鈦合金具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)、耐高溫以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。未來(lái)20年，鈦合金將逐步取代鋁合金成為飛機(jī)制造中的主要材料，如起落架、渦輪葉片等重要部件均采用鈦合金，鈦合金占F22戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的40％，C919大飛機(jī)每架約需鈦合金緊固件20萬(wàn)件。鈦合金用量占比已成為衡量飛機(jī)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。然而，鈦合金導(dǎo)熱性差、化學(xué)活性高，導(dǎo)致加工、潤(rùn)滑困難，進(jìn)而制約了其加工效率與質(zhì)量的提高。鈦合金高速切削時(shí)，往往存在切削溫度過(guò)高、黏刀現(xiàn)象嚴(yán)重、刀具磨損劇烈、加工表面質(zhì)量差等問(wèn)題。因此，改善切削界面的摩擦狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)有效的冷卻潤(rùn)滑，是提高鈦合金切削性能的關(guān)鍵途徑。

切削液的施加可顯著降低切削區(qū)溫度：一方面，切削液通過(guò)良好的潤(rùn)滑作用減小刀一屑、刀一工界面的摩擦，降低熱量的產(chǎn)生；另一方面，切削液通過(guò)對(duì)流換熱及汽化作用，使切削熱從刀具、切屑、工件處傳導(dǎo)出去。高性能冷卻潤(rùn)滑切削液是減小刀具磨損、提高加工效率及表面質(zhì)量、降低加工成本的重要條件。然而，適用于鋼、鐵及鋁合金等加工的傳統(tǒng)切削液并沒(méi)有在鈦合金加工中表現(xiàn)出較好的潤(rùn)滑效果．適用于大部分金屬的油基潤(rùn)滑劑(如礦物油、植物油及潤(rùn)滑脂)對(duì)鈦合金幾乎沒(méi)有效果，很難實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。此外，傳統(tǒng)切削通過(guò)澆注方式大量供給切削液來(lái)改善切削冷卻潤(rùn)滑條件，延長(zhǎng)刀具壽命。但澆注式供給切削液帶來(lái)了日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，增加了加工和處理成本，且對(duì)工人健康產(chǎn)生危害。

研究適用于鈦合金加工的高效水基潤(rùn)滑介質(zhì)體系，提高加工表面的摩擦性能．是降低鈦合金切削溫度、提高加工效率與質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著綠色制造、綠色潤(rùn)滑越來(lái)越受到產(chǎn)業(yè)界和科學(xué)界的重視，切削液的環(huán)境友好性成為高性能切削液體系設(shè)計(jì)的重要考慮指標(biāo)。本文作者首先介紹鈦合金切削潤(rùn)滑的研究現(xiàn)狀．詳細(xì)闡述鈦合金切削潤(rùn)滑的難點(diǎn)及目前研究的不足，然后探討適用于鈦合金的高性能切削潤(rùn)滑研究需要突破的重點(diǎn)方向，其意義在于為面向鈦合金加工的高性能切削液體系的研制提供借鑒。

1、鈦合金切削潤(rùn)滑研究現(xiàn)狀

雖然鈦合金具有眾多優(yōu)異的性能，但卻是典型的難加工材料，為降低切削區(qū)的高溫，減少鈦合金在刀具表面的黏著，延長(zhǎng)刀具壽命，提高加工效率，除了按照加工條件選擇合理的刀具材料、工藝參數(shù)和加工用量外，還應(yīng)進(jìn)行有效的冷卻和潤(rùn)滑。

1.1 鈦合金摩擦磨損及難加工性質(zhì)

