CN113845425B - 一种淬火油破膜添加剂及含该破膜添加剂的淬火油 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淬火油破膜添加剂及包含上述破膜添加剂的淬火油，所述破膜添加剂为不饱和脂肪酸多元醇酯；所述不饱和脂肪酸多元醇酯由含至少一个顺式双键的不饱和脂肪酸与多元醇酯化反应后得到。本发明使用的破膜添加剂在淬火油中以小分子形式存在，只有在淬火过程中，才在工件表面原位发生聚合反应达到破膜的效果，一方面可有效避免高分子破膜添加剂对成品淬火油的粘度影响，另一方面可以维持淬火油更长时间的使用稳定性，从而解决现有采用大分子破膜添加剂对淬火油粘度影响大，且大分子破膜添加剂受热易分解导致分子量下降，从而导致长期使用破膜效果下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种淬火油破膜添加剂，还涉及包含上述破膜添加剂的淬火油。
背景技术
为使金属工件获得更好的硬度、抗疲劳性能以及长使用寿命，需要将金属工件进行包括淬火工序在内的热处理。淬火本质上是将金属加热到临界温度以上并保温，使其完全或部分奥氏体化，然后在淬火介质中快速冷却，使其发生贝氏体或马氏体转换。目前使用最为广泛的淬火介质是以矿物油为基础的油基淬火介质，淬火过程通常会经历三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段。为增加淬火油冷却能力，提高冷却均匀性，需要在淬火油中添加蒸汽膜破膜添加剂以缩短蒸汽膜阶段时间，提高淬火油冷却速度。
专利CN107109503公开了一种以沥青为原料制备而成的破膜添加剂。采用40℃运动粘度为15mm2/s的70N矿物油，添加6％该破膜添加剂后所得到的淬火油有很好的促进蒸汽膜破裂的效果，但得到的淬火油粘度相比于基础油有15％～25％的粘度增加，从而间接影响淬火油的流动性，进而影响淬火冷却效果。除此之外，业内常用的PIB1300、PIB2400、石油树脂等破膜添加剂，因添加剂均为高分子化合物，因此在使用过程中均有类似弊端。除此之外，此类高分子破膜添加剂的破膜效果与其分子量大小相关，使用过程中，淬火油需要与温度高达850℃以上的红热工件接触，高分子化合物在高温工件冲击下不可避免的会发生热分解导致分子量下降，进而使用一段时间后会发生破膜失效问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种不影响淬火油粘度同时具有更长时间使用稳定性的淬火油破膜添加剂，本发明另一目的是提供包含上述破膜添加剂的淬火油。
技术方案：本发明所述的淬火油破膜添加剂，所述破膜添加剂为不饱和脂肪酸多元醇酯；所述不饱和脂肪酸多元醇酯由含至少一个顺式双键的不饱和脂肪酸与多元醇发生酯化反应而得到。
其中，将含至少一个顺式双键的不饱和脂肪酸与多元醇按羧基和羟基官能团的摩尔比1:1混合，于120～130℃反应3～5小时，视原料反应活性，必要时可抽真空，将反应过程中产生的水分及时去除，以增加反应速率；
含至少一个顺式双键的不饱和脂肪酸与多元醇生成不饱和脂肪酸多元醇酯的反应式为：
其中，不饱和脂肪酸多元醇酯的分子量为300～400。
其中，至少含一个顺式双键的不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸或芥酸。
其中，多元醇为至少含两个羟基的多元脂肪醇。
其中，至少含两个羟基的多元脂肪醇为乙二醇、丙三醇或季戊四醇。
包含上述破膜添加剂的淬火油，由如下重量百分比的组分组成：破膜添加剂8～10％、基础油88～90％、抗氧剂0.8～1％以及光亮剂0.8～1％。
基础油为矿物基础油或合成基础油中的一种或多种组成的混合物，其40℃运动粘度在5～500mm2/s，粘度指数≥90，闪点≥160℃。
其中，所述抗氧剂为有机胺类抗氧剂和有机酚类抗氧剂按重量比1:1的混合物。复配抗氧剂能够有效提高淬火油的抗氧化性能，保证淬火油在使用过程中不会因为氧化而导致寿命降低。
其中，所述有机酚类抗氧剂为3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸酯；有机胺类抗氧剂为二壬基二苯胺。所述光亮剂为油酰肌氨酸盐。
本发明使用的蒸汽膜破膜添加剂具有可发生DA加成反应的顺式双键，因此其可以在淬火过程中在工件表面原位发生聚合反应生成高分子薄膜(原位聚合反应的反应条件为300℃以上)，从而达到促进淬火冷却过程中的蒸汽膜破裂。
含顺式双键的DA加成反应的反应式为：
