专利名称：可生物降解水性淬火剂及其制备方法
可生物降解水性淬火剂及其制备方法技术领域
本发明用于金属材料的热处理领域，具体涉及一种可生物降解水性淬火剂及其制 备方法。
背景技术：
为了改善例如钢材等金属材料的性能，需要对金属材质的工件进行热处理，常见 的热处理工艺有淬火、回火、退火、正火等热处理方法。其中，淬火是指将加热转变至奥氏体 状态的工件以大于临界冷却速度的冷速快速冷却至形成马氏体等淬火组织，淬火处理后， 可以提高工件的综合力学性能。
目前，常用的淬火介质有水性淬火剂和油性淬火剂，与油性淬火剂相比，水性淬火 剂的特点是在整个冷却过程中都具有很高的冷却速度，在高温冷却阶段高的冷却速度可以 促使形成细小晶粒，有利于提高工件的综合力学性能，但在低温阶段，过快的冷却速度使工 件的内应力过大，因此容易导致工件开裂和变形。另外，现在市售的水性淬火剂是以聚醚类 增稠剂为主，聚醚类增稠剂原料为石油加工产品环氧乙烷和环氧丙烷，原料不可再生，且长 链聚醚类只能部分生物降解，对环境有影响。发明内容
本发明解决的问题在于提供一种可生物降解水性淬火剂，具有很好的冷却性能， 可防止工件开裂和减小变形，且具有生物降解和资源可再生性。本发明还提供该水性淬火 剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为
一种水性淬火剂，包括以下重量百分比的成份
明胶0.1% 2%;
三乙醇胺0· 0. 5% ；
苯甲酸钠0·02% 0. ；
消泡剂0.005% 0. 05% ；
杀菌剂0.05% 0. 2% ；
余量水。
作为优选，包括以下重量百分比的成份
明胶0·4% 1. 2% ；
三乙醇胺0·2% 0. 4% ；
苯甲酸钠0·04% 0. 08% ；
消泡剂0.01% 0. 04% ；
杀菌剂0.08% 0. 16% ；
余量水。
作为优选，所述消泡剂为硅类消泡剂。
作为优选，所述杀菌剂为5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
作为优选，所述水为去离子水。
一种水性淬火剂的制备方法，包括以下步骤
a)向水中加入明胶、三乙醇胺和苯甲酸钠，搅拌；
b)再向得到的混合物中加入消泡剂和杀菌剂，搅拌，得到产品；
各成份的重量百分比为明胶0. 2%，三乙醇胺0. 0.5%，苯甲酸钠 0. 02% 0. 1%，消泡剂0. 005% 0. 05%，杀菌剂0. 05% 0. 2%，余量水。
作为优选，所述各成份的重量百分比为明胶0. 4 % 1. 2 %，三乙醇胺0. 2 % 0. 4%，苯甲酸钠0. 04% 0. 08%，消泡剂0. 01% 0. 04%，杀菌剂0. 08% 0. 16%，余量 水。
本发明的可生物降解水性淬火剂以明胶为增稠剂，明胶是一种水溶性蛋白质混合 物，采用动物原料制得，可生物降解，成本低并可再生，因此可以节约不可再生的石油资源； 进行淬火时，在400°C以上的高温阶段冷却速度较大，因此可以使得到的工件晶粒细小，提 高工件的性能，在300°C附近的低温阶段冷却速度较慢，相当于快速淬火油，因此可以防止 在工件内部形成较大的内应力，从而达到防止工件开裂和减小变形的目的，可以完全替代 由聚醚增稠剂调制的水性淬火剂。
图1为本发明实施例1提供的水性淬火剂的冷却曲线图2为本发明实施例2提供的水性淬火剂的冷却曲线图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
本发明提供一种水性淬火剂，包括以下重量百分比的成份
明胶0. 2%，三乙醇胺0. 0.5%，苯甲酸钠0.02% 0. 1%，消泡剂 0. 005% 0. 05%，杀菌剂0. 05% 0. 2%，余量水。
