1. 前言

　　金屬加工過(guò)程中的摩擦和形車房變會(huì)釋放出大量熱量。 劇但例如，切削時(shí)切屑和刀具溫度達到800℃,磨削時(shí)達草黃到1200℃[1]，切削液的冷卻作店跳用至關重要。表1比較了水基和油基切削磨削液的冷卻參數[2火影]。

表1 水、油冷卻性能(néng)比較

　　根據表1，水的導熱系數是油的3-5倍，比熱什務也大1倍以上，水基切削磨削液的冷卻能(nén火線g)力遠比油基的好(hǎo)，加之，在加工區域良好(hǎo)的滲透能(né筆店ng)力和清洗能(néng)力，水基明能切削液的應用越來越廣泛，例如在加工中心，加工量大的粗體愛加工序幾乎都(dōu)是使用水低商基切削磨削液。

　　2. 水基切削磨削液的種(zhǒng)類及其性能(néng)特點

　　國(guó)内外對(duì)年坐水基切削磨削液有不同的分類。1986年通過(guò街南)實施的ISO6743/7將(jiāng)水基切削磨削液分為從MAA到MA開話I共9類，日本JISK2241將(jiā森錯ng)其分為A1-A3三類，美國(guó)農嗎ASTM D2881-03則分為含石油制品液體和不含石油制麗但品液體兩(liǎng)種(zhǒng)。我國(guó)在村爸1989年制訂的GB/T7631.5-1989等效采用ISO6743/7[3什廠]，也按9類歸分。雖然不同标準的具體歸類有所不同，但從大類及業界共同觀點是將雪了(jiāng)水基切削磨削液分為三類：乳化液(含礦物油那遠量在50%以上，基本不含水)、半合成(chéng)液或微乳化切削看亮液(含油量一般少于25%)和合成(chéng)液或化學(xué飛地)溶液(不含礦物油)。也有資料[2]認為將(ji分靜āng)化學(xué)溶液稱為合成(ch討跳éng)液以及將(jiāng)微乳化液叫(舊紅jiào)做半合成(chéng)液是不正确的，因為和合成(鄉坐chéng)沒(méi)有任何關系，從化學(xué)觀點看，這(z請農hè)個說(shuō)法是正确的，也更準确，但業界目前仍然普遍流行乳化，合成(動東chéng)和半合成(chéng)的稱謂和分類。

　　乳化、合成(chéng)、半合月著成(chéng)這(zhè)三類水基産品中，含油量不同那但，必然帶來組成(chéng)和性能(néng)上的醫可明顯差異，可從以下幾個方面(miàn)對(duì)比分析工事。

　　2.1. 第二相尺寸[4]。

　　乳化液是油分布在水中形成(chéng)的宏觀均勻體系。油粒相國尺寸一般在1-10微米;半合成(chéng樹看)液隻含不到20%的礦物油卻含更多乳化劑，油粒尺寸比乳化液小得多見河，隻有0.05-1微米;而合成(chén樹草g)液被(bèi)認為是真溶液，是均勻的單相體系，尺寸是原紅長子級的，即就(jiù)是為了防鏽等而添加的添加劑，形成(ch很購éng)的也是膠體溶液，粒子尺寸在0,05微米以下。第二相尺寸差關黃異影響到液體外觀。可見光波長(cháng)在0.4-0.7微米，顯然算她，乳化液中的油粒能(néng)反射太他電陽光，故外觀呈乳白色;半合成(ché姐影ng)液中油粒散射太陽光，呈現藍色半透明;合成(chéng)液中因太陽光直接舞快穿過(guò)而顯現透明狀态。

