油酸添加剂对硬质合金刀具钴浸出的抑制作用.pdf

第 2 7卷第 1 期 2 0 0 5年 2月 河 北 理 工 学 院 学 报 J o u r n a l o f He b e i I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y V o I 2 7 N o 1 F e b 2 o 0 5 文章编号 1 0 0 7 2 8 2 9 2 0 0 5 0 1 0 0 2 9 0 3 油酸添加剂对硬质合金刀具钴浸 出的抑制作用 张好强 贾晓呜 高筠 河北理工大学 机械工程学院 河北 唐山 0 6 3 0 0 9 关键词 油酸三 乙醇胺 钴 浸 出 抑制 摘 要 采用蓖麻 油酸和三 乙醇胺在不同的比例及 实验条件下 合成 了四种油酸三 乙醇胺 酯 分别将这四种物质配制成一定浓度的溶液 作 为润滑剂 在车床上用砂轮 对 Y G 8硬质合金 刀 片进行加润滑剂的湿磨削 用 K Y K Y 2 8 0 0型扫描电镜分析刀片表面的主要金属成分的含量 电镜结果表明 使用油酸添加剂对硬质合金刀具中的钴的浸出有明显的抑制作用 中图分类号 T H 1 1 7 2 2 2 文献标识码 A 0 引 言 在制作硬质合金刀具的过程中 由于要使用砂轮对其进行整形 研磨等工艺 需要大量使用磨削液 以降 低磨削温度 三乙醇胺是水基切 磨 削液中的重要添加剂 它的优点是易与多种长碳链酸发生酯化反应 形成润滑性能良好的润滑剂 而它本身也是一种良好的防锈剂与表面活性剂 在水基切 磨 削液中加人三 乙醇胺将有助于该液体浸润 渗透于切 磨 削界面上充分发挥其清洗 润滑 防锈作用 但据国外文献报 道 氨基类添加剂对硬质合金刀具中的钴有浸出作用 磨削硬质合金刀具时不宜使用该类添加剂 钴作 为硬质合金的粘结剂 它的浸出将大大降低硬质合金刀具的抗机械冲击力和使用寿命 同时 切 磨 削液 废液中如果钴的含量过高 容易污染环境 还会对操作工人的身体健康造成很大的危害 油酸三乙醇胺是通 过油酸与三乙醇胺在一定条件下反应生成的产物 它具有优 良的润滑性能 也是一种 良好的防锈剂与表面 活性剂 用油酸和三乙醇胺合成油酸三乙醇胺酯 采用不同的比例进行反应 可以生成单酯 双酯和三酯 本文采用蓖麻油酸三乙醇胺在不同的比例及实验条件下 合成了四种油酸三乙醇胺 使其作为润滑剂 分别 用砂轮对 Y G 8 硬质合金刀片进行磨削 期间浇注一定浓度的润滑剂 用 K Y K Y 2 8 0 0型扫描电镜分析刀片表 面主要金属成分的含量 根据实验结果提出了在磨削液中添加油酸三乙醇胺酯来抑制硬质合金刀具钴的浸 出的方法 1 实验部分 1 1 试验润滑剂的配制 按油酸与三乙醇胺的摩尔比分别为 1 2 1 1 1 3 1 1 5 1 几种情况 油酸和三乙醇胺反应 在温度 8 0 1 0 0 C 下反应 5 6 h 合成物质标号分别为油酸三乙醇胺酯 1 酯 2 酯 3 酯4 用水配制成浓度为0 6 的 溶液 溶液 P H值为 8 9 1 2 磨削试验 用砂轮对硬质合金刀片进行磨削 在车床上进行 硬质合金刀具选用 Y G 8 砂轮选用磨料为金刚石 粒 度 8 0 砂轮直径 2 0 0 m m机床 C A 6 4 0型 将砂轮装在 自制的芯轴上 芯轴一端装在三爪卡盘上 另一端用 顶尖顶住 由机床主轴带动芯轴转动 转速为 1 1 2 0 r ra i n 硬质合金刀具固定在刀架上 靠手动进给 磨削 时间均为 1 0 ra i n 进行D N I 0 滑剂的湿磨削试验 1 3 扫描电镜分析 用 K Y K Y 2 8 0 0型扫描电子显微镜分析 Y G 8硬质合金刀片磨削前后的刀片表面主要金属成分的含量 收稿日期 2 0 0 4 0 8 2 4 作者简介 张好强 1 9 7 9 一 男 河北衡水人 河北理工大学机械工程学院硕士生 维普资讯 3 0 河北理工学院学报 第2 7 卷 2 试验结果与讨论 2 1 电镜分析结果 硬质合金刀具磨削前后的电浣分析结果见表 1 从表中可以得出各种润滑 对应的刀片磨损表面钴元 素的质量百分比 三乙醇胺为0 8 2 水为2 0 5 酯 1 为 1 8 0 酯2为2 3 8 酯 3为2 7 1 酯4为 1 5 4 表面钴元素质量比较大的说明在磨削过程中钴元素扩散较少 表面钴元素质量比较小的说明在磨削 过程中钴元素扩散较多 比较可知 酯 1 与酯4的对钴元素扩散的抑制效果不如酯 2和酯3 使用不同的润 滑剂后 刀片的钴浸出量从大到小的顺序为 三乙醇胺 酯4 酯 1 水 酯 2 酯3 选用酯 3 酯 2 对硬质 合金磨削时钴元素的扩散有较好的抑制作用 表 1 使用润滑剂磨削刀片前后的对比试验结果 油酸三乙醇胺酯与三乙醇胺对硬质合金刀具中的钴离子的浸出量的关系如下表2所示 表 2 润滑剂与 C o 润 滑 剂 c o 的浸出量 E l e m e n t W t 三乙醇胺 酯 1 酯 2 酯 3 酯4 2 0 8 1 1 0 0 5 2 0 1 9 1 3 6 从表中可以看出 使用油酸三乙醇胺酯对钴的浸出有明显的抑制作用 2 2 讨论 从上述实验结果可以看出 蒸馏水 