金属切削液

    金属切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。所谓金属切削过程就是在由机床提供必要的运动和动力的条件下，用刀具(或磨具)切除(或磨削)坯件上多余的金属，从而获得形状、精度及表面质量都符合要求的工件的过程(如图1所示)。根据工件的形状、精度及表面质量的不同，切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、拉及磨削等。

图1切削过程示意图

1一工件；2一刀具；3一已加工表面；4一切屑；r₀一刀具的前角；a₀一刀具的后角；ф一切削角；μ一剪切角；a_p一切削深度

    在切削过程中，切削层在受到前刀面的挤压后产生以滑移为主的塑性变形，同时切屑以很大的压力(最高可达2～3GPa)作用于前刀面上，并以较高的速度沿前刀面流出。已加工的表面也要经历一个塑性变形过程并伴随有一定弹性变形，以相当大的压力作用在后刀面上。切削区域大致可划分为三个变形区：A为第一变形区，在该区域存在着变形的种类及状态问题；8为第二变形区，即是切屑和刀具前刀面发生摩擦的区域，在此区域存在着摩擦、润滑和磨损的问题；C为第三变形区，即刀具后刀面与已加工表面发生摩擦的区域，在这里存在着工件的尺寸精度、加工表面粗糙度及变质层的问题。

    在金属加工过程中，刀具与工件间的摩擦生成热(取决于金属硬度)可能使加工区域温度上升到l000℃以上。刀具与表面凹凸不平之处相接触的接触点上的切削压力可以使该处表面负荷达到5000N／mm²。这样大的压力可以在切削时造成局部熔焊现象。如果金属摩擦系数较高而且表面又很干净(无氧化膜等)，这种局部熔焊现象将更为严重。在切削过程中，要使切削温度与切削力得到最大限度的降低，合理地选用切削液是一个重要途径。一般来说，如能正确使用切削液，可使切削速度提高l5％～30％，切削区域的温度下降100～150℃；，切削力减少l0％～30％，刀具使用寿命延长4～5倍，产品表面粗糙度降低1～2级。

    金属切削液的历史始于l8世纪后期，当时金属切削以很低的速度进行。1883年，美国人F．M．Taylor发现将水浇注到切削区，可以提高切削速度、排除切屑。早期的切削液就是水。随着人们对金属切削加工质量的要求不断提高，人们开始采用动植物油作为切削液。它能在金属表面形成比较牢固的吸附膜，降低工件表面粗糙度，得到了广泛的应用。但其易氧化变质，使用周期短。人们逐渐改用脂肪油和矿物油形成的混合油。后来，含硫、氯、磷等有机化合物和其他添加剂的非活性极压油和活性极压油应运而生。它们与金属起化学反应，形成高熔点、低剪切强度的固体润滑膜，提高了切削液在高温、高压下降低摩擦和抗烧结的能力。随着切削速度和切削温度的不断提高，油基切削液不能完全满足切削要求，这时人们又开始重视水剂冷却的优点。把油的润滑性能与水的冷却性能结合起来，促使了乳化液的应用。之后又发展了合成和半合成切削液，且分别形成了系列产品。

    金属切削液按其类型大体上可分为油基切削液和水基切削液两大类。一般以水稀释而使用的称为水基切削液；不需用水稀释而直接使用的称为油基切削液。

1切削液的作用

    切削液的作用主要有以下四方面：润滑作用、冷却作用、清洗作用及防锈作用。

1．1冷却作用

    切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具、切屑和工件问的对流和汽化作用把切削热从固体(刀具、工件)处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。

    切削液主要靠热传导作用降低切削温度，因此它的冷却性能与导热系数、比热容、汽化热以及黏度等密切相关。表1中列出了水、油的性能对照值。从中可知，水的导热系数是油的3～5倍，比热容也比油大1倍以上，因此水基切削液的冷却性能要比油基切削液好。另外，切削液的冷却效果还与切削液的流速、流量、对切削区的渗透性及切削液的泡沫性能等有关。