　　2.2. 防鏽性能(néng)習黃

　　乳化液含油量高，油粒尺寸大，加工後(hòu)在工件和機床上殘秒舞留一層油膜，起(qǐ)到防鏽作用。加之朋是，乳化液中很多帶極性的潤滑和防鏽添加劑都(dōu)是油溶性的，它們也會學慢(huì)随同油一起(qǐ)析出，極性添加劑的畫章吸附力強，極性端吸附在金屬表面(miàn)，能(néng)排開(kāi)表面(高作miàn)水膜同時(shí)疏水端向(xiàng)外，形成(c多車héng)新的低能(néng)量的表面(miàn)，較難被(bèi)水潤道女濕，配合油膜一起(qǐ)提供良好(鐘海hǎo)的防鏽性。合成(chéng)液不含油，防鏽能(n子看éng)力較差，且表面(miàn)張力小(約雨視4x10-4N/cm),潤濕穿透能(né看短ng)力強，對(duì)機床防鏽漆膜有侵蝕作用。半合成(chéng)液的防鏽子文性能(néng)介于乳化液和合成(chéng)液之間理問。

　　2.3. 潤滑能(néng)力

　　乳液中油粒尺寸大，在摩擦接觸區域可吧，油相容易從乳液中析出，起(qǐ)到潤遠間滑作用，潤滑能(néng)力高。乳化液潤滑能(吃樂néng)力好(hǎo)，不僅在于含油量高及油粒尺寸大，還(hái)區我在于很多潤滑劑如形成(chéng)有機吸附膜的我藍油性抗磨劑或者憑借化學(xué)反應形成(chéng)南匠無機膜的極壓潤滑劑，大都(dōu)是油溶性的，因此很綠，乳化液潤滑能(néng)力的實新有現手段相當豐富，容易滿足苛刻加工的西知潤滑要求。另外，有些加工工序對(duì)反應性強的極壓劑敏感，例如鋁還謝合金加工，在這(zhè)種(zhǒng)情機日況下，采用較大油粒尺寸，較高油含量和油性劑就(ji說拿ù)成(chéng)為潤滑實現的老朋重要手段。

　　2.4. 廢液處理

　　乳化液廢液處理方法相對(duì)簡單容易，明離通過(guò)破乳去除大部分油及溶于油的多種(zhǒng)有機物。乳身明化液大都(dōu)采用陰離子乳化劑，陰離子乳化劑在pH大于7才有去關明顯乳化作用，破乳時(shí)，添加無機酸如硫酸、鹽酸或者弱堿強酸鹽如AlCl大房3,FeCl3等降低pH，或者添加陽離子乳化劑，使陰離子乳化劑失去城照作用，達到破乳。對(duì)于半合成(chéng)的在和合成(chéng)液，由于含有大量的水溶性添加劑，顯著增加了廢液處理困開媽難。據介紹，廢液處理成(chéng)本日民高在美國(guó)是乳化液回歸成(chéng)為用戶主要選擇的重要短船原因。

　　根據以上分析，乳化液有潤滑、防票到鏽和廢液處理性能(néng)好(hǎo)雜請的突出優點。相對(duì)乳化液，半合麗來成(chéng)液和合成(chéng)液使用話紅方面(miàn)的不足之處也值得注意。例如，半市吧合成(chéng)液含油少，但為了達到細事店小的油粒尺寸，卻含有比乳化液更多的乳化劑(表面(miàn)活性劑你為)，降低了表面(miàn)張力，雪們使得合成(chéng)液和半合成(chéng)在使用過(g紅國uò)程中容易産生泡沫，而泡沫又對(d又長uì)冷卻和潤滑不良影響。再如，媽離使用過(guò)程中不可避免地存在外來油品洩漏如液壓油、齒輪油和軸承睡水油的洩漏等，合成(chéng)液和火喝半合成(chéng)液的設計思路是不含油或者和那含油量少油粒尺寸小，但外來洩漏的油品卻不可避免地被(bèi)乳化進(j理生ìn)來，和合成(chéng)液和半微新合成(chéng)液的産品設計思路不符校煙，對(duì)應用造成(chéng)比乳化液更大的不利影響。當然，合成(厭你chéng)液具有透明、冷卻沖刷性能(néng)好(hǎo)的鐘通優點，适合用在磨削加工上，這(zhè)也是業界的劇市共識。

　　乳化液具有這(zhè)些優你慢勢，但實際中不少客戶更青睐半合成(chén雪要g)液，主要是出于穩定性上的考慮。乳液穩定性較差主要在于其制匠含油量高更容易滋生細菌，但采用先進(匠銀jìn)的生物穩定技術，可較為徹底地抑制微生物滋紅光生，大幅提高乳液穩定性，在這(zhè)種藍也(zhǒng)情況下，選用乳化液，能(néng)給用農離戶帶來更多益處。

