CN101660027B - 水溶性聚醚淬火介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于金属材料淬火的水溶性聚醚淬火介质，按重量百分比计其组分及含量：水溶性聚醚1～30％、防锈剂0.1～1.0％、消泡剂100～500ppm、复合杀菌剂0.1～1.0％、pH值调节剂0.2～2％，余量为水；水溶性聚醚是环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，数均分子量Mn小于20000；本发明的特点是：原料易得，生产工艺简单，价格低廉，具有良好的防锈性、消泡性和抗菌性，淬火剂冷却速度范围广，冷却速度介于油和水之间，解决了用油淬火工件硬度不足和用水淬火工件开裂变形的问题，同时还降低了淬火着火的危险性，提高了生产安全性，没有油烟的排放，减少环境污染，改善工作环境，有利于工人身心健康。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属材料淬火的水溶性聚醚淬火介质。
背景技术
铁及其他金属通常通过热处理的方法来改善金属的强度及金相组织，以获得人们所期望的性质。传统的水溶性淬火介质具有非常高的冷却速度，不能满足金属热处理的要求。过高的冷却速度使金属内部产生过高的内应力，金属变形增大并使淬火后金属开裂。使用油基淬火介质，虽然可以减少金属淬火后变形率，并大大减少了淬火后金属开裂的危险，但是过低的淬火冷却速度使淬火效率大为降低。同时，传统的油基淬火介质在金属热处理时往往得不到理想的硬度和强度，从而使其的应用受到限制。
目前国内市场上的水溶性淬火介质大都是从国外进口，价格较高，从而影响水溶性淬火介质在国内的推广和使用。
国内专利文献如CN1394896、CN1465722着重探讨了淬火介质所用聚醚的合成与开发，关于其作为淬火介质的应用却很少报道。GB209985和GB1018215等专利文献所采用的聚醚分子量分别为4000-30000和600-40000，过高的分子量会导致淬火介质粘度增大，淬火冷却速度较低，同时在工件淬火操作时使更多地聚醚随工件带出，损耗增大，导致其经济性下降。
发明内容
本发明的目的是研制一种水溶性聚醚淬火剂，适用于金属材料的热处理，该水溶性聚醚淬火介质可根据淬火需要，通过调整浓度来调整淬火冷却速度，淬火冷却速度可介于水和快速淬火油之间，甚至可比快速淬火油冷却速度还低。
本发明的水溶性聚醚淬火剂：按重量百分比计其组分及含量：水溶性聚醚1～30％、防锈剂0.1～1.0％、消泡剂100～500ppm、复合杀菌剂0.1～1.0％、PH值调节剂0.2～2％，余量为水。
本发明所使用的水溶性聚醚是环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，数均分子量Mn小于20000，能够与水按任意比例混溶。
本发明所使用的防锈剂为水溶性防锈剂，防锈剂极性基团可以是-OH或-COOH或者羧基盐等，分子中极性基团个数大于1，可以是含三个-OH或三个-COOH的物质。含有多个极性基团可以明显提高防锈剂的水溶性和防锈性。
本发明所使用的消泡剂是非离子聚醚型或有机硅型，用量在100～500ppm之间，最好是使用有机硅型消泡剂，用量小于300ppm。
本发明所使用的复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类杀菌剂配制而成，二者的比例从1：1～1：10具有优良的抗菌性能。复合杀菌剂对真菌、霉菌和细菌均有良好的抑制作用，剂量等于或小于总剂量的1％。
本发明中所使用的PH值调节剂为氢氧化钾或氢氧化钠或单乙醇胺或二乙醇胺或三乙醇胺，剂量等于或小于总剂量的2％。
本发明中的水可以是蒸馏水、去离子水、自来水或硬度小于1000ppm的其它水质。
本发明旨在采用有机水溶性聚合物作为淬火介质，克服了油和水淬火的不足，具有较好的淬火性质，特别适用于油淬不硬而水淬开裂变形的金属。本发明所采用的高分子聚醚数均分子量不超过20000，本发明所采用的防锈剂具有良好的水溶性，通常具有一个以上的极性基团，可以是-COOH或-OH基团，具有良好的防锈性。发明中所采用的防锈剂含有三个-COOH或-OH基团，具有良好的水溶性和防锈性。本发明不含任何亚硝酸盐，所采用的防锈剂符合环保要求，不会对人体产生任何不良影响。本发明所采用的杀菌剂为复合杀菌剂，对真菌、霉菌和细菌均有良好的抑制作用，克服了水基淬火液长时间使用易滋生细菌从而发臭的问题。以往水基淬火介质往往不加杀菌剂或添加单一杀菌剂，对各类菌的滋生抑制能力差，短时间内发臭。本发明采用了少量的有机硅型消泡剂，在极低剂量的消泡剂作用下，可以很好的克服由于搅拌等原因所产生的泡沫。由于泡沫的存在，可能会使淬火时产生淬火软点，导致淬火工件整体性质的不均匀性。本发明所采用少量的消泡剂可以克服以往水基淬火介质由于泡沫带来的淬火不均匀等问题。在偏酸性或弱碱性的条件下，水基淬火液容易滋生细菌，为了很好的抑制细菌的滋生，延长水基淬火介质的使用寿命，本发明加入适量的碱保持剂，使水基淬火介质的PH值始终保持在8.0以上，破坏细菌滋生的环境，抑制由于细菌滋生带来的各种问题。
本发明研制的水溶性聚醚淬火剂，适用于金属材料的热处理，该水溶性聚醚淬火介质可根据淬火需要，通过调整浓度来调整淬火冷却速度，淬火冷却速度可介于水和快速淬火油之间，甚至可比快速淬火油冷却速度还低。发明的水溶性淬火介质具有：1)冷却速度可调，淬火冷却速度可介于水和快速淬火油之间，甚至可比快速淬火油冷却速度还低；2)具有优良的防锈性能；3)具有优异的消泡性能；4)具有良好的抗菌性。原料易得，生产工艺简单，价格低廉。
具体实施方式
配制不同浓度的淬火介质，考察他们的冷却性能以及抗菌性、防锈性、消泡性等其它性能。
实施例1
配制1％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为1％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂1.0％，极性基团是含有一个-OH、-COOH；消泡剂为非离子聚醚型，用量为500ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：10比例配制而成，用量为0.1％；PH值调节剂为氢氧化钾，用量为0.2％；自来水97.7％。
1％浓度淬火介质的性质及冷却特性等性能如下：
表1 1％浓度淬火介质的性质
表2 1％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 1％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 206.27 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 640.25 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 849.41 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 140.08 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 78.73 | 5.28 |
| 600℃时间(s) | 3.48 | 3.50 | 8.46 |
| 400℃时间(s) | 4.44 | 4.54 | 12.1 |
| 200℃时间(s) | 7.24 | 7.28 | 48.27 |
实施例2
配置5％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为5％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂0.5％，极性基团是含有一个-OH、-COOH；消泡剂为有机硅型，用量为100ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：8比例配制而成，用量为0.3％；PH值调节剂为单乙醇胺，用量为1％；自来水93.2％。
表3 5％浓度淬火介质的性质