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于：本发明使用的破膜添加剂在淬火油中以小分子形式存在，只有在淬火过程中，才在工件表面原位发生聚合反应达到破膜的效果，一方面可有效避免高分子破膜添加剂对成品淬火油的粘度影响，另一方面可以维持淬火油更长时间的使用稳定性，从而解决现有采用大分子破膜添加剂对淬火油粘度影响大，且大分子破膜添加剂受热易分解导致分子量下降，从而导致长期使用破膜效果下降的问题；本发明破膜添加剂能够适用于粘度范围广的基础油，均能够制备得到按照GB/T30823淬火油冷却特性测试中上特性温度高于720℃的具有优异破膜效果的淬火油。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步阐述。
实施例1
本发明淬火油破膜添加剂-油酸乙二醇酯的合成，具体为：在装有机械搅拌器和温度计的三口烧瓶中加入油酸282g(1mol)，乙二醇31g(0.5mol)，开启搅拌，升温至120℃，反应3h，抽真空除去水分，得褐色油状油酸乙二醇酯产物。
实施例2
本发明淬火油破膜添加剂-油酸甘油酯的合成，具体为：在装有机械搅拌器和温度计的三口烧瓶中加入油酸282g(1mol)，丙三醇30g(0.3mol)，开启搅拌，升温至130℃，反应4.5h，抽真空除去水分，得褐色膏状油酸甘油酯产物。
实施例3
本发明含破膜添加剂油酸乙二醇酯的淬火油，由如下重量百分比组分组成：70N矿物油(40℃运动粘度15mm2/s，粘度指数95)90％、油酸乙二醇酯％、二壬基二苯胺0.5％、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸酯0.5％以及油酰肌氨酸盐1％。
将组分按照上述比例在60℃下进行搅拌，制备淬火油。针对实施例3所制得的淬火油，测定40℃运动粘度、光亮性和60℃静置条件下的冷却特性曲线，记录上特性温度和最大冷速。
实施例4
本发明含破膜添加剂油酸甘油酯的淬火油，由如下重量百分比组分组成：70N矿物油(40℃运动粘度15mm2/s，粘度指数95)90％、油酸甘油酯8％、二壬基二苯胺0.5％、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸酯0.5％以及油酰肌氨酸盐1％。
将组分按照上述比例在60℃下进行搅拌，制备淬火油。针对实施例4所制得的淬火油，测定40℃运动粘度、光亮性和60℃静置条件下的冷却特性曲线，记录上特性温度和最大冷速。
对比实施例1
一种淬火油，由如下重量百分比组分组成：70N矿物油(40℃运动粘度15mm2/s，粘度指数95)90％、聚异丁烯(PIB1300)8％、二壬基二苯胺0.5％、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸酯0.5％以及油酰肌氨酸盐1％。
将组分按照上述比例在60℃下进行搅拌，制备淬火油。针对对比实施例1所制得的淬火油，测定40℃运动粘度、光亮性和60℃静置条件下的冷却特性曲线，记录上特性温度和最大冷速。
表1为实施例3～4与对比实施例1淬火油的理化性能和破膜效果对比的检验数据
通过表1可知，相比于采用聚异丁烯作为破膜添加剂的淬火油，采用本发明破膜添加剂在达到相似破膜效果，提高淬火油冷却性能的同时，可以显著降低对淬火油本身粘度的影响。同时由于破膜添加剂本身是小分子，不存在由于在高温下发生热裂解而导致分子量下降，破膜效果下降的问题，用本发明破膜添加剂可使淬火油在使用过程中更好的维持粘度和冷却性能的稳定，从而保证热处理产品质量的一致性和稳定性。并且，光亮性测试发现，采用本发明破膜添加剂还可以有效改善淬火工件的光亮性。本发明破膜添加剂在高温工件表面发生DA加成反应成高分子膜，起到降低工件表面热流密度的作用，从而促进淬火过程中蒸汽膜的破裂，本发明破膜添加剂有效提高淬火油冷却过程中的上特性温度(上特性温度越高，能够越快破膜)，提高淬火油冷却速度和冷却均匀性，利用本发明破膜添加剂可制备上特性温度大于720℃的淬火油。
Claims (1)
1.不饱和脂肪酸多元醇酯作为破膜添加剂在淬火油中的应用，其特征在于：所述不饱和脂肪酸多元醇酯为油酸乙二醇酯或油酸甘油酯；所述淬火油由如下重量百分比的组分组成：70N矿物油90%、破膜添加剂8%、二壬基二苯胺0.5%、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸酯0.5%以及油酰肌氨酸盐1%。
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