阅读说明：本技术 一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂 (High-corrosion-resistance water-based lubricant for plastic working ) 是由 洪光日 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂,由以下重量份的成分制备而成：改性氧化石墨烯0.5-1份、脂肪醇聚氧乙烯醚12-15份、三乙醇胺硼酸酯3-5份、抗氧化剂2-3份和去离子水100-150份；本发明通过使用改性氧化石墨烯和脂肪醇聚氧乙烯醚进行复配作为水系润滑剂,脂肪醇聚氧乙烯醚的加入能够提高水系润滑剂的黏度,且在摩擦副之间面形成一层润滑膜,同时脂肪醇聚氧乙烯醚能够吸附在摩擦副表面,避免了两摩擦副直接接触,改性氧化石墨烯则在两摩擦副表面形成一层沉积膜,通过石墨烯特有的碳层之间的相互滑动,减弱了摩擦副之间的摩擦,两者的协同作用大大提高了纯水的本身不具有的润滑性能。(The invention discloses a high-corrosion-resistance water-based lubricant for plastic working, which is prepared from the following components in parts by weight: 0.5-1 part of modified graphene oxide, 12-15 parts of fatty alcohol-polyoxyethylene ether, 3-5 parts of triethanolamine borate, 2-3 parts of antioxidant and 150 parts of 100-fold deionized water; according to the invention, the modified graphene oxide and the fatty alcohol-polyoxyethylene ether are compounded to be used as the water-based lubricant, the addition of the fatty alcohol-polyoxyethylene ether can improve the viscosity of the water-based lubricant, a layer of lubricating film is formed between the friction pairs, meanwhile, the fatty alcohol-polyoxyethylene ether can be adsorbed on the surfaces of the friction pairs, the two friction pairs are prevented from being directly contacted, the modified graphene oxide forms a layer of deposition film on the surfaces of the two friction pairs, the friction between the friction pairs is weakened through the mutual sliding between the carbon layers specific to the graphene, and the synergistic effect of the two greatly improves the lubricating performance of the pure water which the modified graphene oxide and the fatty alcohol-polyoxyethylene ether do not have.)

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂

技术领域

本发明涉及金属加工润滑剂领域，具体涉及一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂。

背景技术

塑性加工是使金属在外力(通常是压力)作用下，产生塑性变形，获得所需形状，尺寸和组织，性能的制品的一种基本的金属加工技术，以往常称压力加工。金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造，轧制，挤压，拉拔，拉伸，弯曲，剪切等几类。

在对金属进行塑性加工时必须使用润滑剂。使用润滑剂可以显著地降低操作期间因摩擦系数迅速增加而导致的工具表面的磨损。润滑剂主要分为油基润滑剂和水基润滑剂。目前广泛采用的矿物油基润滑剂产品存在生物降解性差、容易污染环境等缺点,因此开发高性能水基润滑剂是当前润滑剂研究领域的主要发展方向之一。水基润滑剂有以下优点:①在极限条件下因为水有较强的热传导能力而能够迅速冷却金属表面,解决了油基润滑剂所遇到的关于散热的不利之处；②难燃、安全,适合在燃易爆的环境使用；③成本低,其价格约为矿物油的十分之一,磷酸酯合成液的七十分之ー。但是,由于水基润滑剂的主体是水,而水的粘度低、成膜性差、承载能力低,因而摩擦、磨损严重,且易对磨具产生腐蚀，且目前使用的水基润滑剂多使用磷系极压剂作为添加剂，所含活性磷元素易对水体造成污染，这些因素局限了水基润滑剂的使用。

中国发明CN102676129B公开了一种钻井液用水基润滑剂，其中所述水基润滑剂包括如下重量份数的原料：水7-80份；多元醇0-72份；植物油脂6-64份；乳化剂1-19份。还公开了该水基润滑剂的制备方法及其应用。该水基润滑剂是一种可生物降解的环境友好型水基润滑剂，其在应用于水基钻井液时，能显著降低钻具磨阻、扭矩，改善钻井液的润滑性。

所以，如何设计一种耐腐蚀性强、润滑效果好、不易变质且环境友好型的水系润滑剂，成为我们当前要解决的问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供了一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂。

本发明需要解决的问题：

1、目前使用的水系润滑剂润滑效果不佳且容易对磨具产生腐蚀，导致磨具损耗。

2、目前使用的水系润滑剂长时间使用后易出现变质，使得模具出现损坏。

3、目前水基润滑剂多使用含磷添加剂，易对环境造成污染。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂，由以下重量份的成分制备而成：改性氧化石墨烯0.5-1份、脂肪醇聚氧乙烯醚12-15份、三乙醇胺硼酸酯3-5份、抗氧化剂2-3份和去离子水100-150份；