表1水、油性能对照值

1．2润滑作用

    切削液的润滑作用是指其减少前刀面与切屑、后刀面与已加工表面间的摩擦、磨损及熔着、黏附的能力。在切削过程中良好的润滑状态可减小摩擦和功率消耗、刀具磨损，降低刀具摩擦部位的表面温度，获得较好的工件表面质量。当供给切削液后，在塑性变形下温度升高的切屑受到骤冷而收缩，使前刀面上的切屑与刀具的接触长度与接触面积减小，同时还使平面剪切应力降低，导致剪切角增大和切削力的减小，从而使工件材料的切削加工性能得到改善。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒，工件与磨粒一磨屑之间形成润滑膜，使这些界面的摩擦减轻，防止磨粒切削刃磨损和黏附切屑，从而降低磨削力、摩擦热，提高砂轮耐用度及工件表面质量。

1．3清洗作用

    在切削过程中产生细碎的切屑、金属粉末及砂轮的砂粒粉末(加工铸铁、珩磨、精磨时特别多)黏附在刀具、工件加工表面和机床的运动部件之间，从而造成机械擦伤和磨损，导致工件表面质量变坏，刀具寿命和机床精度降低。因此，要求切削液具有良好的清洗作用，在使用时往往给予一定的压力，以提高冲刷能力，及时将细碎切屑、砂粒、胶黏剂的粉末冲走。切削液清洗性能的好坏除与使用压力有关外，还与切削液的流动性(黏度)、流量和渗透性有关。而渗透性和流动性的好坏又与切削液的成分有关。对于油基切削液，黏度越低，清洗能力越强，尤其是含有柴油、煤油等轻组分的切削油，渗透性和清洗性更好。含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果良好。表面活性剂一方面能吸附在各种污染物粒子和油泥表面，并在工件表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥黏附在工件、刀具和砂轮上；另一方面能渗入到粒子和油泥黏附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走。

1．4防锈作用

在机械加工过程中，工件和机床易受周围介质如水分、氧气、手汗、酸性物质及空气中的灰尘侵袭而产生锈蚀。在高温、高湿季节或潮湿地区，这种锈蚀尤为突出。因此要求切削液本身不但对机床、刀具和工件不产生锈蚀，而且对金属制品应具有良好的防锈性能。切削液防锈作用的好坏取决于切削液的配方和其中防锈添加剂的性能。对于切削液防锈性能的选择，应根据机床的精密程度、行业特点(如轴承、仪表行业)、工艺条件、工件材质和其他要素综合考虑。

此外，切削液除具有以上四种作用外，还应具有减小环境污染、对人体无害、经济效益好、易配制、使用方便、贮存稳定性好、不易变质等特点。

2油基切削液

    油基切削液一般润滑性良好，但冷却性能比水基切削液稍差。在用高速钢刀具切削而且切削速度较慢的时候采用油基切削液，能延长刀具寿命，降低工件表面粗糙度。但用在高速和重切削等加工过程中，因剧烈地冒烟而恶化环境卫生，甚至有引起火灾的危险。油基切削液以矿物油为主要成分，根据加工工艺和材料不同，可以使用纯矿物油、脂肪油，也可以在其中添加各类油性添加剂和极压添加剂以提高润滑性能等。油基切削液可分为纯矿物油、纯脂肪油、混合油、极压油等。油基切削液的基本组成见表2。

表2油基切削液的基本组成

2．1纯矿物油型切削液

    纯矿物油型切削液成本低、稳定性好，对金属无腐蚀性，使用周期长。但因纯矿物油中不含润滑添加剂，润滑效果较差，承载能力低，一般适用于轻负荷切削及易削钢和有色金属的加工。常用的矿物油有煤油、柴油等轻质油或N7、Nl5、N32等牌号全损耗系统用油等。轻质油主要用于铸铁件的切削、珩磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。

2．2纯脂肪油型切削液

    脂肪油是指动、植物油，包括猪油、牛油、羊油、鲸鱼油、菜籽油、豆油、棉籽油、妥儿油、椰子油、棕榈油、蓖麻油等。动、植物油的油性比矿物油好，而动物油的油性又比植物油好。这些油中都含有极性分子，能吸附在金属表面上形成比较牢固的吸附膜，从而降低摩擦系数，提高切削性能。这类切削液主要适用于低速轻切削，如铰孔和螺纹切削以及铜、铝等有色金属的加工。如l00％蓖麻油，可用于铜、铝、黄铜等的切削加工；l00％油酸可用于合金钢零件表面粗糙度R。1．25～2．5pm级的拉削开孔。由于脂肪油在使用过程中容易氧化变质，形成胶质物黏附在金属表面上不易清洗，而且其防锈性和冷却性较差，所以逐渐被合成油脂或极压切削油所取代。

