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随着复杂材料的应用与加工精度要求的提高，对金属加工液的功能要求也逐步提高。由于在切削过程中，刀具与工件接触区会产生较高的接触压力和温度。为了降低刀具磨损和工件表面损伤，更先进的加工液正被不断研发。除传统的冲液冷却外，高压冷却、微量润滑、固体润滑、低温加工等多种冷却与润滑方式被开发并应用于实际加工中。但是这些加工液在关键性能方面各有所缺失，存在工作液的高消耗（冲液冷却，高压冷却）、冷却效果较差（微量润滑，固体润滑）、润滑效果缺失（低温加工）等问题。 基于此，英国诺丁汉大学Dragos Axinte 教授团队与罗尔斯罗伊斯公司合作，提出利用深共熔溶剂(DESs/DEFs)作为金属加工液。利用其双相控制优势与成分的可调性实现了所需的功能。深共熔溶剂(DESs/DEFs)是一种被越来越多的应用在萃取、催化、合成等行业中的新型材料，其具备有效降低组分熔点，环境友好等优势。但不同于以往萃取、催化、合成等行业中仅仅利用DEF液态溶剂，Dragos Axinte 教授团队创新地提出利用其双相特性，使固态DEF在加工中转化为液态，实现冷却与润滑效果，且这一概念同样可以被应用于其他需要冷却与润滑的场合。 这种新型的概念被命名为可溶解块状加工液（a Soluble Bar of cutting fluid简称SolBar）并展现出诸多优势。首先，SolBar提升了操作的便捷性并降低了供应与管理加工液的成本，同时相比传统方法具备环境友好的特征。其次，在加工区域发生的相变有助于冷却和摩擦活性层的形成。后者作为一种降低接触力和温度的有效机制，可显著提升加工效果。 DragosAxinte团队利用柠檬酸和氯化胆碱制备了SolBar并将其应用于磨削加工中，实现了加工过程中的双相控制，获得良好的冷却与润滑效果。对比了无加工液、SolBar作为加工液、传统加工液三种条件下的温度、力、加工表面成分等结果，对SolBar的加工效果进行了量化评估，展现了这种新型加工液低成本、高润滑效果、环境友好等优势，为下一代金属加工液的研制铺平了道路。 上述研究成果以“A bar of cutting fluid: Deep Eutectic Fluids with a novel flavour”为题发表在Materials Today Advances上。
区别于传统的单相（液态）应用，该研究利用对DEF的双相控制结合了其固态下便于储藏操作和液态下便于冷却与润滑的优点（图1）。
图1 传统单相（液态）深共熔溶液的应用与新型双相（固态与液态）深共熔溶液应用方法对比。 本次研究中，柠檬酸和氯化胆碱被用于制备DEF并将SolBar应用于磨削加工。图2展示了SolBar在加工过程中由固态到液态的相变过程。
图2 可溶解块状加工液（SolBar）在加工中的相变过程。 在磨削过程中，摩擦热使得SolBar由固态转变为液态，并在界面上形成液膜（如图3所示）。
图3 液膜的形成。（a）摩擦热使SolBar由固态转变为液态；（b）液体沿砂轮轨迹运动；（c）砂轮-SolBar界面上形成液膜。 研究中，对三种不同工作液条件下（无工作液、SolBar作为工作液、传统工作液）的加工效果进行了对比（如图4所示）。
图4 三种工作液条件下的加工效果对比。（a）有限元仿真砂轮-工件接触面温度结果；（b）切向力、摩擦系数与比能量结果。 利用XPS对三种工作液条件下的加工表面进行了分析，从而判断化学反应与摩擦活性层的形成（如图5所示）。
图5 （a）-(c）不同加工液条件下的XPS谱结果；（d）不同加工液条件下的表面成分 *感谢英国诺丁汉大学罗尔斯罗伊斯大学技术中心Dragos Axinte 教授团队对本文的大力支持。 |
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