一.切削液背景
切削液用于金属切割、打磨等工艺，起到降温减磨作用，还能润滑刀具和工件这种工业液体由多种高效添加剂科学调配而成，兼具优异的冷却、润滑、防锈、去油清洁、抗腐蚀以及易稀释等特性。解决了传统皂基乳化液夏季易腐败、冬季难溶解、防锈能力不足的问题，不会对机床油漆造成损害，可用于黑色金属的切割和打磨，是现阶段最先进的磨削液。切削液的各项性能都超越了皂化油，它不仅具备优异的降温、清洁、防锈功能，还兼具无毒性、无气味、不伤害人体、不腐蚀设备、不污染环境等优势。
水基润滑剂具备良好的降温效果, 费用低廉且容易获取, 加工零件也方便清理, 常应用于高速切削的工艺环节。得益于其成分的优化, 这类润滑剂的润滑特性和抗腐蚀效果显著增强, 因此市场对其的需求持续攀升, 特别是在加工铝制和铜制材料时。此类润滑添加剂可以划分为油溶性和水溶性两类。油溶性添加剂的应用表现与矿物油中的添加剂相似。要让油溶性成分均匀分布在水中，必须使用界面活性物质。通过在油溶性成分上接上亲水性的结构，能够得到水溶性成分。水基切削液分为乳浊液，化学合成液和半化学合成液三种类型，它们都能适用于从轻微到重载的各种切削作业。
1.1切削液的分类及区别1.1.1切削液的分类
切削液根据油品化学成分，分为两大类，一类是不能溶解于水的，另一类是能够溶解于水的。能够溶解于水的切削液，又可以分为三种类型，分别是乳化液，半合成切削液，以及合成切削液。
该切削液的构成包括，基础油占50到80的比例，辅助油占0到30的比重，稳定剂占15到25的区间，保护成分占0到5的范围，还有防止腐败的物质
半合成型切削液由多种成分构成，矿物油占比在0到30之间，脂肪酸含量介于5到30之间，极压剂的添加量从0到20不等，表面活性剂的用量不超过5，防锈剂的用量在0到10范围内
全合成型切削液由多种成分构成，其中表面活性剂的含量在0到5个百分点之间，胺基醇的占比为10到40个百分点，防锈剂的用量范围是0到40个百分点。
1.1.2油基切削液和水基切削液的区别
油基切削液在减少摩擦方面的表现更佳，而在降温方面的作用相对不足。水基切削液在减少摩擦方面的表现不如油基切削液，但在降温方面的作用更为出色。当进行缓慢的切削作业时，需要切削液具备较强的减少摩擦的能力，通常情况下，当切削速度不超过30米每分钟时，会选用切削油。添加了耐极压成分的切削油，对于各种材料的加工处理，只要切削速度不超过60米每分钟，都能够发挥出良好的效果。高速切削时，产生的热量非常可观，油类冷却液的导热能力相对较弱，因此切削区域容易变得温度过高，切削油可能会冒出烟尘，甚至引发燃烧，同时，工件在高温下容易发生热形变，进而影响加工的精确度，所以通常采用水性冷却液进行冷却。
乳化液融合了油的减摩和防蚀特性，以及水的优异降温能力，因此兼具良好的减摩降温效果，特别适用于产生大量热量的高速轻压金属加工。相较于油基切削液，乳化液的优势在于更强的散热量，更佳的清洁度，利用水稀释带来的成本效益，还有助于操作者的健康安全，因此更受操作人员青睐。正常情况下，只要不是特别难以加工的材质，乳化液几乎适用于所有轻量级、中等级别的切削作业，也包括大部分重量级的切削任务，它同样能用于除螺纹磨光、沟槽打磨等特殊磨削之外的各类磨削工作，不过乳化液有个不足之处，就是容易让细菌和霉菌滋生，导致其中有效成分发生化学变化而散发出异味并失去性能，因此通常需要掺入低毒性的有机抗菌物质。
化学合成切削液具备诸多长处，包括成本低廉、散热迅速、清洁力强以及工件表面清晰可见，便于精确调控加工尺寸，其稳定程度和抗腐性能均优于乳化液。然而其润滑效果不够理想，容易导致机床活动部件发生粘连和磨损现象，并且化学合成后产生的黏性残留物会妨碍机器零件的正常运作，同时会在零件接触区域诱发锈蚀问题。通常在特定情形下，应当优先考虑使用水基切削液。
1）对油基切削液潜在发生火灾危险的场所；
高速切削和大幅度进给，导致切削区域温度过高，产生大量烟雾，存在引发火灾的风险。
3）从前后工序的流程上考虑，要求使用水基切削液的场合。
需要降低油滴、油雾和油雾扩散造成设备周边环境污染和杂乱的状况，以便维持作业场所的干净整洁。