本发明的淬火剂使用明胶作为增稠剂，明胶是一种水溶性蛋白质混合物，由动物 皮肤、韧带、肌腱中的胶原经酸或碱部分水解或在水中煮沸而产生，是营养不完全蛋白质， 广泛用于食品和制作黏合剂、感光底片、滤光片等。明胶采用动物原料制得，可生物降解，成 本低并可再生。明胶可分为食品级明胶、工业明胶、照相明胶、药用明胶等，本发明可以使用 以上任一种明胶或是几种明胶的混合物。明胶的重量百分比优选为0. 4% 1. 2%。
使用本发明制备的淬火剂进行淬火时，可以根据待处理的工件将确定淬火剂中明 胶的浓度。比如配制明胶浓度为0. 0. 6wt%的淬火剂，该淬火剂优选对牌号为45# 钢、有效厚度小于20mm的中小零件进行淬火；也可以对厚度在IOOmm以上的牌号为40Mn2 钢零件进行调质处理；还可以对牌号为40Cr、40Mn2、42CrMo材质的工件进行表面中频加热 淬火处理。
当将淬火剂配制为明胶浓度为0. 8wt % 1. 2wt %时，可以对中小尺寸中高淬透性的牌号为 40Cr、;35CrMo、42CrMo、65Mn、60Si2Mn、50CrV、GCrV15、9Cr2Mo、40CrMnMo、 20CrMnTi的工件整体淬火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、感应加热淬火。
三乙醇胺在淬火剂中可以起到防锈作用，在本发明中优选重量百分比为0.2% 0. 4%。
苯甲酸钠在淬火剂中用作防腐剂，本发明中优选重量百分比为0. 04% 0. 08%。
消泡剂可防止淬火剂在使用过程中产生泡沫，本发明消泡剂选用硅类消泡剂，重 量百分比优选为0. 01% 0. 04%。
杀菌剂优选使用5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，重量百分比优选为0. 08% 0. 16%。
水优选使用去离子水。
本发明还提供一种水性淬火剂的制备方法，包括以下步骤
a)向水中加入明胶、三乙醇胺和苯甲酸钠，混合后搅拌均勻；
b)再向得到的混合物中加入消泡剂和杀菌剂，搅拌均勻后得到产品。
以下以具体实施例说明本发明提供的淬火剂的性能。各实施例提供的冷却曲线由 南京航达热加工材料研究所生产的NH冷却性能测定仪检测。
实施例1
本实施例的提供的淬火剂包括食用明胶0. 5重量份、三乙醇胺0. 3重量份、苯甲 酸钠0. 04重量份、路博润特种化工有限公司的牌号为LUBRIZOL 5674的消泡剂0. 01 重量份、杀菌剂0. 1重量份、去离子水99. 05重量份。
得到的淬火剂，无闪点，不燃，冷却曲线测试结果如图1所示。
图1中，曲线1为冷却速度曲线，曲线2为温度-时间曲线，测试温度从850°C开 始。从图1中可以看出，如曲线1所示，本发明提供的淬火剂在400°c以上的高温区，最大冷 却速度Vmax为139. 0°C /S，此时对应的温度TVmax为712. 2°C，可见淬火剂介质在高温阶段 有高的冷却速度，这样有利于使晶粒细小，提高工件性能。请同时参见曲线1和曲线2，当冷 却到300°C时的冷却速度为61. O0C /S，从850°C冷却到600°C的时间为3. 2S、冷却到400°C 的时间为6. 2S、冷却到200°C的时间为10. 8S，可见本实施例提供的淬火介质在400°C以下 的低温阶段冷却速度变慢，冷却时间变长，因此可以减小工件的内应力，防止工件开裂。
使用本实施例提供的淬火剂对厚度为20mm的45#钢板进行淬火，淬火加热温度为 8400C，淬火后测量45#钢板的硬度为HRC55，无开裂现象，进行600°C回火达到技术要求。
实施例2:
本实施例的提供的淬火剂包括工业明胶1重量份、三乙醇胺0. 2重量份、苯甲酸 钠0. 03重量份、东莞龙海化工有限公司的604硅类消泡剂0. 04重量份、杀菌剂0. 15重量 份、去离子水98. 58重量份。