鈦的各種合金化學(xué)成分及物理性質(zhì)差別很大，但摩擦學(xué)性質(zhì)均很差H。在大多數(shù)工程材料(無(wú)論是金屬、陶瓷還是聚合物)表面上滑動(dòng)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的黏著磨損，摩擦因數(shù)高，波動(dòng)大，導(dǎo)致擦傷或膠合。如圖1所示，Ti-6A1-4V與一個(gè)WC球在空氣中對(duì)磨。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中摩擦因數(shù)在0.5以上．波動(dòng)一直很大。這是由于摩擦過(guò)程中出現(xiàn)的黏滑現(xiàn)象導(dǎo)致一。黏滑現(xiàn)象和鈦強(qiáng)烈的黏附特性相關(guān)：起初，隨著黏著結(jié)點(diǎn)的增長(zhǎng)，剪切應(yīng)力增加，真實(shí)接觸面積隨之增加，兩個(gè)表面保持黏著接觸：當(dāng)剪切力超過(guò)黏著強(qiáng)度時(shí)，黏著結(jié)點(diǎn)發(fā)生斷裂。兩表面迅速滑移；黏滑過(guò)程不停地重復(fù)，導(dǎo)致摩擦因數(shù)出現(xiàn)很大的波動(dòng)。由鈦合金表面磨痕的微觀形貌圖可看到由犁溝效應(yīng)所致的較深溝槽(圖1中的P處)和大塊的黏著點(diǎn)(圖1中的r處)，證明了摩擦力的波動(dòng)原因。Qu等拍1研究了2種不同鈦合金在不銹鋼、鋁、聚四氟乙烯、氮化硅陶瓷4種摩擦副表面分別以0.3、1.0 m／s的速度滑動(dòng)時(shí)的摩擦和磨損情況，發(fā)現(xiàn)除聚四氟乙烯外，摩擦因數(shù)均大于0．30，磨損率由高到低為鋁、氮化硅、鋼。

雖然氮化硅的硬度高于鋼，但是磨損卻很大。XRD和EDS分析結(jié)果表明，陶瓷和鈦合金之間發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物粘附在陶瓷表面，降低了接觸區(qū)的強(qiáng)度從而導(dǎo)致高的磨損速率。

許多滑動(dòng)表面通過(guò)加入潤(rùn)滑劑來(lái)減小摩擦和磨損。然而，研究表明傳統(tǒng)的潤(rùn)滑劑(如礦物油、植物油及潤(rùn)滑脂)雖可用于大部分金屬的潤(rùn)滑，但是對(duì)鈦合金幾乎沒(méi)有效果【ill。DUTY和SEHGAL?研究了Ti．6A1—4V合金／EN．3滑動(dòng)摩擦副在商用潤(rùn)滑油hydr01．68潤(rùn)滑條件下的摩擦磨損特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著滑動(dòng)速度增加，鈦合金的磨損率略下降，但是有明顯 的材料轉(zhuǎn)移，磨損機(jī)制為三體磨粒磨損和疲勞磨損。CHENG等[21使用SRV摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究了TC4鈦合金在液體石蠟潤(rùn)滑下的摩擦磨損規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同速度(0．02～0．08 m／s)和載荷(20～100N)下摩擦因數(shù)均高于0．40。且波動(dòng)劇烈，鈦合金磨損嚴(yán)重，機(jī)制為塑性變形和材料剝落。WANG等[31將分子修飾的納米Cu．DTP顆粒加入到菜籽油中，研究其X寸TC4／AISl52100鋼摩擦副的潤(rùn)滑性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷高于100 N時(shí)．無(wú)論是純菜籽油，還是添加了1％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米顆粒．摩擦實(shí)驗(yàn)均很難進(jìn)行，體系潤(rùn)滑失效。鈦合金不僅在純滑動(dòng)時(shí)難潤(rùn)滑．即使在有滑滾比的條件下黏著磨損依然嚴(yán)重。