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂的制备方法如下：

取脂肪醇聚氧乙烯醚和三乙醇胺硼酸酯倒入至烧瓶中，向烧瓶中加入抗氧化剂，将烧瓶置于磁力搅拌器中在200-250r/min的搅拌条件下搅拌5-10min，向烧瓶中加入改性氧化石墨烯，在转速为250-300r/min下搅拌15-20min，待搅拌完毕后调节磁力搅拌器的转速至100-200r/min，向烧瓶中滴加去离子水，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将烧瓶置于恒温水浴中加热至40℃，继续在200-300r/min的转速下搅拌30-40min，即得到该水系润滑剂。

本发明通过使用改性氧化石墨烯和脂肪醇聚氧乙烯醚进行复配作为水系润滑剂，脂肪醇聚氧乙烯醚的加入能够提高水系润滑剂的黏度，且在摩擦副之间面形成一层润滑膜，同时脂肪醇聚氧乙烯醚能够吸附在摩擦副表面，避免了两摩擦副直接接触，改性氧化石墨烯则在两摩擦副表面形成一层沉积膜，通过石墨烯特有的碳层之间的相互滑动，减弱了摩擦副之间的摩擦，两者的协同作用大大提高了纯水的本身不具有的润滑性能，本发明中使用的三乙醇胺硼酸酯具有良好的防锈性能和极压性能，其中的硼元素与摩擦副表面的金属元素反应生成强度较高的化学反应膜，能够耐受较高载荷的摩擦，且生成的化学反应膜能够避免摩擦副直接与氧气和水接触，提高了磨具的耐腐蚀性。

改性氧化石墨烯的制备方法如下：

步骤S1、在冰浴条件下向三口烧瓶中加入35-50mL质量分数为98％的浓硫酸和1-1.5份硝酸钠固体,当三口烧瓶内的温度低于4℃时,称取0.5-1份的粉状石墨加入到三口烧瓶中，进行超声振荡并保持三口烧瓶内的温度低于4℃，持续反应1h,反应完成后停止超声振荡，在搅拌条件下向三口烧瓶中加入10-12份的高锰酸钾,保持反应温度在4℃以下，持续反应3h，然后将三口烧瓶置于恒温水浴锅中加热,待三口烧瓶内的温度达到35℃时，继续在搅拌下反应30min；

步骤S2、反应完成后，向三口烧瓶中滴加150mL的去离子水，滴加完毕后，继续对三口烧瓶进行加热，待三口烧瓶内的温度达到98℃时，继续在200-300r/min的搅拌条件下反应15min，反应完成后，向三口烧瓶中加入200mL去离子水，并滴加10mL的双氧水，当三口烧瓶中溶液的颜色由砖红转变为亮黄色时反应完成，反应完成后对三口烧瓶中溶液进行真空抽滤，使用稀盐酸洗涤2-3次并离心后，再使用去离子水洗涤至pH为7，对洗涤所得上清液进行超声并离心，对离心所得产物进行冷冻干燥，对产物研磨即得到氧化石墨烯粉末；

步骤S3、向三口烧瓶中加入100mL的去离子水，取0.5份的氧化石墨烯粉末加入到三口烧瓶中，使用超声振荡10min，制得氧化石墨烯分散液，将100mL的氧化石墨烯分散液倒入至旋蒸瓶中，并向旋蒸瓶中加入150-200mL的甘油和200-250mL的无水乙醇，在90℃下减压旋蒸除去体系中的水分，然后将旋蒸瓶内的液体转移至烧瓶中，在冰浴条件下向烧瓶中加入滴加60mL的氯化亚砜，然后将烧瓶置于恒温水浴锅中升温至50℃，保持反应温度50℃下反应3h，反应完成后将烧瓶中的溶液转移至旋蒸瓶中，减压旋蒸除去氯化亚砜，最后使用去离子水对旋蒸所得产物洗涤2-3次，即得到改性氧化石墨烯。

本发明通过对石墨烯进行氧化，使得石墨烯表面富含羟基和羧基，且保留了石墨烯的层状结构，能够有效增加石墨烯在水中的分散性；通过对氧化石墨烯表面进一步做酯化处理，使得氧化石墨烯边缘的羧基含量减少，进一步减少了氧化石墨烯的腐蚀性，所得改性氧化石墨烯既具有重要的二维平面结构，其表面又具有亲水基团羟基。

