一、 基金属切削液的现存问题

　　金属切削液是指用于金属切削加工的冷却润滑液。其作为机械加工重要的配套材料，是大多数加工中不可缺少的生产要素之一，主要通过冷却、润滑、清洗和防锈等作用，改善工件表面质量，提高加工精度，延长刀具寿命，提高工件表面的防蚀能力。水基金属切削液于上世纪40年代问世，由于其具有油基液难以比拟的冷却特性及低廉的成本而得到了迅速发展。到目前为止，水基液在金属切削领域的应用有了长足的发展。水基金属切削液在发达国家已经走过了从乳化液向合成液、再向微乳化液发展的过程。微乳化液已得到了前所未有的发展和应用。在我国，切削液目前仍以乳化液为主，机械行业在上世纪80年代出现了研制生产和应用合成液的热潮，从90年代才比较普遍地注重微乳化液的研制和应用。因起步较晚，微乳化液性能没有国外的优异。近年来，随着人们环保及职业安全意识的增强以及相关知识的积累，各国出台了一系列法规、条例对化学液的使用进行规范和限制，迫使绿色切削液成为水基金属切削液发展的必然趋势。

　　水基金属切削液给人类创造巨大效益的同时, 对人类的身体健康构成了较大威胁，直接接触切削液的操作工人和在机床上工作的工人患呼吸系统疾病的较多。此外，未经有效处理的水基切削液废液对环境还会造成严重污染。如切削液中防锈剂磷酸钠的积累会使河流、湖泊因富营养化而出现赤湖；防腐杀菌剂苯酚生物降解性差，对鱼类等水生物有毒性；矿物油、表面活性剂等脱脂作用会使人体皮肤干燥、脱脂，甚至引起开裂、红肿、化脓等；而氯化石蜡则是海水污染物之一。

　　而我国市场销售的水基切削液仍以乳化液为主。从宏观角度考虑，该类产品大量地消耗能源，COD化学耗氧量排放超标，严重污染环境。从使用角度考虑，对环境不友好的各类添加剂会对操作者产生各类健康危害的问题。目前我国仅机械工业废切削液的日排放量已近亿吨，面临着巨大的经济和环境保护压力。随着全球人类环境保护意识的不断增强和国际社会对生态环境的日益重视，人们越来越重视切削液对环境的污染问题。尽管对环境无污染的干切削技术得到成功的应用，但其应用范围非常有限。今后相当一段时期内，切削液的使用仍不可避免。因而，在不影响切削液使用性能的前提下，研究和开发对人体无害、废液对环境无(或低)污染的环保型水基切削液具有十分重要的现实意义。

 二、 保型水基金属切削液的研究进展

　　1.基础油用量的减少及替代水基切削液中使用的基础油多为精制矿物油。精制矿物油历史悠久、工艺成熟、价格低廉，但其生物降解能力仅能达到40％。大量矿物油的使用无疑对环境产生了不良的影响。未处理的乳化液含油量通常高达20000mg／L，coD高达18000mg／L，BOD达9300m∥L。而这类未经处理的切削液直接排入河流通常会引起鱼苗发育畸形，鱼肉有异味；还会抑制藻类的呼吸和光合作用等。因此，近年来，人们逐渐开始采用矿物油含量较少且综合性能较好的微乳化型切削液或者完全不含矿物油的切削液以减缓对环境的危害并减少废液管理的费用。其中，合成酯抗氧化能力强，倾点低于一25℃，在28天内可降解超过60％。随着对切削液使用性能和环境卫生要求的不断提高，合成酯作为矿物油的有效替代成分在切削液中的使用越来越广泛。目前应用较多的是硬酯酸甲酯、硬酯酸丁酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸异辛酯、米糠油酸甲酯、新戊二醇二油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、二聚亚油酸乙二醇酯、聚氧基亚烷基二醇酯、季戊四醇四油酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯、新戊基多元醇酯等，这些合成型酯类可有效减少摩擦和功率消耗。此外，植物油也具有很好的生物降解能力，且挥发性低。但是其应用受到了其氧化和水解的不稳定性及老化性能的制约，加入一定的抗氧化剂等添加剂后，性能能很好地满足某些加工的要求，有着广阔的应用前景。目前采用得较多的是菜籽油。