2．3混合油型切削液

    混合油又称复合油，是以热安定性良好的矿物油为基础油，加入动物油、植物油、脂肪酸、合成酯油等油性剂混合而成，同时为防止氧化变质，还加入抗氧剂。油性剂的总剂量为5％～30％，最高可加到50％～60％。例如以15％JQ-1精密切削润滑剂和85％矿物油组成的切削液，摩擦系数与菜籽油的水平相当，用于精车、插齿、创齿、拉削等加工均获得良好效果。由5％油酸和95％煤油组成的混合油，可用于铸铁齿的剃齿。

2．4极压油

    极压油一般是以矿物油为基础油，加入极压剂、油性剂和防锈剂等调配而成，它是油基切削液的主要种类。极压油有活性型和非活性型两类。所谓非活性极压切削油是指切削油在100℃／3h的腐蚀实验中，铜片腐蚀在2级以下。如果铜片腐蚀超过3级，则称为活性型极压切削油。

    极压剂是极压油中的主要添加剂。极压剂主要是含硫、氯、磷等元素的化合物。在切削液中引入硫元素有两种方式：一种是用硫黄粉在高温(140～160℃)下直接硫化矿物油，叫硫化矿油，含硫量为l．2％～2％，其切削性能好，在我国应用很普遍，主要用于剃齿、拉削等工序；另一种是在矿物油中加入含硫化合物，如硫化烯烃(硫化异丁烯T303、硫化三异丁烯T307)，硫化动植物油(硫化棉籽油T404、硫化油酸、硫化鲸鱼油、硫化蓖麻油等)，硫化酯(硫化黄原酸乙二醇酯)，多硫化物(二苄基二硫、二乙醇基二硫醚)等。磷元素通常以有机磷和金属磷酸钠的形式加入，磷化物作为减磨剂或耐磨剂是最有效的添加剂，如聚乙二醇聚丙二醇磷酸酯三乙醇胺盐。氯元素以氯化石蜡或高分子氯化酯(如三氯化硬脂酸甲酯)形态加入。

    极压剂主要作用是在边界润滑状态下减少磨损、防止大面积擦伤和烧结。极压剂通过摩擦化学反应生成反应膜而起表面保护作用。摩擦化学反应和一般的表面化学反应不同，它是在两个表面摩擦过程中发生的。由于摩擦产生热量，从而提供反应所需的能量，并随着磨损过程的发生，金属暴露出活化的新生表面，也会加速摩擦化学反应。含硫、磷、氯等活性原子的添加剂或者是铅、锌、锑、钼、硼等有机金属化合物都可通过摩擦化学反应就地生成反应膜。化学反应膜的强度远远超过物理吸附膜或化学吸附膜。

2．5表面活性剂在油基切削液中的应用

以上简单介绍了各种油基切削液，在油基切削液中一般不用表面活性剂，但在特殊情况下也加入。表面活性剂的作用主要有防腐、润湿、清洗等。以下介绍一些含有表面活性剂的油基切削液配方。

配方l

配方2

    配方3

    配方4

3水基切削液

水基切削液是将油剂用大量的水稀释，通常含油剂5％～20％，其用量约占全部切削液的95％。它克服了使用油性切削液冒烟、易燃及加工后黏附在金属表面上的油脂难于清洗的弊病，而且价格便宜。其缺点是：易使机床和被切削金属材料生锈；若与机床上的其他润滑油混合，会使润滑能力变坏，从而降低机床寿命。水基切削液一般分为乳化油、合成切削液和半合成切削液。水基切削液的基本组分如表3所示。

表3水溶性切削液基本组分

3．1乳化油

乳化油即油剂与水混合后立即产生乳状液。乳化油是由轻质矿物油加入表面活性剂(乳化剂)、稳定剂、防锈剂、油性极压剂、消泡剂、防霉剂及少量水等组成的乳化液。根据使用要求可制成油包水型或水包油型两种乳状液。乳化油中含石油系油较多(60％～80％)，润滑性能较好，其中极压乳化液最大无卡咬负荷Pb值可达到l00k9。同时含大量的水使其也具有一定的冷却性，而且腐蚀性也比一般无机盐型透明水溶液小。常用于粗、中精度的切削或磨削加工。在金属切削加工中，一般都是使用水包油型(0／W)乳化液，而油包水型(w／o)乳化液通常用做抗燃液压油。水包油型乳化液的流动性、冷却性都比较好，但润滑性比油包水型差。乳化油的缺点是稳定性差，使用过程中易变质。而且矿物油含量高，废液处理困难，严重污染环境。按照使用要求的不同，乳化油又可分为防锈乳化油、清洗乳化油、极压乳化油和透明型乳化油。