例如，通過(guò)輪盤(pán)實(shí)驗(yàn)機(jī)，在滑滾比為0.1的情況下DONG和BELL【12 3研究了Ti-6A1-4V圓盤(pán)與鋼盤(pán)在潤(rùn)滑油潤(rùn)滑條件下的摩擦磨損。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ti-6A1-4V表面的磨損速率高達(dá)2.76X 10～g/m，出現(xiàn)無(wú)數(shù)的黏著坑及深深的犁溝凹槽(如圖2所示)。是典型的黏著磨損。鈦合金表面很差的抗磨性與其很容易轉(zhuǎn)移到對(duì)偶鋼材料表面及轉(zhuǎn)移材料強(qiáng)烈的黏著特性相關(guān)。此外，潤(rùn)滑劑分子不易在鈦及其氧化層表面有效地吸附．接觸區(qū)的高溫及鈦合金很低的導(dǎo)熱系數(shù)也增加了潤(rùn)滑劑失效問(wèn)題。粗糙峰閃點(diǎn)溫度高．黏著節(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)迅速，很多邊界潤(rùn)滑劑與表面發(fā)生脫附。

鈦合金極差的摩擦學(xué)性質(zhì)，極易在對(duì)偶摩擦副表面產(chǎn)生黏著，傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑很難實(shí)現(xiàn)有效的潤(rùn)滑，導(dǎo)致了鈦合金加工刀具極易磨損，加工效率低。使用硬質(zhì)合金刀具加工鈦合金時(shí)，切削速度超過(guò)60 m/min時(shí)，加工過(guò)程就會(huì)變得困難；切削速度大于100 m/rain，即進(jìn)入高速切削范圍，加工工況惡劣。刀具急劇磨損。EZUGWU[151給出了硬質(zhì)合金刀具切削鈦合金時(shí)，切削溫度隨切削速度的變化曲線及前刀面的磨損形貌(見(jiàn)圖3)。隨著切削速度增大，切削溫度顯著升高，即使施加切削液，在速度為500 m/min時(shí)，切削區(qū)溫度高達(dá)1 200 oC，刀尖受熱效應(yīng)影響嚴(yán)重,在切削幾秒鐘后便失效。

1.2 鈦合金切削中的潤(rùn)滑問(wèn)題研究

針對(duì)鈦合金的難加工性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種新型的冷卻潤(rùn)滑方式，并對(duì)其微觀機(jī)制進(jìn)行了研究。

如氮?dú)饨橘|(zhì)、低溫空氣潤(rùn)滑、水蒸氣潤(rùn)滑等。這些研究取得了一定的理論成果，但新型冷卻系統(tǒng)工藝復(fù)雜，成本很高，因而目前研究尚處在實(shí)驗(yàn)室階段，很少在實(shí)際生產(chǎn)加工中應(yīng)用。通過(guò)施加切削液進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑仍然是最有效、最實(shí)用的方式。

切削液的潤(rùn)滑作用可以減輕刀一屑、刀一工界面的摩擦，降低切削力和切削功率，從而減少發(fā)熱、抑制積屑瘤的增長(zhǎng)、減輕刀具磨損、改善已加工表面質(zhì)量。從切削液的潤(rùn)滑作用機(jī)制的角度來(lái)看，切削液的組分和金屬表面的物理化學(xué)狀態(tài)決定了切削液分子在金屬表面的潤(rùn)濕和吸附性能，進(jìn)而影響潤(rùn)滑和摩擦狀態(tài)。目前切削液的開(kāi)發(fā)和制備試圖實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工件材料和加工工藝的普適性。但實(shí)質(zhì)上切削液的作用效果與添加劑分子在切削區(qū)的摩擦表面上生成的邊界膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有著密切關(guān)系，這也就表明切削液的潤(rùn)滑效果與工件材料的理化性質(zhì)密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)某航空制造企業(yè)在用一款進(jìn)口高端商用乳化液潤(rùn)滑鈦合金、鋼、鋁合金3種材料時(shí)的摩擦因數(shù)曲線及磨損表面形貌如圖4所示。商用乳液在鈦合金表面的摩擦因數(shù)遠(yuǎn)高于鋼、鋁合金，摩擦過(guò)程不穩(wěn)定。摩擦因數(shù)波動(dòng)很大，磨損很嚴(yán)重。這說(shuō)明現(xiàn)有的適用于鋼、鋁的商用切削液不能對(duì)鈦合金實(shí)現(xiàn)有效的潤(rùn)滑。因此，每種金屬都有某種最佳的切削液對(duì)應(yīng)，切削過(guò)程中，只有當(dāng)金屬和切削液的成分之間相互匹配時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)最佳的切削效率和加工質(zhì)量。