　　3. 水基切削磨削液的中的微生物滋生

　　微生物滋生需要的營養物質有：1)水;2)碳源;3)氮源;4)能(nén些上g)源;5)礦物質;6)生長(ch有跳áng)因子。除生長(cháng話照)因子外，其它都(dōu)是所有微生物生長(ch劇畫áng)的必備營養物質。顯然，體司水基切削磨削液具備微生物滋生的所有營養物爸家質，是微生物滋生的理想場所。水基切削慢站磨削液中的組分還(hái)可能(néng)兼具不同的營海光養效果，例如在乳化液中大量存在的礦物油和各種(zhǒng)有機物添刀高加劑既是微生物滋生的碳源，同時(shí)也能(néng)提供其生物新長(cháng)的能(néng)源。乳化液中的有機碳源最多，所以乳化液更易遠長滋生細菌，是造成(chéng)乳化液穩定性低、壽命短的主要開長原因。

　　水基切削磨削液出現的微生物南喝種(zhǒng)屬包括革蘭氏染色陰性細菌(氣杆菌屬、假單胞菌區來屬、布魯氏杆菌屬、變形杆菌屬等)，革蘭氏染色陽性細菌(巴叠球菌、葡還子萄球菌、鍊球菌)，黴菌(在合成(chéng)液中更容易出現)和酵母車通等[5] 。實際上，微生物的滋生會(huì)形成(chéng)菌落群體，包含農個種(zhǒng)類繁多的各種(zhǒng)菌體，圖器多1顯示了菌落中的多種(zhǒng)菌體組合。

　　對(duì)菌落中微生物的歸類命名繁多複雜，似開生無必要，但了解微生物滋生的生理特性無疑是拿師有意義的。例如，按照微生物生長(cháng)過(gu地呢ò)程中對(duì)氧氣的需求程度，分為專性好(hǎo)靜你氧菌(有氧條件下生長(cháng))、專性厭氧菌(無氧條件下生問錢長(cháng))和兼性厭氧菌。專性好(hǎo)氧菌具有完備的呼吸系統，能(些森néng)夠利用多種(zhǒng)營養物質，而好(hǎo)氧菌生長(chán姐到g)一方面(miàn)為厭氧菌坐紅提供了食物條件，即其新陳代謝的産物構成動森(chéng)厭氧菌食物，如圖2所示[6];湖銀另一方面(miàn)，好(hǎo)氧菌生長(cháng)消耗了就黑氧氣，在菌落心部為厭氧菌生長(cháng劇厭)創造了無氧條件，如圖3所示[7]。

圖2 好(hǎo)氧菌和厭氧菌的新陳代謝過(我我guò)程

圖3 好(hǎo)氧菌滋生所形成(chéng)的低氧高硫環境

　　圖2中的第一階段，好(hǎo)氧菌代謝現什生成(chéng)的糖和蛋白質，促進(jì外鐘n)了第二階段菌類即厭氧菌的繁殖生長(cháng)，并明老進(jìn)而促進(jìn)了民信第三階段的菌類生長(cháng)，硫酸還(hái)原菌將區科(jiāng)S還(hái)原為-2價，生成(chéng)有臭志近味的H2S。圖3中，好(hǎo)氧菌生長(cháng)消耗了氧氣，在菌落心部，信訊氧氣含量極低，促進(jìn)了厭氧菌的繁殖生長道作(cháng)，硫含量是和氧成(chéng)反比，在這(zhè)種你開(zhǒng)環境下，硫酸還(hái)原菌鐵大會(huì)滋生，生成(chéng)家黃産物H2S。