3．2合成型切削液合成型切削液(简称合成液)是含大量水和多种水溶性功能添加剂但不含油的水基金属切削液，是一种颗粒极小的胶体溶液。其主要含有水溶性防锈剂、润滑剂、表面活性剂等。合成液因其透明、不易生菌、操作环境好而在机械加工行业中得到广泛的应用。这种切削液的表面张力低，一般小于4×10^-4N／cm²。润湿性好，渗透能力强，冷却和清洗性能好，也有一定的润滑作用。由于合成切削液是单相体系，其稳定性比乳化液好，使用周期长。但由于合成液不含油，含水量高，而且清洗能力强，易使机器、刀具、加工工件等产生锈蚀，而且我国机械加工行业工件在工序间停留时间较长，因此对合成液的防锈性能要求更加苛刻。试验发现影响合成液防锈性能的有水溶性防锈剂、水质硬度、表面活性剂等因素。

合成液中约含95％的水，因而水的质量对合成液的性能有较大的影响。水硬度的增大将使合成液析出沉淀，并且防锈性能急剧下降。另外，为改善合成液的润湿性，需加入适量的表面活性剂。但表面活性剂对合成液的防锈性能有很大的影响。不同类型的表面活性剂对合成液的防锈性能的影响不同。由表4可见，阳离子表面活性剂和大多数非离子表面活性剂(聚醚Ⅱ除外)对防锈性能不利，但多数阴离子表面活性剂对防锈性能基本上无不良影响。实验发现一些阴离子表面活性剂和个别非离子表面活性剂在硬水中对防锈性能影响不大，但阴离子表面活性剂耐硬水的能力差。因此，应选择耐硬水能力强并且对防锈性能影响不大的非离子表面活性剂加入合成液中，以提高合成液的润湿性。

表4表面活性剂在蒸馏水中对防锈性能的影响^①

①表面活性剂含量为0．1％(质量)。

3．3半合成型切削液

半合成切削液又称微乳化液。这类乳化液含油量较少(约10％～30％)，其中表面活性剂含量大(乳化剂10％～20％)，可在水中形成半透明状的微乳化液。乳化液颗粒在0．1μm以下(一般乳化液的颗粒尺寸大于0．1μm)。微乳化液具有以下特点：①具有像合成切削液那样透明或半透明的外观，有利于加工时观察工件表面状态；②使用寿命比普通乳化切削液长4～6倍；③像乳化液一样溶液干后能形成一层薄的润滑膜，对机床滑动部件起良好的润滑防锈作用。因此微乳化切削液能综合乳化液和合成切削液的优点，能弥补这两种切削液的不足，所以性能优异，通用性强。

    微乳状切削液是当今切削液发展的新趋势。我国对微乳状切削液的研究和应用相对落后，但近年来新的配方不断出现。河北理工大学研制的硼氮硫(BNS)型微乳状切削液，理化性能指标符合合成切削液标准(GB 6144—85)和乳化油标准(SH 0365—92)规定的最高标准，其中润滑性能和防锈性能优于标准。该微乳状切削液是由少量矿物油(含油量为5％～30％)、极压剂、防锈剂、乳化剂等组成。在配方设计中，为了改善微乳状切削液的性能，选择与复配了润滑性能好、能防锈，并且具有扩散、渗透能力的复合型表面活性剂，以保证微乳液的稳定性。选用的阴离子表面活性剂有：石油磺酸钠、油酸三乙醇胺。它们价格便宜，有碱性，而且能提供防锈和润滑性能。选用的非离子表面活性剂有：山犁糖醇油酸酯、聚氧乙烯烷基醇醚。它们在水溶液中不离解，不怕硬水，不受酸碱(pH值)的限制，而且清洗、扩散、渗透能力强。极压润滑掭加剂选用由含硫氮羧酸的复合硼酸酯、无机硼酸盐、水溶性硫化物组成的复合物。复合硼酸酯具有优良的减摩抗磨性能、防锈性能和杀菌性能，其中最大无卡咬负荷P_b=1050N，摩擦系数μ=0．06。此外，无机硼酸盐和水溶性硫化物具有良好的复合抗磨作用。因此，采用三者的复合物提高了BNS微乳状切削液的极压润滑性能。为了确保切削液的防锈作用，采用由钼酸盐、硼酸盐、苯并三氮唑、碳酸钠、尿素和络合剂等组成的防锈络合物作为防锈剂，其与复合硼酸酯、阴离子表面活性剂一起在微乳状切削液中起缓蚀作用。

