金属加工介质在高端装备制造领域的绿色整体解决方案

（重点描述主要技术创新性、稳定性、绿色属性（改善生态、提高资源利用率、节能减排等情况）、知识产权情况及归属、投入与产出分析等方面）1、技术创新性、稳定性（1）、无磷表处理剂系列产品无磷表面处理剂采用硅烷偶联剂有机组分以及改性的无机纳米粒子等物质取代了磷化物，有效防止了含镍、磷等有害污染物的排放，实现无害化表面处理。1）、有机成膜剂成膜技术有机成膜剂硅烷偶联剂是分子量控制在一定范围并带有特殊的官能团的聚合物。在使用过程中，溶液中的复合硅烷聚合物发生水解反应生成大量的硅醇基团（SiOH）（如下图所示）。当溶液中形成了足够浓度的SiOH基团，就可以用于清洁金属的表面处理。图1 硅烷偶联剂水解反应SiOH基团与金属表面氧化层中的氢氧化物（MeOH）形成氢键，可快速吸附到金属表面，随后SiOH基团与MeOH基团进一步发生缩聚反应，形成牢固的共价键（Si-O-Me）图2 金属表面的缩聚反应剩余的SiOH基团相互之间发生缩聚反应，在金属表面上形成Si-O-Si三维网状结构（如图2所示）。这种三维网络结构，有序且致密，通过化学键和作用，可以有效提升与涂料中有机官能团的结合力，最终提升涂层附着力。（1）缩聚前（2）缩聚后图3 硅烷偶联剂间缩合反应2）改性纳米颗粒成膜技术将金属氧化物颗粒置于溶剂中，加入特定官能团和结构的硅烷偶联剂单体，在特定的剪切力和温度下进行接枝反应，最终经过洗涤、过滤及干燥处理后获得表面具有特定比例的氨基/羟基含量的金属氧化物纳米颗粒图4 改性纳米粒子结构示意图在金属表面处理过程中，通过化学及电化学反应，改性过的纳米颗粒和硅烷偶联剂聚合物均带有可以在固化过程中与涂料反应的特殊官能团，这层纳米复合膜极大提高了金属基材与涂料之间的附着力，为金属基材提供了优良的耐腐蚀性能。（2）、高性能热加工用水溶性冷却介质1）高性能热加工用水溶性冷却介质产品技术路线①通过研究了不同的水溶性聚合物对冷却性能的影响，将不同聚合物复配，高浓度（≥15%）时获得了中高温阶段以蒸汽膜冷却为主、不同温度及时间的冷速基本一致、冷却的同时性和均匀性较好的水溶性冷却介质。②利用羧甲基纤维素钠（CMC）大幅降低冷却介质的特性温度，获得长过程的蒸汽膜阶段。利用聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）使蒸汽膜更加稳定，且冷却速度保持一致。通过聚丙烯酸钠（ACR）含量的变化调节蒸汽膜阶段均匀冷速的高低。③采用聚合物接枝改性技术，在CMC侧基上进行乙烯基吡咯烷酮（VP）的均聚接枝或者VP与丙烯酸（AA）的共聚接枝。复配获得的匀速冷却介质中，不同的组分各自承担一定的功能，由于在使用过程中各组分可按照等比例消耗，性能保持长期稳定。图5 CMC接枝聚合反应示意图图6 CMC接枝聚合物结构示意图（3）、植物油基切削液及集中供液系统1）、植物油基切削液产品技术路线（1）乳化技术：矿物油与植物油的结构存在非常大的差异，原有乳化矿物油的表面活性剂直接用于植物油时，乳化效率低、效果差，因此通过将主表面活性剂和助表面活性剂进行复配，使得乳化得到的体系具有低表面张力、强大的增容量、稳定的粒径。图7 乳化过程（2）微生物控制技术：通过深入研究细菌、真菌结构以及生长曲线，并进行了抑菌与杀菌协同的组合测试，研发了行业内独有的微生物控制技术。通过引入抑制细菌滋生的原料，取代了甲醛释放型杀菌剂，最大限度的减少杀菌剂的投入，大幅度降低VOC、甲醛释放，对环境、人体更友好，降低职业过敏的发生。2）、植物油基切削液产品生产工艺路线原有工艺只能一次性加入表面活性剂和水相，无法实现稳定的乳化工艺的精准控制，现使用预调釜和调和釜结合的工艺，可以有表面活性剂先溶于油相，再加水后制得W/O型乳液。继续加水至变型，制得的O/W型乳液粒度小，稳定性高，使得乳化工艺更稳定。图8 植物油基切削液加工工艺3）、集中供液、处理绿色制造系统技术路线针对废屑（切屑或磨屑）、切削液进行集中方式绿色处理，使之绿色回收或循环利用，延长切削液的使用寿命、减少切削液的浪费。图9屑/液处理绿色制造系统工艺流程2、绿色属性无磷表面处理工艺：技术相比传统的磷化处理物，具备以下优势：第一，可以有效地防止镍、磷、铬等有害重金属地排放；第二，具备能与磷化媲美的耐蚀性、稳定性、匹配性的基础上实现无害化表面处理；第三，无磷技术较磷化技术产生的热能消耗、电能消耗、水消耗分别可以节省近15%-25%、5%-10%、10%-20%。高性能热加工用水溶性冷却介质：采用接枝改性、冷却路径控制等核心技术，低浓度（＜15%）应用于淬火冷却，可以有效代替淬火油，适用于弹簧钢、轴承钢、热作模具、冷作模具钢等中高淬透性材料。高浓度（≥15%）可应用于钢制件的锻后控冷和淬火冷却，减少传统的热处理预处理工序。植物油基切削液及集中供液系统：实现机械精密加工环节的少切削液的使用和废液排放，以植物油基代替矿物油基，在提供加工性能的同时大幅降低VOC及有害物排放。3、知识产权情况及归属本项目已被授权16项发明专利、13项实用新型专利、11件软件著作权专利。4、投入与产出分析本项目预计投资1亿元，预计产出绿色介质产量5万吨，成套设备100套。