作简单，只需把含有少量石墨烯的溶液滴到两个接触面之间即可。随着接触面之间的相对运动，石墨烯会均匀并且牢牢地附着在整个接触表面。

结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其它介质(如溶剂等)相互作用较弱，且石墨烯的片与片之间存在较强的范德华力，容易产生团聚，使其难溶于水以及其它常用的有机溶剂。这就需要对石墨烯表面进行改性，使其在分散介质中稳定分散。

切削液在金属加工中是必不可少的，目前，水基切削液较油基切削液而言，具有优良的冷却、清洗性能，且成本较低，无污染，符合可持续发展的社会要求，但润滑性能差，因而应用范围受到限制。一些含S、P、Cl等元素的有机化合物，它们虽有一定的良好作用，但会严重污染外界环境和工作环境。随着人们对工作、生活环境要求的提高，这些添加剂的使用必将受到越来越严格的控制。

发明内容

发明要解决的问题

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能在水基介质中稳定分散且润滑性能高的含石墨烯分散液的金属切削液及其制备方法。

用于解决问题的方案

本发明提供一种含石墨烯分散液的金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下:

润滑性添加剂：0.2-2.0％，优选0.5-1.5％，更优选1.0％；

防锈剂：5-7％，优选6-7％，更优选7％；

缓蚀剂：0.2-0.5％，优选0.3-0.5％，更优选0.3％；

抗硬水剂：0.05-0.15％，优选0.1-0.15％，更优选0.1％；

润滑剂：15-20％，优选15-17％，更优选15％；

余量为水；

所述的润滑性添加剂为石墨烯分散液。

根据本发明所述的含石墨烯分散液的金属切削液，其中所述的石墨烯分散液包括氧化石墨烯、乌洛托品和十二烷基苯磺酸钠，其中所述的氧化石墨烯占所述的石墨烯分散液的0.05-0.20％，优选0.08-0.18％，更优选0.15％，其中所述的乌洛托品占所述的石墨烯分散液的0.01-0.15％，优选0.05％-0.15％，更优选0.075％，所述的十二烷基苯磺酸钠占所述的石墨烯分散液的0.005-0.02％，优选0.008％-0.02％，更优选0.01％。

根据本发明所述的含石墨烯分散液的金属切削液，其中所述的石墨烯分散液通过以下方法制备：

将氧化石墨烯分散到去离子水中，配制成水溶液，再加入乌洛托品，在搅拌下回流反应，接着加入十二烷基苯磺酸钠，超声处理，得到润滑性添加剂石墨烯分散液。

根据本发明所述的含石墨烯分散液的金属切削液，其中氧化石墨烯和乌洛托品质量比为1:1至3:1，优选2:1。

根据本发明所述的含石墨烯分散液的金属切削液，其中所述的防锈剂为葡萄糖酸钠、硼砂、三乙醇胺按6:6.5:7.5至6:7:8的质量比组成的混合物，优选按6:7:8的质量比。

根据本发明所述的含石墨烯分散液的金属切削液，其中所述的防锈剂通过以下方法制备：将葡萄糖酸钠、硼砂、三乙醇胺均匀分散在水中，并将pH值调至8-10。