    张文杰等研制了一种通用型微乳化切削液。其基本配方由基础油、表面活性剂、防锈剂、极压润滑剂、杀菌剂、消泡剂和水组成。防锈剂以有机防锈剂为主，为水溶性和油溶性防锈剂的复合物；极压剂为硫、氯型极压剂组成的复合物。微乳液的润滑性能达到国外重负荷切削液的指标，可用于重负荷金属切削加工，且可满足钢、铸铁、铜、铝等多种金属的切削加工。

3．4表面活性剂在水基切削液中的应用

表面活性剂在水基切削液中应用十分广泛，它是水基金属切削液的主要成分之一，其作用有多种，如乳化、防锈、润湿、润滑、防腐等。表面活性剂的用量和种类将直接影响水基切削液的性能。

(1)乳化作用  所谓乳化作用就是使两种互不相溶的液体借助于表面活性剂的作用，降低它们之间的界面张力，使一种液体以极微小的状态均匀稳定低分散在另一种液体中。乳化剂都属表面活性剂，其分子由亲水、亲油两个基团组成。它能使乳化液稳定的因素有两个：其一是降低了油一水界面张力，即降低了界面自由能，有利于乳状液的稳定存在；其二是乳化剂分子在界面处定向吸附，生成具有一定机械强度的薄膜，阻止分散相液滴的合并聚积。

    选用乳化剂一般可根据分散相的类型及乳状液的类型确定需要的亲水亲油平衡值HLB。HLB值低的表面活性剂通常形成W／O型乳状液，而HLB值高的表面活性剂则形成O／W型乳状液。表5给出了对于各种不同应用目的所需的HLB值范围。不管是油包水型(W／O)乳状液，还是永包油型(0／W)乳状液，其乳化剂的HLB值要与乳化物的HLB值相近，这是乳化的必要条件。

表5表面活性剂HLB值范围及应用类型

目前切削液用的乳化油几乎都是水包油型(0／W)。在配制这种乳化液时，要使油相成分全部乳化。各种油相所需乳化剂的HLB值范围如表6所示。在实际应用中，也不能单靠HLB值来断定乳化剂。因为HLB值不能包括被乳化物和乳化剂的化学结构以及两者之间的关系。所以还要考虑其他一些因素：①一般选用乳化剂要考虑其离子型，以便得到比较稳定的乳液，这是因为乳化液粒子带同种电荷相互排斥之故；②选用乳化剂的憎水基和被乳化物结构相似以及选用乳化剂在被乳化物中易于溶解的表面活性剂，换句话说，乳化剂的憎水基和被乳化物的结构越接近就越易被乳化，因为它们的结构越接近就越容易互溶，也就是亲和力越强，这样不但乳化力强，而且乳化剂用量也少；③当乳化油中还含有其他添加剂时，还应考虑其影响。

表6  乳化不同油相所需乳化剂具有的HLB值

    在水溶性切削液中，表面活性剂最主要的用途就是作乳化剂。用作乳化剂的表面活性剂通常为阴离子型和非离子型表面活性剂，如聚乙二醇二油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、Tween80、油酸三乙醇胺、石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、脂肪酸盐等。而且阴离子型和非离子型表面活性剂复配使用，效果更好。多种乳化剂复配，可以发挥它们的协同效应，从而提高乳化效率，有助于减少乳化剂的用量，而且具有不同HLB值的非离子表面活性剂复配时，其增溶能力大大超过其中任何一个。