油酸三乙醇胺 三乙醇胺均可与钴发生反应 也就是说 均能使硬质 合金刀具中的钴浸出 从热力学观点看 在水溶液中 C o n C o 的标准电极电势为 一 0 2 8 V 室温 说 明C o 易失去电子成为 C o n进入水溶液 硬质合金中的C o 是以C o n形式存在于磨削液中 C o n的外层电子 排布为 3 d 4 s 4 p 4 d 其中 3 d轨道上的一个 d电子可以被激发到级级较高的 4 d轨道上 使外层 电子变为 3 d 4 s 4 p 4 d l 使得 C o 有6个空轨道 因此 c o 可与磨削液中的某些分子发生配位反应 在蒸馏水中 C o 可与水分子配位 并形成 c o H 0 配合物 但这种配合物不稳定 在碱性溶液中C o n C o的标准电极 电势为中 一 0 7 3 V 室温 其绝对值比在蒸馏水中大 0 4 5 V 因此在碱性溶液中C o 更易成为 C o n进 入磨削液 三乙醇胺的结构式如下 C 2 H4 OH HOH4 C 2 N 一 C 2 H 4 0H 由于三乙醇胺中氮原子与三 羟基中的氧原于均具有多个孤对电子 它可与 C o 发生螫合反应形成比 较稳定的螯合物 随着磨削过程的进行 这种螯合反应加速了硬质合金刀具中钴的浸出 使硬质合金磨损量 加大 油酸三乙醇胺是由油酸与三乙醇胺发生反应后生成的一种化合物 单油酸三乙醇胺分子中有两个羟 基 双油酸三乙醇胺中有 1 个羟基 由于分子中羟基减少 且分子构型犬胭 此与 C o 配位反应能力降低 维普资讯 第 1 期 张好强 等 油酸添加剂对硬质合金刀具钴浸出的抑制作用 3 l 故油酸三乙醇酯脂溶液对硬质合金刀具中钴的浸出作用要小于三乙醇胺溶液 四种油酸三乙醇胺酯对钴离子的浸出量关系如下图 1 所示 访 酲 出 最 图 1 油酸三乙醇胺酯对钴的浸出量的关系 油酸与三乙醇胺反应 其反应比例不同所生成的酯也就不同 油酸的量越多 反应后生成的酯的羟基就 越少 生成物的水溶性也就越差 由于酯 1 反应的比例为 1 2 三乙醇胺过量 所以反应产物为油酸三乙醇 胺与三乙醇胺的混合物 由于三乙醇胺的影响 C o 的浸出比较多 但由于油酸三乙醇胺的存在 在一定程 度上抑制了钴的浸出 故钴的浸出要少于三乙醇胺 对于酯 2来说 由于反应比例油酸比三乙醇胺为 l 1 反应产物为油酸三乙醇胺单酯 该种酯能很好的溶于水 由于分子中羟基减少 且分子构型大 因此与 C o 配位反应能力降低 故油酸三乙醇胺溶液中钴含量少于三乙醇胺溶液 并且要比水的抑制效果要好 对于酯 3 来说反应比例油酸比三乙醇胺为 1 3 1 反应产物为油酸三乙醇胺单酯与油酸三乙醇胺双酯 其中单酯 所占的比例比较大 为主要成份 它的水溶性比较差 酯4反应比例油酸比三乙醇胺为 1 5 1 反应产物为 油酸三乙醇胺单酯与油酸三乙醇胺双酯 其中双酯所占的比例比较大 但它的水溶性差 从试验结果来看 随着油酸与三乙醇胺的反应比例逐渐增大 它们的生成产物的水溶性越来越差 对硬 质合金钴浸出的抑制作用也逐渐减弱 所以 使用油酸三乙醇胺酯作为抑制剂存在一个最佳的配比 3 结 论 3 1 磨削液中所含有的三乙醇胺易于同进人溶液的钴离子发生螯合反应 促使硬质合金刀具中钴浸出 给 刀具和人体造成危害 因此 磨削硬质合金不宜使用含三乙醇胺添加剂的磨削液 3 2 油酸三乙醇胺酯可降低三乙醇胺的配位能力 从而抑制硬质合金刀具中钴的浸出 因此在磨削液中添 加油酸三乙醇胺酯可以减小对硬质合金刀具和人体的危害 3 3 油酸与三乙醇胺的反应比例越大 其生成物的水溶性越来越差 对硬质合金钴浸出的抑制作用也逐渐 减弱 所以 使用油酸三乙醇胺酯作为抑制剂存在一个最佳的配比 下转第4 2页 维普资讯 4 2 河北理工学院学报 第 2 7卷 Re s e a r c h o f i mp r o v e d GA a l g o r i t h m o n a u t o mo b i l e t r a n s mi s s i o n p a r a me t e r WANG C h a o D e p a r t m e n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g H u n a n U n i v e r s i t y o f A rt s a n d S c i e n c e C h a n g d e H u h a n 4 1 5 0 0 3 C h i n a Ke y wo r d s t r a n s mi s s i o n d e p a rt me n t o f a u t o mo b i l e p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n g e n e t i c a l g o rit h m Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r u n d e r t h e e x p e ri me n t a l c o n d i t i o n o f s