[发明专利]一种具有润滑自增强功能的耐高温离子液体切削液

说明书

本发明属于金属切削加工技术领域，公开了一种在切削加工区域具有润滑自增强功能的耐高温离子液体切削液，所述离子液体切削液由咪唑类阳离子和氟化硼类阴离子组成，其制备方法为：使用适当的胺与卤代烷通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤代盐，再将卤代盐与目标阴离子的银、碱金属、铵盐发生置换反应制备离子液体。与普通植物油、矿物油切削液相比，本发明切削液可耐500℃以上的高温，其阴、阳离子结构具有导电性，切削区摩擦电子发射和自生电场可促进其高效、快速渗入与吸附。其具有润滑自增强功能，苛刻加工条件反能促进其润滑，在一定范围内切削速度越高，所形成润滑膜越充分、稳定。可以用于高速切削加工时的微量润滑(MQL)。

技术领域

本发明属于金属切削加工技术领域，涉及一种在切削加工区域具有润滑自增强功能的耐高温离子液体切削液及其制备方法。具体涉及一种可用于高速切削加工的耐高温离子液体切削液及其制备方法。

背景技术

机械制造业中目前有90％以上的零件通过切削加工制成，随着刀具、材料技术的不断发展，切削速度不断提高，需要持续研发新切削介质以满足高速加工的需求。目前，多数切削工况下都需要使用切削液进行润滑和冷却，以降低切削力、切削温度，提高刀具寿命、工件质量等，切削液的成本约占零件加工总成本的7～17％。切削液中含硫、磷、氯的有毒添加剂造成了环境污染，危害工人身体健康。随着环保法规监管的日趋严格和人们环保意识的提高，在切削加工领域发展以微量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)、干切削为代表的绿色切削技术是未来重要的方向。MQL所用切削介质以植物油、矿物油为主，但这类分子型切削油的燃点低、粘度高、活性差，加工时难以突破切削区高温屏障并有效渗入到切削界面起润滑作用。

高速切削时产生大量的热，使切削温度可达800-900℃，有时甚至高达1200℃，压强可达2GPa。高温使切削过程出现一系列问题，如工件表面完整性退化、加工精度和质量降低、刀具快速磨损等，因此通常需要使用切削液对切削区域进行冷却和润滑。但无论是基础液还是润滑添加剂，其热分解温度一般不超过300℃，这使得切削液未及渗入高温切削区域之前便已经分解，难以真正有效发挥作用。

切削加工时，切削液可以通过刀/屑界面毛细管网络的渗透，在刀具表面和新生金属表面形成局部润滑吸附和反应膜。切削液发挥作用的前提是切削液渗入毛细管的时间必须小于毛细管存在的时间。切削液在切削区域毛细管中的渗入效果首先受切削液自身的性质的影响，如分子尺寸越小、粘度越低、润湿性越好，毛细作用越明显，越有利于切削液的渗入。传统切削油的粘度高、分子量大、表面张力大，使用时实际上在切削区域的渗入性能较差。切削液在切削毛细管中的渗入还受切削区物理化学环境影响，研究表明，无论在边界润滑或干摩擦状态下，当两种材料互相滑擦时，电子将从材料表面逸出，即摩擦电子发射，这些发射的高能电子将产生高达1000V/cm的自生电场。切削区域由摩擦电子发射产生的自生电场可对刀/屑接触区毛细管中切削液的渗入产生显著影响。

本专利发明一种耐高温离子液体可满足高速、重载微量润滑切削条件下高温切削界面的润滑与冷却需求。离子液体(ionic liquids，ILs)又被称为低温熔融盐，是全部由有机阳离子和阴离子组成的在室温或相邻温度下呈现液态的物质，也可称为室温离子液体、室温熔融盐。相比于传统植物油、矿物油切削液而言，利用离子液体作为MQL切削介质主要具有以下突出优势：

(1)作为一种液体，离子液体具高的热稳定性，其热分解温度可高达600℃，这使其能在切削高温区域存在，并更好的突破高温屏障渗入剧烈摩擦区域。

(2)离子液体具有阴阳离子结构，有导电性，且表面张力小、粘度低，这使其在切削区域摩擦自生电场的作用下具有高效、快速的渗入性能，与普通切削液相比，可大大缩短毛细管渗入的时间。

(3)离子液体润滑性能极好，可优于全氟聚醚(PFPE)、二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)等极压剂，且在一定范围内，其具有润滑自增强功能，即切削速度、切削温度的升高反而会促进离子液体的润滑，所形成的润滑膜越充分、稳定。