 　　2.保型添加剂的开发

　　随着公众环境意识的增强及环保法律法规越来越严格的要求，切削液的成分发生了较大的变化。以往曾被普遍采用的亚硝酸盐、铬酸盐、短链氯化石蜡已经被禁止使用，而二乙醇胺、甲醛释放型杀菌剂等的使用也受到了较大的限制。国内、外正在着手研究以上这些物质的替代物。目前合成润滑剂在同一分子中具有多种活性基团，从而具有多功能性。如羧酸链烷醇胺酯，其中不仅有活性基团一COOH，还有防锈、抗菌、消泡性能优良的链烷醇胺，从而具有防锈性、消泡性、抗菌性、润滑性。此外，含N、S杂环化合物，含N低分子量聚合物也较常见到。有机硼酸酯是一种新型多功能环保型添加剂，其无毒，极压润滑性好，并兼有防锈、抗菌、杀毒等功能，是一种特殊的表面活性剂，因此受到了许多学者的关注。随着脂肪酸咪唑啉硼酸单酯和三酯、含硫硼酸酯、油酸二乙醇酰胺硼酸酯、复合硼酸酯防锈剂以及有机硼化合物SW一2等此类硼酸酯化合物合成及应用的成功，硼酸酯类添加剂在切削液中应用越来越广泛。目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如有机胺、硼酸盐、苯并三氮唑等复配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。钼酸盐也是防锈性能优良且无毒的防锈剂，添加到切削液中，可在工件金属表面生成Fe—MOO4一Ee203钝化膜，获得良好的缓蚀效果；此外，钼酸盐还能提高切削液的挤压抗磨性能。但钼酸盐价格昂贵，影响了其使用的广泛性。为了推广应用，人们目前正在研究钼酸盐和其它有机、无机缓蚀剂配伍使用时的协同效应。另外，环己六醇六磷酸酯是一种环保型水基金属防锈剂，是从粮食中提取的天然无毒化工品，与金属接触时极易在金属表面形成致密的钝化保护膜，有效抑制金属腐蚀，适合于钢铁及各种有色金属的工序间及长期防锈处理，而加工成本仅为传统工艺万方数据的2／3。近年来，由于切削液中常用的酚类化合物、甲醛类、含氯和含苯化合物等杀菌剂的限制使用，许多新型无毒杀菌剂也被开发出来。如日本选用油酸、硬脂酸、月桂酸等羧酸配成的铜盐具有一年以上的抗腐蚀能力。美国开发的柠檬酸铜也有较好的抗菌效果。我国近年来利用硼酸酯、表面活性剂和鳌合剂复配成的防腐剂也具有较强的抗菌能力。

三、 水基切削液的发展趋势

　　随着机械制造业的快速发展，切削技术和切削工艺的不断创新对切削液的性能提出了更高要求。为了适应社会发展的要求，水基切削液的发展出现了一些新的特点。

　　1. 高性能、长寿命、低污染、多功能切削液的开发

　　近年来，我国进口数控机床、加工中心等先进制造设备越来越多，所需切削液若长期依赖进口，因价格昂贵，将使生产成本大幅度上升。因此，研制高性能切削液以替代进口产品已成当务之急。目前，我国水基切削液的使用范围越来越广，且已开始从乳化液向性能好、寿命长的合成切削液、微乳化液过渡。在发达国家，微乳化液已普遍使用，并正在大力研究环保型切削液。

　　此外，传统水基切削液的加工材质比较单一，许多产品的使用往往只针对某一种材质。随着机械加工业的发展，单一产品、单一材质的加工已经比较少见。许多机械加工厂进行的多是几种材质的混合加工作业。因此，开发通用型切削液满足新型加工的需要也是所有切削液生产厂商急需解决的问题。

　　2. 切削液用量和设备的科学调整

　　传统的水基切削液供液方法常采用浇注法，通常是将一定压力、较大流量的切削液喷射覆盖到切削区，以起到润滑、冷却等作用。在加工条件发生变化时，如在更换工件材料或更换刀具类型及几何参数的情况下，通常也不会(或很少)调整切削液用量，这无疑造成了切削液无谓的大量浪费，且无形中增加了废液处理的费用。因此在开发高性能绿色切削液的同时，改进供液方法，优化供液参数和加强使用管理，延长切削液的使用寿命，减少废液的排放量同样具有重要的意义。美国Thyssen制造公司正全力研究“最小润滑”加工技术，使切削液液体或气雾通过刀具作用于加工区域，切削液的流量有CNC程序控制，效果十分理想。

　　3. 切削液废液处理的完善不合理的切削液排放会造成江河湖泊、大气、土壤等环境污染，而且还会影响企业的安全生产与形象。目前切削液合理有效的处理方法之一就是建立切削液回收利用系统。通常是在同类机床附近设置切削液站，通过管网向每台机床的切削部位提供洁净的切削液，排出的混进了切屑、磨粒等杂质的受污染切削液顺着地沟或管道汇集到一起，流回切削液站进行再处理。这一循环系统在国外机械加工企业已得到了普遍应用，国内的一些外资企业或合资企业中也有应用。对于不能回收利用的水基切削液，则可采用生物技术，利用微生物分解切削液中的污染物等。企业应具有废弃切削液处理方面的专业人员。这些专业人员了解切削液的性能及其相应的分类与管理方法，同时熟悉国家、地方发布的有关切削液的一些法律法规或条例，为企业在切削液的使用、维护、选择和处理等方面提供参考。

四、 结语

　　目前，国内外学者正在努力探索减少或消除环境污染的切削加工方法，研究较多的是液氮冷却、喷气冷却或干切削这些非传统切削液的干式加工。但这种加工方式也各自具有优缺点，因此离全面取代水基切削液的湿式加工还相当遥远，高性能绿色环保型水基金属切削液的开发仍具有重要的意义。在关注切削液给环境带来的负面影响的同时，大力开发对生态环境和人类健康负作用小、加工性能优越的切削液，使其朝着对人和环境完全无害的绿色方向发展；努力改进供液方法，优化供液参数和加强使用管理，减少废液排放量；进一步研究废液的回收利用和无害化处理技术在经济效益和环境影响紧密结合的现代制造模式中具有重要的意义。