从价格角度分析，针对部分加工简便且对工件表面精度要求不高的切削作业，使用普通水基冷却液即可符合工作需求，同时能显著减少冷却液的开支，这种情况非常适用。
当刀具的使用寿命对加工成本影响显著时，比如刀具造价很高，修磨工具很麻烦，安装调试耗费时间较多时；在机床精度要求极高，绝对不能有水进入以免导致生锈的环境中；机床的润滑装置和冷却装置容易相互干扰的情况下，以及没有废液处理设施和条件的场景中，都应该优先考虑采用油性切削液。
1.2切削液的作用机理1）润滑作用
切削液在加工时能起到润滑效果，有助于降低刀具前缘同切屑，以及刀具后缘同已加工材料之间的摩擦力，能够形成一层润滑保护膜，进而使切削力减弱，摩擦减小，同时降低能耗，还能减少刀具与工件接触点的温度，减缓刀具的损耗，还能提升工件材料在加工时的表现。磨削时，添加磨削液，液体渗入磨粒与工件、磨粒与磨屑的间隙中，形成润滑层，降低界面摩擦，避免磨粒刃口损坏和被切屑粘结，进而降低磨削动力和摩擦产生的热量，增强砂轮的使用寿命，改善工件表面的加工精度。
2）冷却作用
冷却效果体现在切削液与高温刀具（或砂轮）、切屑及工件之间发生的热交换，具体表现为热量通过传导、蒸发等方式被移除，进而降低加工时产生的温度，避免工件和刀具因受热而变形，确保刀具保持原有强度，同时改善加工的精确度并延长刀具的使用寿命。切削液的降温能力取决于其导热效率、吸热值、蒸发潜热以及流动性。水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。
3）清洗作用
金属加工时，切削液需具备优异的清洁功能，能去除切屑、磨粒及铁粉、油渍和砂尘，避免机床、工件与刀具被污染，确保切削刃口始终锋利，从而不影响加工质量。油基切削油中，粘度越小，清洁效果越佳，特别是含有煤油、柴油等轻质组分的切削油，其渗透力和清洁能力更为出色。以表面活性剂为基础的水基切削液，清洁能力突出，因为它能在物体表面生成覆盖层，防止颗粒和油垢等附着在零件、工具及砂轮上，并且能够深入到颗粒和油垢附着的结合处，将其从结合处剥离，由切削液带走，维持切削液干净。
4）防锈作用
金属加工时，工件会遭遇环境物质及切削液成分分解或氧化形成的油泥等腐蚀性物质，从而发生锈蚀，机床接触切削液的部分也会因此受损。另外，工件在加工完成或工序转换暂时存放期间，切削液需具备一定的防锈性能，以避免环境物质和残留切削液中的油泥等腐蚀性成分侵蚀金属。特别是在我国南方潮湿多雨季节，更应注意工序间防锈措施。
5）其它作用
该切削液还需满足其他几项要求，首先，它的性质必须稳定，存放和运用时不会出现沉淀、分层、油析、皂析或老化等情况，其次，要能抵抗细菌和霉菌的侵蚀，避免发霉或因生物分解而腐败，再者，它不能破坏涂漆的零件，对人的身体也没有任何伤害，气味也不应带有刺激，最后，在操作时不应产生烟、雾，或者只产生少量烟雾。易于回收利用，污染程度轻微，排放的废弃物处置方便，经过处理后能够符合国家工业废水排放规范等。
二.典型切削液介绍（微乳切削液）
切削用的金属液体通常包含多种成分，比如减摩成分、耐压添加剂、界面活性物质、防蚀成分、抗腐物质、去泡成分等。
2.1微乳型切削液
新型半合成冷却液，通称微乳液，需按固定配比兑入水中使用，常应用于金属加工等工艺流程，克服了传统乳化液与纯合成液各自的不足，又将两者的长处融合在一起，主要用作机械加工的润滑和降温介质，兼具优异的润滑、降温、防锈及清洁效果。它主要由水构成, 含有表面活性物质, 矿物油、 脂肪油和极压添加剂的量都比乳化油少, 微乳化油含有油、 水、 表面活性物质、 防锈缓蚀物质、 油性添加剂、 极压添加剂、 防霉杀菌物质等成分
油相和水相，微乳化油占比通常在百分之十到三十之间，油具备润滑功能，同时也能承载油溶性添加剂，微乳化油里的水分最多可达百分之四十五，大量水分的存在是它同乳化油相区别的关键点，这种情况既满足表面活性剂和偶联剂的需求，也为各类水溶性成分的应用创造了条件。基于环境与健康的考量，油品中芳烃的占比需控制在百分之十以下；从与各类添加剂的兼容性角度分析，石蜡基和环烷基的基础油更为适宜，因而常被优先采用，具体包括机械油、植物油、白油以及十五号石蜡基油等选项