表4 5％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 5％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 176.83 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 704.44 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 849.09 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 230.83 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 48.09 | 5.28 |
| 600℃时间(s) | 3.48 | 3.33 | 8.46 |
| 400℃时间(s) | 4.44 | 4.91 | 12.1 |
| 200℃时间(s) | 7.24 | 9.5 | 48.27 |
实施例3
配置10％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为10％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂0.2％，极性基团是含有三个-COOH；消泡剂为有机硅型，用量为200ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：5比例配制而成，用量为0.5％；PH值调节剂为二乙醇胺，用量为0.8％；去离子水88.5％。
表5 10％浓度淬火介质的性质
表6 10％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 10％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 128 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 658.21 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 767.98 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 512.88 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 40.33 | 5.28 |
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实施例4
配置15％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为15％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂0.1％，极性基团是含有三个-OH；消泡剂为有机硅型，用量为300ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：3比例配制而成，用量为0.7％；PH值调节剂三乙醇胺，用量为1.2％；蒸馏水82.7％。
表7 15％浓度淬火介质的性质
表8 15％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 15％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 47.26 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 539.09 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 585.63 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 480.18 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 30.62 | 5.28 |
| 600℃时间(s) | 3.48 | 17.93 | 8.46 |
| 400℃时间(s) | 4.44 | 25.35 | 12.1 |
| 200℃时间(s) | 7.24 | 33.25 | 48.27 |
实施例5
配置20％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为20％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂0.08％，极性基团是含有三个-COOH；消泡剂为有机硅型，用量为300ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：2比例配制而成，用量为0.8％；PH值调节剂三乙醇胺，用量为2.0％；蒸馏水76.9％。
表9 20％浓度淬火介质的性质
表10 20％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 20％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 27.56 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 341.76 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 474.9 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 224.9 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 20.14 | 5.28 |
| 600℃时间(s) | 3.48 | 19.15 | 8.46 |
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实施例6
配置30％浓度的水溶性淬火介质，水溶性聚醚是采用环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，用量为30％，数均分子量Mn小于20000；水溶性防锈剂0.05％，极性基团是含有三个-COOH；消泡剂为有机硅型，用量为300ppm；复合杀菌剂采用三嗪类与异噻唑啉酮类按1：1比例配制而成，用量为1％；PH值调节剂三乙醇胺，用量为2.0％；自来水66.9％。
表11 30％浓度淬火介质的性质
表12 30％浓度淬火介质和水、标准淬火油冷却速度对比
| 冷却速度 | 水 | 30％浓度淬火介质 | 标准淬火油 |
| 最大冷速(℃/s) | 245 | 17.61 | 108.38 |
| 最大冷速温度(℃) | 608.81 | 332.99 | 630.12 |
| 沸腾温度(℃) | 846.6 | 424.1 | 736.44 |
| 对流温度(℃) | 196.91 | 240.1 | 350.16 |
| 300℃冷速 | 78.32 | 14.53 | 5.28 |
| 600℃时间(s) | 3.48 | 22.03 | 8.46 |
| 400℃时间(s) | 4.44 | 42.74 | 12.1 |
| 200℃时间(s) | 7.24 | 60.24 | 48.27 |
Claims (1)
1.一种水溶性聚醚淬火介质，其特征在于：按重量百分比计其组分及含量：水溶性聚醚1～30％、防锈剂0.1～1.0％、消泡剂100～500ppm、复合杀菌剂0.1～1.0％、pH值调节剂0.2～2％，余量为水；
水溶性聚醚是环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，数均分子量Mn小于20000；
防锈剂为水溶性防锈剂，防锈剂分子中含有三个-OH或三个-COOH极性基团；
消泡剂是非离子聚醚型或有机硅型；
复合杀菌剂用三嗪类与异噻唑啉酮类杀菌剂配制而成，二者的比例为1∶1～1∶10；
pH值调节剂为氢氧化钾、氢氧化钠、单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
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