进一步地，本发明所使用的抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚、维生素C或N，N-二仲丁基对苯二胺中的一种或几种。

进一步地，本发明使用的脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为C₁₂H₂₅O[CH₂CH₂O]₇H。

进一步地，步骤S1中搅拌时的搅拌速度为200-300rpm，步骤S1中超声振荡的时间为10-20min。

进一步地，步骤S2中滴加的去离子水的温度为60℃，步骤S2中滴加的双氧水的体积比为30％Vol，步骤S2中洗涤使用的稀盐酸的体积比为10％Vol。

进一步地，步骤S3中减压旋蒸除去氯化亚砜的旋蒸温度为70-80℃。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过使用改性氧化石墨烯和脂肪醇聚氧乙烯醚进行复配作为水系润滑剂，脂肪醇聚氧乙烯醚的加入能够提高水系润滑剂的黏度，且在摩擦副之间面形成一层润滑膜，同时脂肪醇聚氧乙烯醚能够吸附在摩擦副表面，避免了两摩擦副直接接触，改性氧化石墨烯则在两摩擦副表面形成一层沉积膜，通过石墨烯特有的碳层之间的相互滑动，减弱了摩擦副之间的摩擦，两者的协同作用大大提高了纯水的本身不具有的润滑性能，且本发明使用原料均不含有磷元素，本发明可进行生物降解，对环境无污染，解决了目前水基润滑剂多使用含磷添加剂，易对环境造成污染的问题；

(2)本发明通过对石墨烯进行氧化，使得石墨烯表面富含羟基和羧基，且保留了石墨烯的层状结构，能够有效增加石墨烯在水中的分散性，本发明通过对氧化石墨烯表面进一步做酯化处理，使得氧化石墨烯边缘的羧基含量减少，进一步减少了氧化石墨烯的腐蚀性，所得改性氧化石墨烯既具有重要的二维平面结构，其表面又具有亲水基团羟基；

(3)本发明中使用的三乙醇胺硼酸酯具有良好的防锈性能和极压性能，其中的硼元素与摩擦副表面的金属元素反应生成强度较高的化学反应膜，能够耐受较高载荷的摩擦，且生成的化学反应膜能够避免摩擦副直接与氧气和水接触，提高了磨具的耐腐蚀性，解决了目前使用的水系润滑剂润滑效果不佳，不能起到较好的润滑效果；

(4)本发明通过在水系润滑剂中加入抗氧化剂，使得脂肪醇聚氧乙烯醚不易出现变质，提升了本发明的使用时间，减少了使用成本，解决了目前使用的水系润滑剂长时间使用后易出现变质，使得模具出现损坏的问题。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂，由以下重量份的成分制备而成：改性氧化石墨烯0.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚12份、三乙醇胺硼酸酯3份、抗氧化剂2份和去离子水100份；

该水系润滑剂的制备方法如下：

取脂肪醇聚氧乙烯醚和三乙醇胺硼酸酯倒入至烧瓶中，向烧瓶中加入抗氧化剂，将烧瓶置于磁力搅拌器中在200r/min的搅拌条件下搅拌5min，向烧瓶中加入改性氧化石墨烯，在转速为250r/min下搅拌15min，待搅拌完毕后调节磁力搅拌器的转速至100r/min，向烧瓶中滴加去离子水，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将烧瓶置于恒温水浴中加热至40℃，继续在200r/min的转速下搅拌30min，即得到该水系润滑剂。

改性氧化石墨烯的制备方法如下：

步骤S1、在冰浴条件下向三口烧瓶中加入35mL质量分数为98％的浓硫酸和1份硝酸钠(NaNO₃)固体,当三口烧瓶内的温度低于4℃时,称取0.5份的粉状石墨加入到三口烧瓶中，进行超声振荡并保持三口烧瓶内的温度低于4℃，持续反应1h,反应完成后停止超声振荡，在200r/min的搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢加入10份份的高锰酸钾,保持反应温度在4℃以下，持续反应3h，然后将三口烧瓶置于恒温水浴锅中加热,待三口烧瓶内的温度达到35℃时，继续在200r/min的搅拌条件下反应30min；