1.3 鈦合金切削的水基潤(rùn)滑研究

目前的油基切削液對(duì)鈦合金潤(rùn)滑效果差．且冷卻性能不佳。相比油基切削液，水基切削液中水含量高達(dá)95％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上，功能添加劑的含量控制在5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以內(nèi)。具有優(yōu)異的冷卻性能，且可通過(guò)添加適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和極壓抗磨添加劑實(shí)現(xiàn)高性能切削潤(rùn)滑效果。相比基礎(chǔ)油，水基潤(rùn)滑液冷卻性能優(yōu)異，可減輕熱效應(yīng)的影響，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)極低的鈦合金潤(rùn)滑是很好的選擇。水基切削液中的潤(rùn)滑添加劑可形成流體動(dòng)壓膜或者吸附膜，提高水的成膜能力，常規(guī)條件下減少摩擦磨損；在高溫高壓條件下，潤(rùn)滑添加劑失效時(shí)．極壓添加劑可通過(guò)和表面相互作用形成化學(xué)反應(yīng)膜或吸附膜，隔離摩擦副表面,防止直接接觸，實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于添加劑的研發(fā)，大多基于鋼或鋁合金等常用的金屬摩擦副材料，對(duì)于鈦合金的添加劑研究比較有限，且由于鈦合金極差的摩擦學(xué)性質(zhì)。對(duì)鈦合金具有潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑介質(zhì)研究還不充分。目前，學(xué)者們也研發(fā)了一些水溶性添加劑，以提高水溶液對(duì)鈦合金的潤(rùn)滑性能。上海交通大學(xué)的wu等,研究了3種不同水溶液——MoDDP、月桂酸二乙醇酰 胺及其硼酸酯水溶液對(duì)鈦合金／硬質(zhì)合金體系的潤(rùn)滑性能．發(fā)現(xiàn)MoDDP沒(méi)有任何潤(rùn)滑作用，另外2種潤(rùn)滑液在摩擦過(guò)程中可生成多種鈦的氧化物．具有很好的減摩抗磨性。對(duì)擴(kuò)散和黏附有很大影響。CHEN等[281研究了Na+、K+、Ca2+和Ba2+離子對(duì)TC4鈦合金鉆孔過(guò)程的影響，實(shí)驗(yàn)證明含有Ba2+離子的復(fù)合物潤(rùn)滑性能最優(yōu)，摩擦過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng)生成BaTiO，起到潤(rùn)滑抗磨作用。清華大學(xué)張晨輝團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％時(shí)即可對(duì)鈦合金形成高效潤(rùn)滑，甚至優(yōu)于商用乳化液，原因是磷酸酯可在鈦合金表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，生成P—O—Ti共價(jià)鍵，起到潤(rùn)滑抗磨作用。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)一些具有較高分子極性的合成酯．如蓖麻油磺酸酯，也可在鈦合金表面有效吸附起到潤(rùn)滑作用。初步的鈦合金水基潤(rùn)滑研究已表明，水基潤(rùn)滑劑可大幅改善鈦合金切削潤(rùn)滑狀態(tài)，有望成為未來(lái)高性能鈦合金切削液體系設(shè)計(jì)的解決方案。但目前關(guān)于水基潤(rùn)滑劑的研究大多是探索或合成一種添加劑。而并沒(méi)有對(duì)添加劑的作用規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究．使用的摩擦副多為鈦合金／鋼或鈦合金／鋁。對(duì)鈦合金／硬質(zhì)合金體系具有突出潤(rùn)滑抗磨效果的添加劑種類非常少，對(duì)鈦合金的潤(rùn)滑機(jī)制研究也尚不深入，能夠在鈦合金表面高強(qiáng)度吸附的水溶性潤(rùn)滑劑分子結(jié)構(gòu)特性尚不清晰．潤(rùn)滑劑對(duì)于鈦合金的減摩抗磨作用機(jī)制研究尚不充分。這些都阻礙了高性能鈦合金水基潤(rùn)滑體系的設(shè)計(jì)與研發(fā)。

