切削磨削油相比，水基切削磨削液具有良好的冷却性能和清洗性能，在机械加工过程中应用越来越广泛。水基切削磨削液包括乳化液，合成液和半合成液，一般认为半合成液较乳化液稳定，综合了乳化和合成的优点，应用最多。本文首先比较和分析了乳化液的优缺点并简要论述了水基切削磨削液中的细菌滋生过程，指出乳化液不稳定主要是因为它容易滋生微生物;如果能够通过先进的生物稳定技术如好富顿HOCUT 795系列 生物稳定技术，较彻底地防止微生物滋生，则乳化液稳定性就能大幅提高，而乳化液的优点如良好的润滑性能、防锈性能、废液处理性能也能得到充分发挥，所以，乳化液产品应该应成为水基金属加工液中的优先选择。

　　关键词：乳化液，切削液，磨削液，生物稳定性

　　1. 前言

　　金属加工过程中的摩擦和形变会释放出大量热量。 例如，切削时切屑和刀具温度达到800℃,磨削时达到1200℃[1]，切削液的冷却作用至关重要。表1比较了水基和油基切削磨削液的冷却参数[2]。

表1  水、油冷却性能比较

　　根据表1，水的导热系数是油的3-5倍，比热也大1倍以上，水基切削磨削液的冷却能力远比油基的好，加之，在加工区域良好的渗透能力和清洗能力，水基切削液的应用越来越广泛，例如在加工中心，加工量大的粗加工序几乎都是使用水基切削磨削液。

　　2. 水基切削磨削液的种类及其性能特点

　　国内外对水基切削磨削液有不同的分类。1986年通过实施的ISO6743/7将水基切削磨削液分为从MAA到MAI共9类，日本JISK2241将其分为A1-A3三类，美国ASTM D2881-03则分为含石油制品液体和不含石油制品液体两种。我国在1989年制订的GB/T7631.5-1989等效采用ISO6743/7[3]，也按9类归分。虽然不同标准的具体归类有所不同，但从大类及业界共同观点是将水基切削磨削液分为三类：乳化液(含矿物油量在50%以上，基本不含水)、半合成液或微乳化切削液(含油量一般少于25%)和合成液或化学溶液(不含矿物油)。也有资料[2]认为将化学溶液称为合成液以及将微乳化液叫做半合成液是不正确的，因为和合成没有任何关系，从化学观点看，这个说法是正确的，也更准确，但业界目前仍然普遍流行乳化，合成和半合成的称谓和分类。

　　乳化、合成、半合成这三类水基产品中，含油量不同，必然带来组成和性能上的明显差异，可从以下几个方面对比分析。

　　2.1. 第二相尺寸[4]。

　　乳化液是油分布在水中形成的宏观均匀体系。油粒尺寸一般在1-10微米;半合成液只含不到20%的矿物油却含更多乳化剂，油粒尺寸比乳化液小得多，只有0.05-1微米;而合成液被认为是真溶液，是均匀的单相体系，尺寸是原子级的，即就是为了防锈等而添加的添加剂，形成的也是胶体溶液，粒子尺寸在0,05微米以下。第二相尺寸差异影响到液体外观。可见光波长在0.4-0.7微米，显然，乳化液中的油粒能反射太阳光，故外观呈乳白色;半合成液中油粒散射太阳光，呈现蓝色半透明;合成液中因太阳光直接穿过而显现透明状态。

　　2.2. 防锈性能

　　乳化液含油量高，油粒尺寸大，加工后在工件和机床上残留一层油膜，起到防锈作用。加之，乳化液中很多带极性的润滑和防锈添加剂都是油溶性的，它们也会随同油一起析出，极性添加剂的吸附力强，极性端吸附在金属表面，能排开表面水膜同时疏水端向外，形成新的低能量的表面，较难被水润湿，配合油膜一起提供良好的防锈性。合成液不含油，防锈能力较差，且表面张力小(约4x10-4N/cm),润湿穿透能力强，对机床防锈漆膜有侵蚀作用。半合成液的防锈性能介于乳化液和合成液之间。

　　2.3. 润滑能力

　　乳液中油粒尺寸大，在摩擦接触区域，油相容易从乳液中析出，起到润滑作用，润滑能力高。乳化液润滑能力好，不仅在于含油量高及油粒尺寸大，还在于很多润滑剂如形成有机吸附膜的油性抗磨剂或者凭借化学反应形成无机膜的极压润滑剂，大都是油溶性的，因此，乳化液润滑能力的实现手段相当丰富，容易满足苛刻加工的润滑要求。另外，有些加工工序对反应性强的极压剂敏感，例如铝合金加工，在这种情况下，采用较大油粒尺寸，较高油含量和油性剂就成为润滑实现的重要手段。

