CN104017953B - 一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物，包括以下重量百分比的组分：精制矿物油80～98%、石油树脂1～10%、屏蔽双酚0.1～5%、胺基硫代甲酸甲酯0.01～3%、烷基噻二唑0.001～5%、烷基磺酸盐0.1～5%。本发明的淬火油组合物具有冷速极快的特点，特别是冷却性能及冷速分布特性稳定，采用该淬火油淬火后，工件表面硬度高且均匀，淬硬层深，变形量小，金相组织及机械性能好，淬火工件机械强度性能波动小，淬火工件合格率高，淬火工艺维护简单；该组合物油泥、积碳生成倾向小，使用寿命长，淬火后工件清洁光亮；该组合物油水分离性能好，后清洗回收废油便于回收再利用。

Description

一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属热处理用淬火油，具体涉及一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物，适用于多种高强度工件淬火强化需求，本发明还涉及速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法。

背景技术

通过淬火及相应的热处理工艺，改变金属内部金相组织，可以使金属材质的机械强度性能一个数量级左右的提升；可以获得外表硬、而心部韧的优异综合性能，可以使机械零部件的抗冲击性能、抗黏着磨损及抗疲劳磨损获得极大的提升；使关键机械部件的使用寿命获得数百倍甚至数千倍的提高。淬火工艺所用到的淬火介质之一就是淬火油。

淬火油的工作原理，是从红热的金属工件表面移走热量，使工件迅速降温，获取相应金相组织，从而获得优异的综合机械性能。淬火油的冷却速度，是淬火工件获得良好金属组织和机械性能的一项关键指标。对于某一特定材质、尺寸的工件，对淬火油的冷却速度有一个临界要求，淬火油的冷却速度只有高于这一临界值，淬火工件才能获得理性的机械性能；否则，淬火工件的机械性能将不合格，出现次品。

超速淬火油是淬火油中冷速最快的淬火油类型。多用于需要同时获得高表面硬度和良好心部韧性的淬火要求，可用于中低碳合金钢、或者尺寸相对较大的工件的淬火，可以获得（相对于利用其他类型淬火油）更深的淬硬层、更高的表面硬度和更为细腻金相组织。与淬火液相比呢，其淬火强度又更为温和，淬火工件不易变形和开裂。因而在高强度零件淬火工艺中广泛应用。如在桥梁、风电、汽车、工程机械设备等领域的关键零部件（如紧固件、齿轮、轴、轴承、轴套等等）的淬火处理中起着重要的作用，而被广泛使用。

淬火油接触到的红热工件温度高达850℃左右，其使用环境异常的苛刻。这样苛刻的使用环境将会引起油品物质结构的变化（裂解、形成油泥、产生积碳），从而引起冷速的变化。超速油由于其冷速超快，多用于工件尺寸更大的应用环境，因而其受到的热冲击的影响更大。淬火油冷速的下滑，冷速分布的变化，将会使得淬火工件无法获得相应的机械强度要求，亦有可能引起变形超差。淬火油的冷速稳定性因而便显得异常重要。如何提高淬火油的冷速稳定性是淬火油制造商持续努力的目标。

现有超速淬火油的不足：一是冷速下滑快。多表现为，最大冷速下降，最大冷温降低，蒸气膜阶段时间延长，会引起工件金相组织不良，硬度不足，硬度不均匀，出现软点等问题。现有超速油冷却性能不稳定，冷速下降快的原因主要是：超速油组合物成分在工件高温热冲击作用以及金属的催化作用的共同影响下，易发生衰变、裂解等变化。其原因可分为三个方面进行说明：1、高温添加剂的稳定性不足，裂解温度低，在淬火应用过程中裂解衰退快；2、组合物配合的问题引起高温催冷剂的裂解衰退；3、所选用自消耗起泡型低温催冷剂的消耗引起最大冷速的衰退。二是一些超速淬火油组合物原料的选用问题，引起超速淬火油的油水分离困难，后清洗回收废油难以回收利用。