水基切削液在使用過(guò)程中pH值通常為8.0～10.0。以防止腐蝕工件和機(jī)床，避免細(xì)菌侵?jǐn)_。為維持pH值穩(wěn)定，切削液中需要具有一定的堿儲(chǔ)備值，以中和酸性物質(zhì)。因此．對(duì)于水基切削液中需要加入有機(jī)堿來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH值。清華大學(xué)張晨輝課題組[3¨發(fā)現(xiàn)．親水性胺的加入會(huì)使太古油溶液對(duì)于鈦合金的潤(rùn)滑性能下降甚至消失。需要使用含長(zhǎng)碳鏈的疏水性胺進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑協(xié)同。其他功能添加劑的加入，也會(huì)對(duì)體系的潤(rùn)滑性能產(chǎn)生影響。因此各種添加劑復(fù)配后的作用機(jī)制需要系統(tǒng)深入研究。

2、鈦合金切削水基潤(rùn)滑研究的發(fā)展趨勢(shì)

目前，水基潤(rùn)滑在高性能鈦合金切削液的研究中已體現(xiàn)出巨大潛能，但針對(duì)實(shí)際鈦合金加工條件，還需要深入探究更多與之適配的高效水基潤(rùn)滑添加劑。

考慮到當(dāng)前的環(huán)保要求，將水基切削液與微量潤(rùn)滑技術(shù)相結(jié)合，是未來(lái)水基切削液研究的發(fā)展新方向：同時(shí)，對(duì)水基微量潤(rùn)滑體系實(shí)施納米顆粒增強(qiáng)，也是進(jìn)一步提升潤(rùn)滑效果的新方法。

2.1 鈦合金切削的水基微量潤(rùn)滑研究

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于MQL的研究，集中在微量潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用、加工工藝參數(shù)的研究?jī)?yōu)化、霧粒特性及噴嘴位置設(shè)計(jì)口等方面。然 而，這些試驗(yàn)研究，并沒(méi)有揭示MQL冷卻潤(rùn)滑增效的根本原因。在微量潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑能力方面，現(xiàn)有研究多采用機(jī)床加工試驗(yàn)研究方法，在磨削、鉆削等工藝中，評(píng)價(jià)不同潤(rùn)滑劑的切削性能。

RAHIM和SASAHARA采用微量潤(rùn)滑的方式鉆削鈦合金Ti-6AI-4V，潤(rùn)滑介質(zhì)選取棕櫚油和合成酯，對(duì)比測(cè)試其潤(rùn)滑性能。結(jié)果表明，使用MQL棕櫚油刀具磨損率最低，鉆削軸向力最低，有效降低切削溫度，其冷卻潤(rùn)滑效果優(yōu)于合成酯。因?yàn)镸QL棕櫚油中脂肪酸在結(jié)構(gòu)上具有比合成酯更長(zhǎng)的碳鏈長(zhǎng)度，可形成高強(qiáng)度的潤(rùn)滑油膜。WERDA等研究了基礎(chǔ)油 性能對(duì)于加工表面質(zhì)量的影響，選擇合成酯和脂肪醇2種介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)合成酯潤(rùn)滑性能優(yōu)于脂肪醇，所得加工表面質(zhì)量更高。TAI等[4糾選擇了9種商業(yè)MQL潤(rùn)滑劑，在鉆孔和攻絲試驗(yàn)中對(duì)比了潤(rùn)滑性能，結(jié)果表明，由于低黏度的潤(rùn)滑劑流體具有較高的潤(rùn)濕性(接觸角小)，較高的霧粒濃度和較大的霧粒直徑，可降低表面粗糙度和提升鉆孔精度，還可以降低能量損耗。因此在該試驗(yàn)條件下，使用低黏度的MQL潤(rùn)滑劑可在較低的切削能耗下得到較好的鉆孔質(zhì)量?，F(xiàn)有MQL潤(rùn)滑劑的研究，大多采用植物基潤(rùn)滑油，但油基潤(rùn)滑散熱性差，無(wú)法滿足鈦合金高速加工的需求，而水溶性潤(rùn)滑劑作為MQL潤(rùn)滑介質(zhì)的研究較少。GAJRANI等合成了一款植物油基環(huán)保乳化液，通過(guò)微量潤(rùn)滑的方式用于AISI H.13鋼的車削 中，并對(duì)微量潤(rùn)滑加工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究表明，相比干切削和切削液澆注式潤(rùn)滑，使用所研發(fā)的環(huán)保乳化液MQL加工，切削力、進(jìn)給力、摩擦因數(shù)以及工件表面粗糙度均有大幅度改善。KUMAR等[461研究發(fā)現(xiàn)一種商用切削液可降低Ti-6A1-4V MQL銑削時(shí)的切削力，與其對(duì)鈦合金優(yōu)異的潤(rùn)滑特性相關(guān)。