步骤S2、反应完成后，向三口烧瓶中缓慢滴加150mL的去离子水，滴加完毕后，继续对三口烧瓶进行加热，待三口烧瓶内的温度达到98℃时，继续在200r/min的搅拌条件下反应15min，反应完成后，向三口烧瓶中加入60℃的200mL去离子水，并滴加10mL体积比为30％Vol的双氧水，当三口烧瓶中溶液的颜色由砖红转变为亮黄色时反应完成，反应完成后趁热对三口烧瓶中溶液进行真空抽滤，使用体积比为10％Vol的稀盐酸水溶液进行反复洗涤离心后，再使用去离子水洗涤至pH为7，对洗涤所得上清液进行超声并离心，对离心所得产物进行冷冻干燥，进一步对产物研磨即得到氧化石墨烯粉末；

步骤S3、向三口烧瓶中加入100mL的去离子水，取0.5份的氧化石墨烯粉末加入到三口烧瓶中，使用超声振荡10min，制得氧化石墨烯分散液，将100mL的氧化石墨烯分散液倒入至旋蒸瓶中，并向旋蒸瓶中加入150mL的甘油和200mL的无水乙醇，在90℃下减压旋蒸除去体系中的水分，然后将旋蒸瓶内的液体转移至烧瓶中，在冰浴条件下向烧瓶中加入滴加60mL的氯化亚砜，然后将烧瓶置于恒温水浴锅中升温至50℃，保持反应温度50℃下反应3h，反应完成后将烧瓶中的溶液转移至旋蒸瓶中，并在78℃下减压旋蒸除去过量的氯化亚砜，最后使用去离子水对旋蒸所得产物进行冲洗，即得到改性氧化石墨烯。

实施例2

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂，由以下重量份的成分制备而成：改性氧化石墨烯0.8份、脂肪醇聚氧乙烯醚13.5份、三乙醇胺硼酸酯4份、抗氧化剂2.5份和去离子水125份；

该水系润滑剂的制备方法如下：

取脂肪醇聚氧乙烯醚和三乙醇胺硼酸酯倒入至烧瓶中，向烧瓶中加入抗氧化剂，将烧瓶置于磁力搅拌器中在200-250r/min的搅拌条件下搅拌5-10min，向烧瓶中加入改性氧化石墨烯，在转速为270r/min下搅拌18min，待搅拌完毕后调节磁力搅拌器的转速至150r/min，向烧瓶中滴加去离子水，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将烧瓶置于恒温水浴中加热至40℃，继续在250r/min的转速下搅拌35min，即得到该水系润滑剂。

改性氧化石墨烯的制备方法如下：

步骤S1、在冰浴条件下向三口烧瓶中加入40mL质量分数为98％的浓硫酸和1.2份硝酸钠(NaNO₃)固体,当三口烧瓶内的温度低于4℃时,称取0.7份的粉状石墨加入到三口烧瓶中，进行超声振荡并保持三口烧瓶内的温度低于4℃，持续反应1h,反应完成后停止超声振荡，在250r/min的搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢加入11份的高锰酸钾,保持反应温度在4℃以下，持续反应3h，然后将三口烧瓶置于恒温水浴锅中加热,待三口烧瓶内的温度达到35℃时，继续在300r/min的搅拌条件下反应30min；

步骤S2、反应完成后，向三口烧瓶中缓慢滴加150mL的去离子水，滴加完毕后，继续对三口烧瓶进行加热，待三口烧瓶内的温度达到98℃时，继续在300r/min的搅拌条件下反应15min，反应完成后，向三口烧瓶中加入60℃的200mL去离子水，并滴加10mL体积比为30％Vol的双氧水，当三口烧瓶中溶液的颜色由砖红转变为亮黄色时反应完成，反应完成后趁热对三口烧瓶中溶液进行真空抽滤，使用体积比为10％Vol的稀盐酸水溶液进行反复洗涤离心后，再使用去离子水洗涤至pH为7，对洗涤所得上清液进行超声并离心，对离心所得产物进行冷冻干燥，进一步对产物研磨即得到氧化石墨烯粉末；

步骤S3、向三口烧瓶中加入100mL的去离子水，取0.5份的氧化石墨烯粉末加入到三口烧瓶中，使用超声振荡10min，制得氧化石墨烯分散液，将100mL的氧化石墨烯分散液倒入至旋蒸瓶中，并向旋蒸瓶中加入170mL的甘油和220mL的无水乙醇，在90℃下减压旋蒸除去体系中的水分，然后将旋蒸瓶内的液体转移至烧瓶中，在冰浴条件下向烧瓶中加入滴加60mL的氯化亚砜，然后将烧瓶置于恒温水浴锅中升温至50℃，保持反应温度50℃下反应3h，反应完成后将烧瓶中的溶液转移至旋蒸瓶中，并在75℃下减压旋蒸除去过量的氯化亚砜，最后使用去离子水对旋蒸所得产物进行冲洗，即得到改性氧化石墨烯。