油具备减少摩擦的功能,同时也能承载油溶性成分。出于环保和健康的考虑,油品里芳烃的成分比例要低于百分之十;从配合添加剂的角度看,石蜡基和环烷基的油料更合适。
表面活性剂发挥着关键作用，它通过润湿、分散、乳化以及增溶等特性，确保微乳化液中分散相颗粒极其微小，并且整个体系十分稳定。乳化油配方里，表面活性剂的添加比例通常在20%到25%之间，而微乳化油的配方中，这个比例可以超过40%，目的是让油滴颗粒更加细小，同时维持体系的极高稳定性。乳液形成的重要成分是表面活性物质，这类物质通常分为三大类别：带正电荷的表面活性物质、带负电荷的表面活性物质以及不带电荷的表面活性物质。带正电荷的表面活性物质往往让乳液呈现酸性特质，容易导致乳液发生腐败或变质现象，因此很少被采用。带负电荷的表面活性物质以乳化效果出色而著称，同时还具备一定的清洁和减少摩擦的作用，不过它们在面对硬水时表现不佳，并且容易产生大量泡沫。常与非离子型表面活性剂配对使用。非离子型表面活性剂在水中不发生电离现象，其亲水部分主要由含有一定数量醚基和羟基的基团组成，不容易受到强电解质无机盐类存在的影响，也不容易被酸碱环境改变性质，与其他类型表面活性剂混合时相容性良好，能够进行充分混合，然而由于在溶液状态下不电离，因而在一般的固体表面上难以发生强烈的吸附作用，此外，当温度上升时，许多非离子型表面活性剂的溶解度会下降甚至完全无法溶解，这种情况可能会导致乳液出现浑浊现象。因此 ,需要改变阴离子表面活性物与非离子表面活性物的比例 ,让HLB值与分散物相协调 ,从而得到理想的分散、乳液化作用 ,这也决定了能否形成一个均匀且稳固的系统。表面活性剂种类丰富,能显著提升微乳化液的功效,其渗透性和清洁力远超普通乳化液,有助于维持刀具和砂轮的优良性能,同时保证加工表面的洁净,最终实现加工效能和精度的双重提升。阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂组合使用,往往能取得更理想的效果。常用表面活性剂包括，脂肪酸皂，石油磺酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚，壬基酚聚氧乙烯醚，吐温，脂肪酸烷基酰胺，山梨糖醇酯，聚醚等
保护机床、刀具和工件免受乳液损害，需要在切削液中添加防锈缓蚀剂，目的是让金属表面产生保护层，或者形成钝化层。这类添加剂分为两大类，分别是水溶性防锈剂和油溶性防锈剂。水溶性添加剂包括亚硝酸钠、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸盐、铬酸盐、植酸、苯甲酸钠、钼酸钠和无水碳酸钠等物质。这些物质能与金属发生反应，并在金属表面形成不溶性且致密的氧化膜，从而阻止金属发生电化学腐蚀。这类防锈剂多数属于电解质，当用于乳液时，其用量不宜过多，以免产生电解现象进而破坏乳液。油溶性防锈剂包括磺酸盐、 高分子羧酸及其金属皂盐、 酯醇、 胺以及磷酸酯等物质。这些物质是具有很强极性的化合物，能够优先吸附在金属表面，或者与金属表面发生化学反应形成保护膜，从而阻止氧气和水分接触金属。因此，它们会与极压剂在金属表面的吸附产生竞争，导致乳液的极压性能降低。亚硝酸钠具有诱发癌症的特性，在部分欧美国家以及部分成长中地区已被禁止使用。二乙醇胺的量也不宜超过百分之一，因为它在接触空气时会转变成为致癌成分。现在普遍采用对环境无害的缓蚀剂，例如脂肪酸类物质、含氮化合物、咪唑啉衍生物以及三唑类制剂。
油性剂，对于维护刀具状态，改善工艺效果，属于微乳液配方中不可或缺的一部分。此类成分通常包含动植物油脂，聚合脂肪酸及其衍生物，脂肪醇与多元醇，硫化油脂，酮类物质，以及胺类化合物等有机成分。这些物质分子具备极性基团，能够作用于金属表面，构建定向排列的吸附层。在金属加工方面，这种膜层可以避免工件、切削过程、刀具之间金属的直接接触，能够降低工件表面的不光滑程度，可以提升工件制造的精确度，并且有助于延长刀具的使用年限。