ANAND等H71將一種稀釋后的可溶性切削油用于鈦合金微量潤(rùn)滑加工中，相比澆注式，使用MQL的施加方式，刀一屑界面的摩擦因數(shù)顯著降低，切削力、刀具壽命和前刀面材料黏著也有所改善。ALI等[48]研究了十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)對(duì)含有水溶性AI，0，顆粒的納米流體MQL車削Ti-6A1-4V時(shí)的影響．證明加入SDBS可提高加工表面質(zhì)量，降低刀具磨損。由于鈦合金摩擦性能差、難潤(rùn)滑，微量潤(rùn)滑由于潤(rùn)滑劑用量少，潤(rùn)滑效果有待提升，因此將水基切削液與微量潤(rùn)滑技術(shù)相結(jié)合，需要深人研究微量潤(rùn)滑條件下，水溶性潤(rùn)滑劑的分子結(jié)構(gòu)特性與鈦合金表面的作用規(guī)律，提高鈦合金水基MQL潤(rùn)滑效果。

2.2 鈦合金切削的納米顆粒增效研究

一種潤(rùn)滑主劑在鈦合金加工中往往性能不足，需要添加輔助潤(rùn)滑介質(zhì)與功能添加劑來(lái)完善潤(rùn)滑體系的綜合性能。納米粒子尺寸小、比表面積大、化學(xué)活性高，這些性能賦予了它極好的導(dǎo)熱性以及摩擦學(xué)特性。在體積含量相同條件下，納米級(jí)顆粒的表面積和熱容量要遠(yuǎn)大于毫米級(jí)或微米級(jí)的固體粒子，因此納米流體的導(dǎo)熱性能得到大幅度提升。納米顆粒增加了潤(rùn)滑液的熱交換性能，起到強(qiáng)化換熱、降低切削區(qū)溫度的作用。此外，納米顆粒還擁有極好的減摩抗磨特性和較高的承載能力，因此可進(jìn)一步提高潤(rùn)滑液的摩擦學(xué)性能。將納米顆粒加入到水基切削液中制備納米流體(Nanofluids)，借助納米顆粒強(qiáng)大的散熱能力和減摩抗磨的摩擦學(xué)特性，可顯著提高機(jī)械加工(如鉆削、銑削、磨削和車削)的性能參數(shù)。SMITH等口糾將氧化石墨加入到半合成切削液中加工低碳鋼，相比干切削，刀具磨損降低了74％，切削溫度降低了50％。吳超等人口制備了一種含MoS，的水基切削液，將該切削液用于鋼的切削實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)MoS，可以降低切削力，減少切削變形，提高金屬加工質(zhì)量。MOURA等在Ti-6A1-4V合金的切削過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)使用添加MoS。的切削液可以達(dá)到降低切削力和刀具磨損，提高刀具壽命和鈦合金表面加工質(zhì)量的目的。但對(duì)鈦合金潤(rùn)滑具有增強(qiáng)效應(yīng)的納米顆粒，尤其可以良好分散在水基切削液中的納米顆粒還缺乏研究，潤(rùn)滑效果與潤(rùn)滑機(jī)制有待揭示。此外，在有限的空間約束下，納米顆粒(形狀、大小、性質(zhì))與基礎(chǔ)液特性(分子結(jié)構(gòu)、親疏水性、飽和脂肪酸含量等)、刀具、工件材料的匹配關(guān)系會(huì)對(duì)潤(rùn)滑冷卻機(jī)制產(chǎn)生影響，尤其水溶性納米顆粒潤(rùn)滑成膜機(jī)制及影響因素還有待研究。