实施例3

一种耐腐蚀性强的塑性加工用水系润滑剂，由以下重量份的成分制备而成：改性氧化石墨烯1份、脂肪醇聚氧乙烯醚15份、三乙醇胺硼酸酯5份、抗氧化剂3份和去离子水150份；

该水系润滑剂的制备方法如下：

取脂肪醇聚氧乙烯醚和三乙醇胺硼酸酯倒入至烧瓶中，向烧瓶中加入抗氧化剂，将烧瓶置于磁力搅拌器中在250r/min的搅拌条件下搅拌10min，向烧瓶中加入改性氧化石墨烯，在转速为300r/min下搅拌20min，待搅拌完毕后调节磁力搅拌器的转速至200r/min，向烧瓶中滴加去离子水，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将烧瓶置于恒温水浴中加热至40℃，继续在300r/min的转速下搅拌40min，即得到该水系润滑剂。

改性氧化石墨烯的制备方法如下：

步骤S1、在冰浴条件下向三口烧瓶中加入50mL质量分数为98％的浓硫酸和1.5份硝酸钠(NaNO₃)固体,当三口烧瓶内的温度低于4℃时,称取1份的粉状石墨加入到三口烧瓶中，进行超声振荡并保持三口烧瓶内的温度低于4℃，持续反应1h,反应完成后停止超声振荡，在300r/min的搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢加入12份的高锰酸钾,保持反应温度在4℃以下，持续反应3h，然后将三口烧瓶置于恒温水浴锅中加热,待三口烧瓶内的温度达到35℃时，继续在300r/min的搅拌条件下反应30min；

步骤S2、反应完成后，向三口烧瓶中缓慢滴加150mL的去离子水，滴加完毕后，继续对三口烧瓶进行加热，待三口烧瓶内的温度达到98℃时，继续在300r/min的搅拌条件下反应15min，反应完成后，向三口烧瓶中加入60℃的200mL去离子水，并滴加10mL体积比为30％Vol的双氧水，当三口烧瓶中溶液的颜色由砖红转变为亮黄色时反应完成，反应完成后趁热对三口烧瓶中溶液进行真空抽滤，使用体积比为10％Vol的稀盐酸水溶液进行反复洗涤离心后，再使用去离子水洗涤至pH为7，对洗涤所得上清液进行超声并离心，对离心所得产物进行冷冻干燥，进一步对产物研磨即得到氧化石墨烯粉末；

步骤S3、向三口烧瓶中加入100mL的去离子水，取0.5份的氧化石墨烯粉末加入到三口烧瓶中，使用超声振荡10min，制得氧化石墨烯分散液，将100mL的氧化石墨烯分散液倒入至旋蒸瓶中，并向旋蒸瓶中加入200mL的甘油和250mL的无水乙醇，在90℃下减压旋蒸除去体系中的水分，然后将旋蒸瓶内的液体转移至烧瓶中，在冰浴条件下向烧瓶中加入滴加60mL的氯化亚砜，然后将烧瓶置于恒温水浴锅中升温至50℃，保持反应温度50℃下反应3h，反应完成后将烧瓶中的溶液转移至旋蒸瓶中，并在80℃下减压旋蒸除去过量的氯化亚砜，最后使用去离子水对旋蒸所得产物进行冲洗，即得到改性氧化石墨烯。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例使用纯水作为润滑剂。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例使用体积比为1:10的脂肪醇聚氧乙烯醚的水溶液作为润滑剂。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例使用普通氧化石墨烯替代实施例1中的改性氧化石墨烯。

性能测试

针对实施例1-3和对比例1-3制备的润滑剂，采用四球试验测试了其抗磨性能，采用在铁片上各滴加1滴各实施例和对比例制得的润滑剂静置24h的方法测定其防腐蚀能力，具体结果如表1所示；

由上表可以看出，实施例在滴加在铁片上后均未使铁片锈蚀，而对比例均出现了不同程度的锈蚀，表明本发明的实施例在防锈蚀的性能上远远高于对比例，实施例的摩擦系数远远低于对比例1纯水的摩擦系数，且低于对比例2和对比例3，表明实施例中的脂肪醇聚氧乙烯醚和改性氧化石墨烯具有协同作用，提升润滑剂的性能，实施例1-3的最大无卡咬负荷和700N下的磨斑直径的数据均优于对比例2，表明本发明的实施例中改性氧化石墨烯的加入进一步提升了润滑剂的极压抗磨性。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。