i x o p e r a t i n g mo d e s t h e ma i n r e d u c i n g r a t i o a n d t h e d e r a i l l e u r t r a n s mi s s i o n r a t i o n a r e s e l e c t e d a s d e s i g n v a r i a b l e s a n d b a s e d o n t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f t r a n s mi s s i o n d e p a r t l T l e n t t h e i n i t i a l e q u a t i o n s a n d the c r i t e ri o n s t h a t d i v i d e v a ri a b l e s i n t o g r o u p s a r e c o n s t r u c t e d B y u t i l i z i n g i m p r o v e d GA a l g o r i t h m t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l i s s e t u p t o p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n q u e s t i o n s o f t r a n s mi s s i o n d e p a r t me n t S o t h e p a r a me t e r s a r e a d j u s t e d T h e s o l u t i o n me t h o d s t o fi n d ma n y s o l u t i o n s o f p a r a me t e r o p t i mi z a t i o n ma t c h e s a I le f o u n d T h e s o l u t i o n s o f t wa r e i s c o mp i l e d wi t h Ma t l a b Op t i mi z a t i o n g o a l t h a t g u a r a n t e e e c o n o mi c s a n d i m p r o v e p o we r q u a l i t y i S r e a l i z e d i n t h e d e d i g n o f a u t o mo b i l e 上接第3 1页 参考文献 P a t B r u u o Wa t e r Ha z a r d C u t t i n g t o o l E n 画 n e e r i 吕 1 9 9 6 1 2 5 0 高筠 贾晓呜 杜明华 磨削硬质合金刀具时钴浸出机理的研究 J 工具技术 2 0 0 1 3 5 4 9一l 1 Th e i n h i b i t i n g f u n c t i o n o f o l e i c a c i d a d d i t i v e i n l e a c h i n g o f c o b a l t f r o m c e me n t e d c a r b i d e t o o l s Z HANG Ha o q i a n g J I A Xi a o mi n g G AO Yu n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g He b e i P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y T a n g s h a n H e b e i 0 6 3 0 0 9 C h i n a Ke y wo r ds t r i e t h a n o l a mi n e o l e a t e c o b a h l e a c h i n g i n h i b i t i o n Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r u n d e r d i ff e r e n t p r o p o r t i o n s a n d e x p e rime n t c o n d i t i o n s we h a v e c o mp o u n d e d f o u r k i n d s o f t r i e tha n o l a mi n e o l e a t e f a t b y u s i n g o l e i c a c i d a n d t r i e t h a n o l a mi n e a n d ma d e f o u r k i n d s o f s o l u t i