    (2)清洗作用  在金属切削过程中，工件表面常粘有金属粉末、砂粒、油等污垢。为除去这些污垢，使切削液具有一定的洗涤能力，可在切削液中加入适量碱性物质如碳酸钠、三乙醇胺，或其他表面活性剂如非离子表面活性剂如平平加、0P-7、OP-10等；阴离子表面活性剂如脂肪酸皂、烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等。切削液的清洗作用是润滑、渗透、分散等综合作用的结果。若采用非离子性表面活性剂和阴离子表面活性剂复配能起到显著降低切削液表面张力的作用，从而满足切削液的清洗作用。

    (3)防锈作用  在水溶性切削液中防锈剂必不可少。防锈性能对于加工部位的质量、产品合格率以及机床的保养等有着十分重要的意义。切削液中使用的防锈剂许多都是表面活性剂，如油溶性防锈剂有石油磺酸盐(钠、钙、钡盐等)、金属皂等；水溶性防锈剂有单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、油酸三乙醇胺、十二烷基二乙醇酰胺等。开发防锈性能良好、环境友好的水溶性防锈剂是近年来的发展趋势。

    水溶性防锈剂是合成液中的主要添加剂，最常用的水溶性防锈剂是亚硝酸钠，但因其与有机胺反应能生成有致癌作用的亚硝胺，已相继被各国禁用。为此开发了一系列能够替代亚硝酸钠的新型防锈剂，主要替代品有硼酸盐、羧酸盐、磷酸盐、磺酸盐等几大类。一般认为硼酸盐与羧酸盐的作用机理属吸附型，其分子中极性基韧吸附于金属表面而起到防锈效果，但也有人认为硼酸盐具有阳极钝化作用。研究发现硼酸盐及羧酸盐单独使用时，防锈效果均不理想。但硼酸盐和羧酸盐两者复配后，其防锈效果良好。硼酸盐和羧酸盐复合配比为2：1时防锈性能加强，该复配体系在用量相当的条件下，防锈性能与亚硝酸钠相当。

    环已六醇六磷酸酯，外观为褐色黏稠状液体，是一种从粮食作物中提取的无毒化工产品，因其分子结构中具有能同金属配合的24个氧原子、12个羟基和6个磷酸基，与金属接触时极易在金属表面形成一层致密的有机单分子保护膜，使金属的电极电位变得和铂、金一样，从而有效地阻止了金属的腐蚀。实验结果表明，环己六醇六磷酸酯对钢、铸铁、铜、铝均有优良的防锈能力。将环己六醇六磷酸酯与防霉剂、润滑剂、消泡剂、表面活性剂等配制成水基金属切削液具有优良的润滑、冷却、洗涤、防锈等综合功能。其配方为：0．4％润滑剂(合成)，0．3％消泡剂，0．85％环己六醇六磷酸酯复合防锈剂，余量为水。切削液的pH值为8．5～9．5。

    在切削液的研制中，发现油酸--7,醇酰胺在油基切削液中对黑色金属有很好的防锈性能，但不适用于水基合成切削液，它对酸、盐等电解质很敏感，易水解，不宜在酸性环境和硬水条件下使用。为此，应对油酸醇酰胺改性，以制备既具有良好的防锈性，而且耐水解能力强的水溶性油酸酰胺基表面活性剂。我们知道欲提高疏水性油的亲水性，可向疏水性油的分子上引入亲水性基团，如-COOH、-CONH₂、-S0₃H、-NH₂、-SH等。另外，在油酸的长链烷基和羧基之间嵌入极性基团，不仅可以增加水溶性，而且能够改善电离性和提高耐硬水能力。若在同一分子中含有多个附着力强的极性基团，也会大大改善防锈能力。采用油酸与顺丁烯二酸歼加成，可在分子中引入两个羧基，提高了官能度。再与二乙醇胺进行酰胺化反应，可制得水溶性极好的油酸酰胺基非离子表面活性剂(简称0MA，结构如下)。由于OMA分子中同时含有多个羟基、酰胺基等极性基团和长碳链烃基，因此，0MA水溶性好，抗硬水、耐水解能力强，在pH值5～10水溶液中均能稳定存在，具有很好的稳泡性和较好的润湿、乳化能力。实验结果表明，在水溶液中0MA对钢和铸铁有优良的防锈作用，对铜也有一定的防腐蚀能力。但由于0MA的水溶液呈弱碱性，不适于做铝的腐蚀抑制剂。如果添加其他铝缓蚀剂，使之构成具有协同防腐蚀能力的体系，将获得满意的结果。OMA适用于水基金属切削液、水基难燃液压液等。

