CN108588357B - 一种环保型水基淬火液组合物及其制备和使用方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种环保型水基淬火液组合物及其制备和使用方法，其组成原料为水溶性低分子聚醚组合物、防锈剂、杀菌剂、pH稳定剂、络合剂、消泡剂、水。本发明的环保型水基淬火液组合物以两种水溶性低分子量的聚醚组合物为主，不含硼、仲胺、重金属、无机盐、二乙醇胺、三乙醇胺等对人体和环境等有害成分，安全环保。通过控制使用浓度，使其具有正确的冷却参数和淬火速率，满足钢球的淬火工艺要求；且具有优异的多金属(钢、铜、锌、铝)防锈能力、抗菌能力，保证淬火液的性能和使用寿命。该发明淬火液不影响钢球表面质量和精度(尤其＞G10级别)，便于清洗和水处理，节约成本，满足碳钢、不锈钢等钢铁基材质的钢球的热处理要求和防锈要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种水基淬火液组合物，特别是涉及一种环保型水基淬火液组合物及制备和使用方法。
背景技术
淬火处理工艺是提高钢球综合性能的最重要的工艺关键点。该工艺所使用的淬火介质须保证奥氏体能以超过临界冷却速度的速度冷却，须在550～650℃快速冷却，且须在300℃以下缓慢冷却，从而获得最佳的马氏体组织和减少内应力。所以淬火介质的冷却参数对钢球的微观组织和宏观性能尤为重要，同时也要兼顾稳定性、经济性和环保性。通常，淬火介质的选用以淬火油为主，淬火油主要由高闪点的矿物油组成，在低温段的冷却速度远比水低，有效避免淬裂危险，但淬火油在高温段冷却速度低，对马氏体组织转变控制以及淬火硬度和深度影响大。目前，以“水代油”的淬火液主要是水和高分子化合物的组合物，利用高分子化合物对水的逆溶性、对金属基体的成膜性等解决水冷却速度快和易淬裂问题，应用价值和社会意义重大。
中国专利CN105274293A公开了一种淬火液组合物及其用途，含重量份的45～70％聚烷撑乙二醇、2～30％聚乙烯吡咯烷酮、0.5～8％防锈剂、0.1～5％三乙醇胺、0.005～0.2％消泡剂，用于高淬透性材料或中小型低碳钢的淬火。专利CN106435100A公开了一种球磨铸铁等温淬火液制备方法及应用，含质量百分比10～13％SiO2、2～4％Al2O3、2～4％NaOH、1～3％CaO、3～6％NaCl。专利CN104388643A公开了一种淬火液的制备方法，含聚丙烯-甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺混合物、环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物、聚酰胺聚乙二醇、消泡剂。专利CN105543456A公开了一种低耗环保型弹簧钢水溶性淬火液及淬火工艺，含抗氧剂、防锈剂、防腐剂、消泡剂、甲氧基聚乙二醇。专利CN107641686A公开了一种感应齿轮专用高频水基淬火液，含重量份25～30％高分子聚乙烯醇树脂粒子、1～2.5％高效光亮剂、2.5～3％防腐蚀抑制剂、1.5～2％表面活性剂。专利CN106916926A公开了一种高铬铸铁用水基聚合物淬火液，含质量百分数3～10％聚氧乙烯-丙烯聚醚、4～8％聚乙烯醇树脂、0.4～1.2％二丙二醇、0.8～1.1％氯化锌、0.3～0.6％硝酸镁、4～5％聚氧烯胺。专利CN107058695A公开了一种高效水溶性淬冷剂，含质量比5～9％聚乙烯醇、1～3％辛酸、1～3％癸二酸、2～6％偏磷酸钾、2～4％焦磷酸钾、0～1％抗氧剂。专利CN106755815A公开了一种水溶性淬火液，含质量比5～8％聚乙烯醇、1～3％辛酸、1～3％癸二酸、2～6％亚磷酸钠、2～4％钼酸钾、0～1％抗氧剂。专利CN106435113A公开了一种合成型淬火液及其使用方法，含重量百分比83～88％复合PAG、10～15％催冷剂、1.5～2％抗氧剂和0.5～1％消泡剂。专利CN107190125A公开了一种环保淬火液及其制备方法，含重量份100异构醇、50～150环氧乙烷、50～150环氧丙烷。专利CN106367569A公开了一种新型淬火液及其在高铬耐磨铸铁淬火冷却中的应用，含质量比15％聚醚多元醇、15％聚丙烯酰胺、5％聚丙烯酸钠、5％羟甲基纤维素、5％海藻酸钠、2％硅酸锂镁、2％三乙醇胺、1.5％异噻唑啉酮、0.5％聚氨基甲酸酯、0.2％硅溶胶、0.2％改性有机硅消泡剂。