极压剂包括含硫、磷、氯等成分的化学物质，这些物质在高温时会与金属接触面产生化学反应，从而形成化学吸附膜。与物理吸附膜相比，这种化学吸附膜具有更好的耐热性能，因此适用于在极压润滑的摩擦条件下使用。在国内，氯化石蜡、硫化过的动物脂肪、硫氯化的大豆油、亚磷酸的二丁基酯、磷酸的三乙基酯以及ZDDP等物质，被普遍用作极压剂。在磷类减摩剂里掺入氮、硫、硼等成分后，其减摩作用表现良好。P-N材料承压能力很强，S-P-N元素在速度慢、扭矩大的工况下表现优异，而在速度快、冲击力强的条件下则效果不佳，不过硫成分在剧烈冲击时能显著增强抗极压能力，另外，因为胺类物质能减缓酸性磷酸酯引发的化学性磨损，因此这类抗磨极压添加剂不仅抗极压性能出色，防锈效果也很好，还能有效抵抗氧化，B-P-N材料则具备很强的抗铜腐蚀能力，并且极压抗磨性能同样出色。
在有机硼酸酯分子中掺入硫和磷这两种活跃成分后，该分子展现出诸多优良特性，不仅抗氧化和抗磨损能力得到提升，减摩效果也更为显著；而进一步添加氮元素，则能大幅度增强其承载负荷的能力，同时显著改善抗磨损能力。
钼的有机衍生物能够充当高效的极压与抗磨润滑成分，不仅表现出杰出的抗磨蚀、降低摩擦和承受极端压力的能力，同时还具备防止金属生锈的功能。
二聚酸及相关化合物是水基金属加工液的优良组分,能够与水混合形成清澈的水溶性润滑剂。它们的油性部分具有出色的抗摩擦和抗磨损性能,在高压环境下,二聚酸会与接触面发生作用,形成二聚酸金属盐皂膜,发挥出耐高压抗磨损的效果,同时也能起到防腐蚀的作用。它适用于多种金属材料的处理,涵盖含铁类与非铁类金属,例如钛、镁、黄铜、铜、青铜或其它类似且易被污染的金属。随着油基产品向水基产品转型,水溶性极压剂的研究日益受到关注。此类产品包括脂肪酸的有机硫磷酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯,以及烷基氧乙烯醚有机磷酸胺盐等。最新了解到，高碱值磺酸盐在重金属加工时充当惰性极压剂，能在金属表面生成物理覆盖的碳酸盐保护层，这种保护层剪切强度小，金属加工时表现出极好的极压润滑效果，与含硫极压剂配合使用能产生明显的协同作用，对大多数金属没有腐蚀性，同时具备防锈功能，对人类和环境几乎无危害，满足工业卫生和环保标准。还能进一步提升表面平滑程度,具有非常出色的抗生锈效果,不会对多数金属材料造成损害,使用时安全且不会产生环境污染。
防霉杀菌剂：微乳液容易孳生细菌，导致加工液腐坏，使用期限缩短。常见的杀菌物质包括甲醛释放剂、酚类物质、水杨酸类、杂环化合物等。现阶段，国内普遍使用三丹油。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掺合物等
其他辅助成分包括消泡物质、稳定物质、偶联物质、酸碱度调节物质以及金属离子封闭物质等。消泡物质多为硅油类，这类物质不溶于水，若分散于水中则需控制用量，否则易使体系变得浑浊。偶联物质用于提升体系的稳定性，其作用效果取决于其本身的亲水性和亲油性的平衡状态。体系的酸碱度需维持在8到10的区间，酸碱度偏低，细菌容易繁殖导致霉变；酸碱度偏高，金属会遭受严重侵蚀。金属离子封闭剂能够结合水里的钙和镁元素。这些辅助成分的使用方式，要视具体情形来决定。
2.2常见微乳切削液的配方表
组分
投料量（g/L）
15号基础油
200~220
蓖麻油三乙醇胺
200~220
妥尔油
30~80
硼酸
150~200
杀菌剂
10~30
消泡剂
10~30
表面活性剂（tx-10）
25~50
聚乙二醇
25~50
石油磺酸钠
100~130
磷酸钠
100~130
余量
三.市面常见切削液
各种类型的润滑冷却介质包括矿物油基的,还有水基的,以及环保型的长效润滑液,有专门用于加工中心的,也有微乳化的,此外还有极压性的润滑油,用于拉拔的油品,金属用研磨液,玻璃用研磨液,矿物油基的研磨液,水基的研磨液,纯粹的切削油,线切割用的冷却剂,线切割作业用的液体,单晶硅片切割用的液体,多晶硅片切割用的液体,以及蓝宝石切割用的液体
混合液、成型油、冷却液、热处理油、耐磨切削液、防腐油、着色剂、拉伸油