为了满足工件高淬火机械性能及高淬火机械稳定性对冷速稳定性能优异的超速淬火油应用的需求，针对现有超速淬火油冷速稳定性不足的现状及其原因，本发明提供一种冷速稳定性优异的超速淬火油组合物及其制备方法。该淬火油组合物选用：高稳定性的添加剂；通过淬火油组合物的配合迅速降低高温催冷剂的温度，减缓高温催冷剂的裂解衰退；通过特种表面添加剂的选用，降低组合物沸腾过热附加压力，促进临近沸腾温度时的气化；选用相应添加剂钝化淬火油槽中各种金属材质对淬火油的催化老化作用，分解淬火油的衰变产生的过氧化物，捕灭自由基，切断淬火油老化反应链，从源头上缓解与抑制淬火油的老化过程，延长其使用寿命。选用的组合物原料不会引起淬火油油水分离困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物，具有冷速极快的特点，特别是冷速稳定性能优异。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物，包括以下重量百分比的组分：

精制矿物油80～98%

石油树脂1～10%

屏蔽双酚0.1～5%

胺基硫代甲酸甲酯0.01～3%

烷基噻二唑0.001～5%

烷基磺酸金属盐0.1～5%

进一步的，所述精制矿物油由精制石蜡基矿物油和精制中间基矿物油混合而成，其中，石蜡基矿物油占精制矿物油总质量的90～10%，精制中间基矿物油占精制矿物油总质量的10～90%。

进一步的，所述的石油树脂为C₅、C₉或丙烷石油沥青树脂。

进一步的，所述的石油树脂的分子量为1000～15000。

进一步的，所述的屏蔽双酚为亚撑基受阻酚。

优选的，所述的胺基硫代甲酸甲酯为双胺基硫代甲酸甲酯。

进一步的，所述的烷基磺酸金属盐为二十八碳烷基磺酸金属盐和二十八碳烷基苯磺酸金属盐中的一种或两种；所述烷基磺酸金属盐的金属离子为钾离子、钠离子、或锂离子。

进一步的，所述二十八碳烷基磺酸金属盐为2-癸基-十八烷基磺酸金属盐。

进一步的，所述二十八碳烷基苯磺酸金属盐为2-癸基-十八烷基苯磺酸金属盐。

本发明还提供一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将精制矿物油总质量的50%加入第一反应器中，搅拌升温至80～100℃；

（2）按比例向精制矿物油中加入石油树脂、屏蔽双酚，恒定在80～100℃，继续搅拌至均匀，过滤至第二反应器；

（3）向第二反应器中加入剩余精制矿物油，并降温至60℃，然后按比例加入胺基硫代甲酸甲酯、烷基噻二唑，烷基磺酸盐，循环搅拌均匀，得到所述高稳定性超速淬火油组合物。

本发明的有益效果：本发明的淬火组合物具有冷速极快的特点，特别是冷速稳定性能优异；采用本发明的淬火油淬火后，工件表面硬度高且均匀，淬硬层深，变形量小，金相组织及机械性能好，工件性能稳定性好，降低次品率，淬火工艺稳定易于维护；本发明淬火油组合物各种原料成分的优选、匹配及量的优化时，充分的兼顾到淬火油的油水分离性，因而，本发明淬火油油水易于分离，后清洗回收废油便于回收再利用。

具体实施方式

本发明的一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物，包括以下重量百分比的组分：

精制矿物油80～98%

石油树脂1～10%

屏蔽双酚0.1～5%

胺基硫代甲酸甲酯0.01～3%

烷基噻二唑0.001～5%

烷基磺酸盐0.1～5%

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。

实施例1

向第一反应器精制矿物油40份，均匀搅拌升温至80-100℃；加入分子量为2000的丙烷石油沥青树脂10份，亚撑基受阻酚3份，搅拌至溶解均匀；过滤至第二反应器，加入由90%石蜡基矿物油和10%精制中间基矿物油混合而成的精制矿物油40份，并降温至60℃，加入双胺基硫代甲酸甲酯1份，烷基噻二唑1份，二十八碳烷基磺酸金属盐5份搅拌均匀。

实施例2

向第一反应器精制矿物油40份，均匀搅拌升温至80-100℃；加入分子量为8000的丙烷石油沥青树脂1份，亚撑基受阻酚5份，搅拌至溶解均匀；过滤至第二反应器，加入由50%石蜡基矿物油和50%精制中间基矿物油混合而成的精制矿物油45份，并降温至60℃，加入双胺基硫代甲酸甲酯3份，烷基噻二唑1份，烷基磺酸盐5份搅拌均匀。