公开的专利或含无机盐(包括亚硝酸盐)，淬透性低，易氧化和腐蚀基体，低温易结晶析出和软点问题；或含水玻璃(SiO2)，易附着胶状物和渗入基体，难以清洗和影响表面精度；或含聚乙烯醇类，淬透性差，冷却速度不稳定且变化大；或含二乙醇胺、三乙醇胺危害人体；或超分子量(分子量＞30000)的聚烷撑乙二醇(PAG)和环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物(PAG主要合成成分)，粘度大，冷却参数波动大，成本高；或含聚丙烯(酰胺)类，冷却曲线近乎直线，冷却速度慢，不适合马氏体组织淬火。所以，公开专利的淬火液的冷却介质、冷却参数和淬火速率都不能满足钢球(尤其＞G10级别的钢球)的淬火工艺要求。
发明内容
针对公开专利淬火液的性能缺点，本发明的目的是提供一种钢球用水基淬火液以替代淬火油，根据钢球(尤其＞G10级别的钢球)的淬火工艺要求，使淬火液具有正确的冷却参数和淬火速率，以获得最佳的马氏体组织，且不影响钢球表面质量和精度。同时又便于清洗和水处理，节约成本。
本发明的技术方案概述如下：一种环保型水基淬火液组合物，按重量百分比组成如下：
其中，所述的水溶性低分子量聚醚组合物，聚醚(分子量10000-12000)优选Polyglykol P41/12000(科莱恩化工有限公司)或VGP-110(沈阳玺金化工科技有限公司)，聚醚(分子量2000-3000)优选Polyglykol P41/3000(科莱恩化工有限公司)、VGP-025(沈阳玺金化工科技有限公司)。且聚醚组合物含聚醚聚醚(分子量10000-12000)和聚醚(分子量2000-3000)按照配比比为8：2组合。
所述的三嗪衍生物杀菌剂优选(
BK(科莱恩化工有限公司)，其次Anycoat BK(南京丹宇新材料科技有限公司)；所述的吗啉衍生物杀菌剂优选MBM(科莱恩化工有限公司)，其次Anycoat MBM(南京丹宇新材料科技有限公司)；
所述的异壬酰胺基已酸防锈剂最优选VGF-F121(沈阳玺金化工科技有限公司)；
所述的特殊醇胺pH稳定剂最优选
CH020(科莱恩化工有限公司)，其次AMP-95(美国陶氏)；
所述的络合剂优选乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)；
所述的消泡剂为有机硅改性聚醚消泡剂，优选VG-X10(沈阳玺金化工科技有限公司)；
所述的水优选为去离子水或脱盐水，其电导率≤50μs/cm。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种环保型水基淬火液组合物的制备方法：
S1：预先制备水溶性低分子量聚醚组合物，即按8：2的比例将分子量10000-12000为聚醚和分子量2000-3000的聚醚混合，搅拌30分钟使其混合均匀，备用。
S2：按权利要求1的配比，将所述络合剂融入到全部的水中，搅拌20分钟；
S3：按权利要求1的配比，再依次加入S1中制备好的所述水溶性低分子量聚醚组合物、杀菌剂、防锈剂、pH稳定剂和消泡剂，搅拌30分钟，得到所述环保型水基淬火液组合物。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种环保型水基淬火液组合物的使用方法，将所述淬火液按淬火工艺要求，参照表1的冷却参数，用水配成重量百分比10～50％的稀释液使用。所述水优选自去离子水或脱盐水(电导率≤50μs/cm)，其次是自来水。
表1不同浓度的冷却参数
| 浓度(％) | 最大冷速温度(℃) | 最大冷速(℃/s) | 300℃时冷速(℃/s) |
| 10 | 629 | 190 | 85 |
| 20 | 615 | 150 | 61 |
| 30 | 606 | 103 | 52 |
| 40 | 599 | 81 | 43 |
| 50 | 585 | 65 | 35 |
本发明的环保型水基淬火液组合物以水溶性低分子量聚醚组合物为主，不含无机盐和对人体和环境等有害成分，安全环保。通过控制使用浓度，使其具有正确的冷却参数和淬火速率，更能满足钢球的淬火工艺要求；同时具有优异防锈能力和杀菌能力，保证淬火液的性能和使用寿命。本发明的淬火液不影响钢球表面质量和精度(尤其＞G10级别)，又便于清洗和水处理，节约成本，满足碳钢、不锈钢等钢铁基材质的钢球的热处理要求和防锈要求。