　　4. 微生物滋生的危害

　　微生物的滋生有多種(zhǒng)危害。

　　4.1. 降低系統的pH

　　水基加工液大多采用有機胺如醇胺等作為系統的緩沖體系或堿性保持劑，維持系冷生統較高的pH。但胺可能(néng)作為細菌滋生的氮源被(bèi)消耗現妹(固氮微生物可利用空氣中的氮分子作為氮源)，導緻系統pH下降銀林;更重要的，如圖2、圖3所示，水基系統中的硫被(bèi)還(há相嗎i)原成(chéng)H2S，舞來降低了系統的pH，同時(shí)散發(fā)公輛出臭雞蛋類的臭味。實際上，微生物的新陳代謝涉及和促進(jìn)了有機物氧化水師，伴随多種(zhǒng)酸性物質産生，這(zhè)些都(分日dōu)降低了體系的pH。

圖4 不同pH下的ESI

　　4.2. 降低了乳化液穩定性

　　乳化液主要采用陰離子乳化劑，在較高pH下起(qǐ)到乳化作用。pH下降對內，降低陰離子乳化劑的乳化效率，從而降低乳化液穩見房定性。圖4是在不同pH值下測定的乳化液的ES也長I(Emulsion Stability Index,乳液商車穩定指數)，可見pH降低，乳化液穩定性顯著下降。

　　4.3. 降低乳液的潤滑能(néng)得新力

　　乳液穩定性降低，會(huì)出現油析，不僅濃度河外難以維持，而且因乳化液中的潤滑成(chéng)分大都(dōu)路山是油溶的，會(huì)随之一起(qǐ)析出，進(jìn)一步降低了乳化液的潤看懂滑能(néng)力，降低加工精度，增加刀具後(hòu報時)刀面(miàn)磨損。極壓劑的随同析出，促使刀尖部位積屑瘤産生，而兵林積屑瘤的反複剝落生長(chán短紅g)，增加了刀具磨損，也降低了表面(miàn在數)加工精度。

　　4.4. 降低了乳化液防鏽能(néng)力[8]。

圖5 毒血症所引起(qǐ)的肝部細胞死亡

　　pH降低，乳化液穩定性降低導緻嗎計油析，也會(huì)使乳液中的防鏽添加劑随同析出可章，降低防鏽性能(néng)。不僅腦視如此，微生物滋生還(hái)通爸那過(guò)如下機制加速腐蝕：1)在形成(chéng)菌落心部，硫酸還(há子術i)原菌滋生，産生H2S, pH很低，直接産生腐蝕，路很形成(chéng)微生物誘發(fā)腐蝕MIC(Micro-induc市說ed-corrosion);2)絕大多數腐蝕是電化學(xué)腐蝕，跳劇電化學(xué)腐蝕速度會(huì)因極化減慢，但硫酸還(hái)原菌車爸和某些可能(néng)形成(chéng)内孢子的革蘭氏陽快又性杆菌含有氫化酶，去除在陰極上積累的氫離子，去氫屏障的子，加速腐蝕;3)生物膜的電位差加速了電子流動，加劇了腐蝕裡自;4)有機弱酸與無機鹽形成(chéng)無機強酸(主要是鹽酸)，嗎坐侵蝕金屬表面(miàn)。

　　4.5. 增加生産成(chéng)本，降低生産拿自效率

　　金屬加工液腐敗變質顯著增加了使用成(chéng)本，可能(néng)包括[這這9]：

　　· 更換腐敗金屬加工液的直接費用

　　· 換油損失的生産工時(shí)

　　· 降低質量引起(qǐ)的質量成(chéng)本

　　· 換液的人工成(chéng)本

　　· 廢液處理成(chéng)本

　　· 刀具磨損成(chéng)本

　　4.6. 對(duì)健康、安全和環境的危害算我[10]

　　微生物滋生惡化了工作環境，危害操作者人身健康。微生物見在新陳代謝過(guò)程産生的多種(zhǒng)有害氣體的我 MVOC (含菌氣體有機組分)，菌體的内毒素、以及新陳代友內謝産生和死屍上仍舊發(fā)出的外毒素等都(dō朋水u)對(duì)人體健康有多方面(miàn)危害：皮膚過(guò)自湖敏發(fā)炎，呼吸道(dào城房)感染，可能(néng)還(hái)會(huì)有敗血症産生，引發(嗎金fā)多種(zhǒng)疾病。圖5切片顯示因菌體釋放的外毒素而引起(得學qǐ)的毒血症，三分之一的細胞已死亡。國裡

　　5. 切削磨削液中微生物的防控

　　水基切削磨削液中的微生物防控可從件厭以下幾個方面(miàn)著(zhe)手。

　　5.1. 做好(hǎo)維護管理工作

　　監控配液用水質量，保持合适濃度和pH.

