[发明专利]金属加工液

说明书

一种金属加工液，其包含pH缓冲体系，所述pH缓冲体系包含一种或多种有机酸和一种或多种有机胺。所述有机酸包括芳族羧酸和C₁₀或更高级的脂族羧酸，所述有机酸可以代替硼酸，使得所述金属加工液可以不含硼酸。所述有机酸可以包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸中的至少一种。所述一种或多种有机胺包括胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。使用所述金属加工液的方法包括：通过使金属表面与工具接触来使所述金属成形，同时采用所述金属加工液冷却和润滑所述金属表面或所述工具中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种用作金属加工冷却剂和润滑剂的流体。具体而言，本发明涉及基本上不含硼酸及其盐的金属加工液(metalworking fluid)。所述流体可用于各种金属(例如铸铁和铝)的金属加工(例如机械加工、铣削、车削、磨削、锻造、拉管和拉丝等)。

背景技术

金属加工过程，例如切削，会由于摩擦而产生热量。例如，在铣削过程中，旋转切削工具用于有条不紊地从金属工件去除材料并将金属工件成形为最终部件。铣削工具与工件之间的接触产生摩擦，从而导致工具/工件接触区域的温度升高。当制造大量部件时，必须控制生产过程中产生的过多热量，以保护工具和工作表面。不受控制的高温可能软化工具或降低工具的完整性，从而导致工具故障，损坏工件，或者由于引起金属的不希望的热膨胀或氧化而损坏成品部件的表面。为了去除在金属加工过程中产生的热量，向工具/工件接触表面施加流体，以有效且快速地冷却工具和工件。金属加工液还起到润滑剂的作用，从而提供减少摩擦和工具磨损的优点。用所述流体冲洗可以将金属碎屑从接触表面去除。这使得能够以更少的废料和再加工来更快和更高质量地生产部件。

许多金属加工液是水和油的混合物，以提供冷却和润滑功能。因为这两种流体是不混溶的，所以通常在金属加工组合物中加入乳化剂以确保流体保持良好混合。金属加工液的酸度/碱度会影响乳化剂的性能。通常，较高的pH对于最佳乳化剂性能是优选的，例如pH为8或更高。pH为9.0或更高的碱性流体还提供防止细菌在水稀释的金属加工液中生长的优点。最后，一些钢合金在pH水平低于8.0时会发生腐蚀，因此，在一些情况下，将pH保持在9.0附近可以减少对钢合金的腐蚀。

相比之下，高碱性流体可能表现出一些缺点。例如，如果pH为9.5或更高，皮肤接触流体可能会引起刺激。金属加工过程的热和机械作用会产生金属加工液的雾，并且如果在pH高于9.5时暴露于雾中，操作者可能会经历皮肤、眼睛、鼻子或喉咙的刺激。此外，某些金属不能耐受高pH，例如一些铝合金和黄色金属(黄铜、铜、青铜)。铝或黄色金属在高碱性pH水平下会沾污，或者甚至溶解。因此，通常在金属加工液中包含添加剂，所述添加剂用作缓冲剂并控制金属加工液的pH，使pH保持高于8，优选在9至9.5的范围内。

硼酸盐和有机胺通常用于帮助将水基金属加工冷却剂缓冲到约9.3的工作pH，以促进抗微生物性能和防腐。然而，硼酸的缺点是硼酸暴露与一些有害的健康影响有关。根据全球化学品统一分类和标签制度(GHS)，含有5.5％或更多游离硼酸的产品需要被归类为“对生殖有毒”。欧盟REACH法规要求在含有多于0.1％的游离硼酸的产品的安全数据表中标明游离硼酸的存在。由于与含有硼酸的产品相关的安全问题，需要一种用于金属加工液的替代pH缓冲剂。

发明内容

在本发明的第一实施方案中，金属加工液包含pH缓冲体系，其中所述pH缓冲体系包含一种或多种有机酸和一种或多种有机胺，其中所述有机酸选自芳族羧酸和C₁₀或更高级的脂族羧酸，并且所述一种或多种有机胺选自胺值为至少50mg KOH/g的脂族胺和芳族胺。