本发明的有益效果是：
1)本发明淬火液以水溶性低分子量聚醚组合物为主，不含无机盐、醇胺和有机树脂等，有效避免了淬火过程无机物的析出、腐蚀和氧化基体以及有机物的冷却参数稳定性差等问题。
2)本发明淬火液以低分子量聚醚组合物实现比高分子量聚醚更优异的冷却参数和淬火速率，更适合钢球的淬火工艺要求。
3)本发明淬火液具有优异的防锈能力和杀菌能力，保证淬火液的性能和使用寿命，满足碳钢、不锈钢等钢铁基材质的钢球的热处理要求和防锈要求，不影响钢球表面质量和精度(尤其＞G10级别)。
4)本发明淬火液可以水稀释，非水乳液，易于清洗和后续加工，节省成本，安全环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
该专利提及的聚醚(分子量10000-12000)优选Polyglykol P41/12000(科莱恩化工有限公司)、VGP-110(沈阳玺金化工科技有限公司)；聚醚(分子量2000-3000)优选Polyglykol P41/3000(科莱恩化工有限公司)、VGP-025(沈阳玺金化工科技有限公司)；
三嗪衍生物杀菌剂最优选
BK(科莱恩化工有限公司)；
吗啉衍生物杀菌剂最优选
MBM(科莱恩化工有限公司)；
异壬酰胺基已酸防锈剂最优选VGF-F121(沈阳玺金化工科技有限公司)；
特殊醇胺pH稳定剂最优选
CH020(科莱恩化工有限公司)；
消泡剂为有机硅改性聚醚消泡剂，优选VG-X10(沈阳玺金化工科技有限公司)。
制备方法：
聚醚(PAG)组合物1：准确称量重量份80％聚醚(Polyglykol P41/12000)和20％聚醚(Polyglykol P41/3000)，搅拌30分钟使其混合均匀。
聚醚(PAG)组合物2：准确称量重量份80％聚醚(VGP-110)和20％聚醚(VGP-025)，搅拌30分钟使其混合均匀。
按配比将EDTA-4Na加入到全部的去离子水中搅拌20分钟，使其充分溶解；再依次加入聚醚组合物、杀菌剂、防锈剂、pH稳定剂和消泡剂，搅拌30分钟，得到环保型水基淬火液组合物。
表2列出一些具体的实施例，实施例对应的不同浓度的冷却参数和性能见表3。
表2实施例1～8
表3不同浓度的冷却参数和性能
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (9)
1.一种环保型水基淬火液组合物，按重量百分比组成如下：
其中，所述水溶性低分子量聚醚组合物由分子量12000的聚醚和分子量3000的聚醚按比例8：2组成，所述络合剂为自乙二胺四乙酸四钠。
2.如权利要求1所述的环保型水基淬火液组合物，其特征在于，所述杀菌剂为三嗪和/或吗啉衍生物杀菌剂。
3.如权利要求1所述的环保型水基淬火液组合物，其特征在于，所述防锈剂为异壬酰胺基已酸防锈剂。
4.如权利要求1所述的环保型水基淬火液组合物，其特征在于，所述pH稳定剂为特殊醇胺pH稳定剂。
5.如权利要求1所述的环保型水基淬火液组合物，其特征在于，所述消泡剂为有机硅改性聚醚类消泡剂。
6.如权利要求1所述的环保型水基淬火液组合物，其特征在于，所述水为去离子水或脱盐水，其电导率≤50μs/cm。
7.一种如权利要求1—6中任意一项所述的环保型水基淬火液组合物的制备方法，其特征在于：
S1：预先制备水溶性低分子量聚醚组合物，即按8：2的比例将分子量12000的聚醚和分子量3000的聚醚混合，搅拌30分钟使其混合均匀，备用；
S2：按权利要求1的配比，将所述络合剂融入到全部的水中，搅拌20分钟；
S3：按权利要求1的配比，再依次加入S1中制备好的所述水溶性低分子量聚醚组合物、杀菌剂、防锈剂、pH稳定剂和消泡剂，搅拌30分钟，得到所述环保型水基淬火液组合物。
8.一种如权利要求1—6中任意一项所述的环保型水基淬火液组合物的使用方法，其特征在于：将所述的环保型水基淬火液组合物用水配成重量百分比为10～50％的稀释液使用。
9.如权利要求8所述的环保型水基淬火液组合物的使用方法，其特征在于，所述水选自去离子水或脱盐水，其电导率≤50μs/cm。
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