　　配液水中的磷酸根離子、硫酸根離子和較高硬度促進(jìn)微生物生長(chá術畫ng)，最好(hǎo)的配液用水是去離子水。電磁波在純水中穿透度深，短光波看光紫外線具有較強的殺菌能(néng)力，電了如圖6所示[11]。故可用紫外線、高能(néng)電子束或超聲什著波照射滅菌，特别是在配液用水中含有們地較多微生物時(shí)。

　　金屬加工液組分包括殺菌劑與濃度成(chéng)離綠正比，因此使用過(guò)程中維持乳液濃度在規定範圍對(duì)日關乳液性能(néng)穩定發(fā)揮具有重要意義。

　　系統pH值與微生物滋生相互關聯。一方面(miàn)，如前所述，微生物滋數影生降低pH，故現場可通過(guò)pH監控微生物滋生;另一方面紅廠(miàn)，低pH又促進(jìn)微生物生長(cháng)。大多數微舞謝生物最适合生長(cháng)的pH範圍是6.5-7.5，放雜資線菌在8.0-8.5生長(cháng)，隻有個别睡子細菌在pH大于9.0 環境中生長(chá做事ng)，因此，維持較高pH有助于控制微生物滋生。隻是如有細菌滋生，則校習很難維持穩定的pH。另外，加工鋁合金等有色金屬時(shí)，乳液pH用姐值不宜太高。

　　5.2. 使用殺菌劑[12]

　　使用殺菌劑是控制微生物的常用方法，金屬加工原液中我裡大都(dōu)含有殺菌劑。 不同殺菌劑在作用靶位、機理、适應性上這舞有差異。常用廣譜殺菌劑如甲醛釋放型，異噻輛服唑啉酮類和碘丙炔正丁胺甲酸酯類等。沒(méi)有一種(zh明遠ǒng)殺菌劑對(duì)環境和人體健康是絕對(du錯公ì)無害的，很多殺菌劑的副作用相當強，歐盟國(gu些那ó)家已經(jīng)不允許使那拿用甲醛釋放型殺菌劑。

　　殺菌劑在儲存期間，效力不斷下降，而且細菌抗藥身媽性也在不斷增加，所以，殺菌劑的作用效果逐步降低開理，如圖6所示。顯然，使用殺菌劑隻能(néng)在一定範圍内用現抑制細菌滋生。

　　5.3. 配方改進(jìn)

　　要從根本上解決問題，還(hái)需從産品配方進(jìn)行改進那輛(jìn)，采用先進(jìn)的生物穩定技術，大幅減少現場維護能明負擔。

　　不少水基加工液利用硼酸鹽組分抑制細菌，盡管被(bèi)稱為生物穩定兒門，但事(shì)實證明隻能(néng)在一定程度上會答減緩菌類滋生，而且，硼有不良的環保性能(néng)。因此，需要尋求更先進(弟去jìn)的生物穩定技術，例如，有報道(dào)稱采用銅鹽來達到生物穩空看定的目的[13]。好(hǎo)富頓公司生産的HOCUT 79麗能5系列乳化液,應用最先進(jìn)懂校的生物穩定技術，從根本上防止微生物滋生黃科。表2是嚴重滋生細菌的乳液分别放在傳統乳液和HOCUT 795暗機系列乳液後(hòu)的細菌滋生情況。試驗在培養箱志內中進(jìn)行，樣(yàng)品不攪拌，測菌時(shí)才攪拌去下，乳液濃度6%，含菌乳液約10%。 試驗結果表明，HOCUT 79花吧5系列能(néng)完全抑制細菌滋生。機見

表3 HOCUT 795系列生物穩定性試驗

時(shí)間

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