实施例3

向第一反应器精制矿物油40份，均匀搅拌升温至80-100℃；加入分子量为10000的C5石油树脂2份，亚撑基受阻酚0.1份，搅拌至溶解均匀；过滤至第二反应器，加入由10%石蜡基矿物油和90%精制中间基矿物油混合而成的精制矿物油50份，并降温至60℃，加入单胺基硫代甲酸甲酯0.01份，烷基噻二唑5份，二十八碳烷基苯磺酸盐1.5份和二十八碳烷基磺酸盐1.5份搅拌均匀。

实施例4

向第一反应器精制矿物油40份，均匀搅拌升温至80-100℃；加入分子量为15000的C9石油树脂1份，亚撑基受阻酚0.5份，搅拌至溶解均匀；过滤至第二反应器，加入由50%石蜡基矿物油和50%精制中间基矿物油混合而成的精制矿物油58份，并降温至60℃，加入单胺基硫代甲酸甲酯1份，烷基噻二唑0.001份，二十八碳烷基苯磺酸盐0.1份搅拌均匀。

对比例1

市场上淬火油1

对比例2

市场上淬火油2

表一实施例1-4及对比例1和2的产品性能指标

由上表可以看出，对比例1，最大冷速从110℃/s以上，降至78℃/s，冷速下降了30%左右，最大冷温从620℃以上，下降至520℃，冷速分布发生明显改变；经过24h的分水过程，仍有82.5%的油被严重，难以分离，分出来的水很少，92.5%的水和形成乳化状，其后清洗回收的废油基本难以回收利用。对比例2，最大冷速从110℃/s以上，降至82℃/s，冷速下降了25%左右，最大冷温从620℃以上，下降至565℃，冷速分布发生亦明显改变；经过24h的分水过程，仍有33%油难以直接回用，其中含有417000ppm的水。以上两组对比例，冷却性能变化大，应用这两组对比例淬火油，淬火工件次品几率高。本发明实施例制备的冷速稳定性优异的超速淬火油，老化之后，最大冷速皆维持在110℃/s之上，最大冷速亦皆维持在620℃以上，表面它们的冷速及冷速分布相当稳定；提高了淬火应用中，淬火产品的性能稳定性，减小淬火工件性能的波动，提高淬火合格率。而且本发明实施例油水分离性能良好，后清洗收集的废油，便于回收利用。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明的构思和保护范围进行限定，本发明的普通技术人员对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述组合物包括以下重量百分比的组分：

精制矿物油80～98%

石油树脂1～10%

屏蔽双酚0.1～5%

胺基硫代甲酸甲酯0.01～3%

烷基噻二唑0.001～5%

烷基磺酸金属盐0.1～5%

所述方法包括以下步骤：

（1）将精制矿物油总质量的50%加入第一反应器中，搅拌升温至80～100℃；

（2）按比例向精制矿物油中加入石油树脂、屏蔽双酚，恒定在80～100℃，继续搅拌至均匀，过滤至第二反应器；

（3）向第二反应器中加入剩余精制矿物油，并降温至60℃，然后按比例加入胺基硫代甲酸甲酯、烷基噻二唑，烷基磺酸金属盐，循环搅拌均匀，得到高稳定性超速淬火油组合物。

2.根据权利要求1所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述精制矿物油由精制石蜡基矿物油和精制中间基矿物油混合而成，其中，石蜡基矿物油占精制矿物油总质量的90～10%，精制中间基矿物油占精制矿物油总质量的10～90%。

3.根据权利要求1所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述的石油树脂为C₅、C₉或丙烷石油沥青树脂。

4.根据权利要求1或3所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述的石油树脂的分子量为1000～15000。

5.根据权利要求1所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述的屏蔽双酚为亚撑基受阻酚。

6.根据权利要求1所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述的胺基硫代甲酸甲酯为双胺基硫代甲酸甲酯。

7.根据权利要求1所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述的烷基磺酸金属盐为二十八碳烷基磺酸金属盐和二十八碳烷基苯磺酸金属盐中的一种或两种；所述烷基磺酸金属盐的金属离子为钾离子、钠离子、或锂离子。

8.根据权利要求7所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述二十八碳烷基磺酸金属盐为2-癸基-十八烷基磺酸金属盐。

9.根据权利要求7所述的冷速稳定性能优异的超速淬火油组合物的制备方法，其特征在于：所述二十八碳烷基苯磺酸金属盐为2-癸基-十八烷基苯磺酸金属盐。