    (4)极压润滑作用  通常认为乳化油含油较多，其润滑性要比不含油的透明切削液好。这是由于乳化油中的基础油是油性基团，依靠物理吸附作用黏附在摩擦表面，从而起润滑作用。但有关文献，表明，乳化油起润滑作用的并不是基础油，而是带极性基团的表面；活性剂。单独用这些表面活性剂溶于水所得溶液的摩擦系数和乳化；铀本身的摩擦系数相近，甚至更小。而乳化油中如不含极性基团的；表面活性剂，摩擦系数就变大。这是由于带极性基团的表面活性剂在金属表面能形成物理或化学吸附，吸附膜比较牢固，能起到效果良好的润滑作用。

    合成切削液不含油，其润滑作用也主要取决于表面活性剂，只要选择合适的表面活性剌，合成切削液完全有可能达到或超过乳化切削液的润滑水平。HW一5型高水基切削液配方中，选择水溶性润滑剂(如聚乙烯醇、甘油等)，并用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行复配，取得了较好效果。5％的HW-5水溶液，其最大无卡咬负荷P_b值达到61kg，相同浓度下的乳化液P_b值低于40kg。

    研究发现烷基咪唑啉硼酸酯是一类性能优良的多功能金属加工液添加剂。它与油酸复合后，可明显提高耐负荷性能和极压性能，且随着油酸咪唑啉硼酸酯的比例增大，水溶液的耐负荷性能(P_b值)增大。当油酸咪唑啉硼酸酯和油酸的复配比例为2：1时，P_b值达到最大。油酸咪唑啉硼酸酯与二硫代氨基甲酸钠的配伍性也良好，当两者的比例为1：1时，协同效果最好。

    此外，含稀土元素的有机化合物、无机硅酸盐、有机硅化合物在水基切削液中有良好表现，如硅酸钠与亚磷酸二正丁酯有较好的配伍性，比例合适时能更好地发挥硅酸钠在水基液中的抗磨减摩性能。林峰等合成了一种水溶性稀土配合物Ce-DOP(二壬基酚聚氧乙烯醚磷酸铈)，实验结果表明，Ce-DOP在水中的含量为2％(质量分数)左右时，可显著改善水的极压性能。

    (5)防腐作用  切削液中常用的防腐剂有：邻苯基苯酚、四氯代酚、对氯间二甲基酚、六氢化三吖嗪、三溴水杨酰胺和二溴水杨酰胺的混合物等。这些防腐剂只能暂时抑制微生物的繁殖，没有持久性，在使用中需要频繁地向切削液中添加防腐剂。东邦化学工业公司在水溶性切削液中添加有机胺与环氧丙烷的加成物(非离子表面活性剂)作为防腐剂(组成见表7)，其与只含三嗪类防腐剂的水溶性切削液相比，防腐性能优异，使用寿命增长。

表7  东邦化学工业公司的水溶性切削液组成

三洋化成工业公司以氨基酸与环氧化物的加成物为防腐剂所制得的水溶性切削液与过去含胺、酰胺、氨基酸等抗菌性物质的水溶性切削液相比，抗微生物性能优异，长期使用能抑制腐败臭味，防止防锈性下降，改善操作环境。所用的氨基酸环氧化物加成物有：丁基胺·PO(1)乙酸钠、丁基胺-EO(1)乙酸钠、辛基胺·EO(1)乙酸钠、辛基胺·EO(1)丙酸钠、月桂胺·EO(1)乙酸钠、月桂胺·EO(1)丙酸三乙醇胺盐、月桂胺·PO(1)丙酸二乙醇胺盐、月桂胺EO(1)丙酸羟乙基环己基胺盐及油胺·EO(1)乙酸羟乙基环己胺盐。它们均为两性型表面活性剂。该类水溶性切削液组成如下。

3．5水基切削液配方举例

以下介绍一些水基切削液的配方。

配方l

    配方2

配方3

该配方稀释成3％～5％的乳化液可用于磨、车、钻等工序。清洗、防锈性良好。

    配方4

    配方5

配方6

配方7

配方8

配方9

配方10

配方ll(透明型水基切削液)

    配方l2(“四合一”淦属切削液)