　　2.4. 废液处理

　　乳化液废液处理方法相对简单容易，通过破乳去除大部分油及溶于油的多种有机物。乳化液大都采用阴离子乳化剂，阴离子乳化剂在pH大于7才有明显乳化作用，破乳时，添加无机酸如硫酸、盐酸或者弱碱强酸盐如AlCl3,FeCl3等降低pH，或者添加阳离子乳化剂，使阴离子乳化剂失去作用，达到破乳。对于半合成和合成液，由于含有大量的水溶性添加剂，显著增加了废液处理困难。据介绍，废液处理成本高在美国是乳化液回归成为用户主要选择的重要原因。

　　根据以上分析，乳化液有润滑、防锈和废液处理性能好的突出优点。相对乳化液，半合成液和合成液使用方面的不足之处也值得注意。例如，半合成液含油少，但为了达到细小的油粒尺寸，却含有比乳化液更多的乳化剂(表面活性剂)，降低了表面张力，使得合成液和半合成在使用过程中容易产生泡沫，而泡沫又对冷却和润滑不良影响。再如，使用过程中不可避免地存在外来油品泄漏如液压油、齿轮油和轴承油的泄漏等，合成液和半合成液的设计思路是不含油或者含油量少油粒尺寸小，但外来泄漏的油品却不可避免地被乳化进来，和合成液和半合成液的产品设计思路不符，对应用造成比乳化液更大的不利影响。当然，合成液具有透明、冷却冲刷性能好的优点，适合用在磨削加工上，这也是业界的共识。

　　乳化液具有这些优势，但实际中不少客户更青睐半合成液，主要是出于稳定性上的考虑。乳液稳定性较差主要在于其含油量高更容易滋生细菌，但采用先进的生物稳定技术，可较为彻底地抑制微生物滋生，大幅提高乳液稳定性，在这种情况下，选用乳化液，能给用户带来更多益处。

　　3. 水基切削磨削液的中的微生物滋生

　　微生物滋生需要的营养物质有：1)水;2)碳源;3)氮源;4)能源;5)矿物质;6)生长因子。除生长因子外，其它都是所有微生物生长的必备营养物质。显然，水基切削磨削液具备微生物滋生的所有营养物质，是微生物滋生的理想场所。水基切削磨削液中的组分还可能兼具不同的营养效果，例如在乳化液中大量存在的矿物油和各种有机物添加剂既是微生物滋生的碳源，同时也能提供其生长的能源。乳化液中的有机碳源最多，所以乳化液更易滋生细菌，是造成乳化液稳定性低、寿命短的主要原因。

　　水基切削磨削液出现的微生物种属包括革兰氏染色阴性细菌(气杆菌属、假单胞菌属、布鲁氏杆菌属、变形杆菌属等)，革兰氏染色阳性细菌(巴迭球菌、葡萄球菌、链球菌)，霉菌(在合成液中更容易出现)和酵母等[5] 。实际上，微生物的滋生会形成菌落群体，包含种类繁多的各种菌体，图1显示了菌落中的多种菌体组合。

　　对菌落中微生物的归类命名繁多复杂，似无必要，但了解微生物滋生的生理特性无疑是有意义的。例如，按照微生物生长过程中对氧气的需求程度，分为专性好氧菌(有氧条件下生长)、专性厌氧菌(无氧条件下生长)和兼性厌氧菌。专性好氧菌具有完备的呼吸系统，能够利用多种营养物质，而好氧菌生长一方面为厌氧菌提供了食物条件，即其新陈代谢的产物构成厌氧菌食物，如图2所示[6];另一方面，好氧菌生长消耗了氧气，在菌落心部为厌氧菌生长创造了无氧条件，如图3所示[7]。

图2 好氧菌和厌氧菌的新陈代谢过程

图3 好氧菌滋生所形成的低氧高硫环境

　　图2中的第一阶段，好氧菌代谢生成的糖和蛋白质，促进了第二阶段菌类即厌氧菌的繁殖生长，并进而促进了第三阶段的菌类生长，硫酸还原菌将S还原为-2价，生成有臭味的H2S。图3中，好氧菌生长消耗了氧气，在菌落心部，氧气含量极低，促进了厌氧菌的繁殖生长，硫含量是和氧成反比，在这种环境下，硫酸还原菌会滋生，生成产物H2S。

　　4. 微生物滋生的危害

　　微生物的滋生有多种危害。

　　4.1. 降低系统的pH

　　水基加工液大多采用有机胺如醇胺等作为系统的缓冲体系或碱性保持剂，维持系统较高的pH。但胺可能作为细菌滋生的氮源被消耗(固氮微生物可利用空气中的氮分子作为氮源)，导致系统pH下降;更重要的，如图2、图3所示，水基系统中的硫被还原成H2S，降低了系统的pH，同时散发出臭鸡蛋类的臭味。实际上，微生物的新陈代谢涉及和促进了有机物氧化，伴随多种酸性物质产生，这些都降低了体系的pH。摘自中国润滑油信息网