在微量潤(rùn)滑條件下，添加適量的納米顆?？稍鰪?qiáng)切削液性能。微量潤(rùn)滑由于潤(rùn)滑劑用量少，其冷卻、潤(rùn)滑效果尚需提升，而納米顆粒具有強(qiáng)化換熱能力和優(yōu)異的摩擦學(xué)特性，用于微量潤(rùn)滑系統(tǒng)中提高冷卻和潤(rùn)滑效果。納米流體微量潤(rùn)滑(nMQL)是對(duì)微量潤(rùn)滑的升級(jí)與強(qiáng)化，在微量潤(rùn)滑的基礎(chǔ)上添加適量的納米粒子，與高壓氣體混合霧化后經(jīng)噴嘴以微液滴的形式噴射到切削區(qū)，可起潤(rùn)滑和減摩抗磨的作用。

國(guó)內(nèi)外不少專家已研究納米流體MQL加工工藝，歸納起來(lái)，大都用了大豆油、花生油、玉米油、菜籽油、棕櫚油、蓖麻油、葵花油等作為微量潤(rùn)滑基礎(chǔ)油，用金剛石、MoS，、CNTs、ZrO，、SiO，和A1，O，等納米粒子作為流體的添加劑，以航空鋁合金7050一T7451、高強(qiáng)度鋼P(yáng)CrNi2MoVa等作為加工對(duì)象，可有效降低切削力、提高表面質(zhì)量，從而提高了加工性能，解決切削溫度高、刀具磨損快的問(wèn)題，同時(shí)綠色環(huán)保無(wú)污染。

雖然學(xué)者們?cè)诩{米流體微量潤(rùn)滑方面的研究取得了很大成果，但大多針對(duì)不銹鋼、鋁合金等材料的加工，對(duì)于鈦合金的研究還遠(yuǎn)未充分，也不夠系統(tǒng)深入，尤其是在納米顆粒的形狀、尺寸、表面特性等參數(shù)對(duì)潤(rùn)滑性能的影響規(guī)律以及與水溶性基礎(chǔ)液的匹配性問(wèn)題的研究方面，還需要探索更多與之適配的納米顆粒以及深入探究納米流體在切削區(qū)的冷卻和潤(rùn)滑機(jī)制。

3、結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，鈦合金零部件的加工工藝性能很大程度上受到了切削潤(rùn)滑條件不佳的制約，導(dǎo)致為了獲得滿足設(shè)計(jì)要求的加工質(zhì)量，必須大幅犧牲加工效率，而相關(guān)研究表明適用于鋼、鋁等常見(jiàn)金屬切削加工的高性能切削液對(duì)鈦合金卻不能表現(xiàn)出良好的性能。因此，亟需研發(fā)適合于鈦合金加工的高性能切削液。目前已有的鈦合金切削潤(rùn)滑研究已初步表明以水基潤(rùn)滑劑為基礎(chǔ)的潤(rùn)滑體系對(duì)鈦合金表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。未來(lái)可探索更多與鈦合金適配的高效水基潤(rùn)滑添加劑，并結(jié)合納米顆粒增效作用與微量潤(rùn)滑技術(shù)，為高性能鈦合金切削液體系設(shè)計(jì)以及綠色環(huán)保的切削液供給技術(shù)提供解決方案。