得到的淬火剂，无闪点，不燃，冷却曲线测试结果如图2所示。
图2中，曲线1为冷却速度曲线，曲线2为温度-时间曲线，测试温度从850°C开 始。从图2中可以看出，如曲线1所示，本发明提供的淬火剂在400°C以上的高温区，最大冷 却速度Vmax为142. 7°C /S，此时对应的温度TVmax为732. 1°C，可见淬火剂介质在高温阶段 有高的冷却速度，这样有利于使晶粒细小，提高工件性能。请同时参见曲线1和曲线2，当冷 却到300°C时的冷却速度为21. O0C /S，从850°C冷却到600°C的时间为2. 8S、冷却到400°C的时间为6. 6S、冷却到200°C的时间为19. 5S，可见本实施例提供的淬火介质在400°C以下 的低温阶段冷却速度变慢，冷却时间变长，因此可以减小工件的内应力，防止工件开裂。
使用本实施例提供的淬火剂对厚度为20mm的GCrl5钢板进行淬火，淬火加热温度 为860°C，测量GCrl5钢板的硬度为HRC61，无开裂现象，淬火后在160°C低温回火达到技术要求。
本发明所提供的水性淬火剂与市售水基PAG(聚醚类)产品相比，冷却性能更加合 理，高温冷却速度快，能提高工件性能，低温冷却速度缓慢，可防止工件开裂和变形；不燃， 使用安全；可生物降解，不污染环境，原料可再生。
以上对本发明所提供的可生物降解水性淬火剂及其制备方法进行了详细介绍。本 文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于 帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落 入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种水性淬火剂，其特征在于，包括以下重量百分比的成份 明胶0. 2% ；三乙醇胺0. 0. 5% ； 苯甲酸钠0. 02% 0. 1% ； 消泡剂0. 005% 0. 05% ； 杀菌剂0. 05% 0. 2% ； 余量水。
2.根据权利要求1所述的水性淬火剂，其特征在于，包括以下重量百分比的成份 明胶:0.4% 1. 2% ；三乙醇胺0. 2% 0.4% ； 苯甲酸钠0. 04% 0. 08% ； 消泡剂0. 01% 0. 04% ； 杀菌剂0. 08% 0. 16% ； 余量水。
3.根据权利要求1或2所述的水性淬火剂，其特征在于，所述消泡剂为硅类消泡剂。
4.根据权利要求1或2所述的水性淬火剂，其特征在于，所述杀菌剂为5-氯-2-甲 基-4-异噻唑啉-3-酮。
5.根据权利要求1或2所述的水性淬火剂，其特征在于，所述水为去离子水。
6.一种水性淬火剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a)向水中加入明胶、三乙醇胺和苯甲酸钠，搅拌；b)再向得到的混合物中加入消泡剂和杀菌剂，搅拌，得到产品；各成份的重量百分比为明胶0. 1 % 2%，三乙醇胺0. 1 % 0. 5%，苯甲酸钠0. 02% 0.1%,消泡剂0. 005% 0. 05%，杀菌剂0. 05% 0. 2%，余量水。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述各成份的重量百分比为明胶 0. 4% 1. 2 %，三乙醇胺0. 2% 0. 4 %，苯甲酸钠0. 04% 0. 08%，消泡剂0. 01% 0. 04%，杀菌剂0. 08% 0. 16%，余量水。
全文摘要
本发明提供了一种可生物降解水性淬火剂，包括以下重量百分比的成份明胶0.1％～2％，三乙醇胺0.1％～0.5％，苯甲酸钠0.02％～0.1％，消泡剂0.005％～0.05％，杀菌剂0.05％～0.2％，余量水。本发明的水性淬火剂以明胶为增稠剂，可生物降解，成本低并可再生，可以节约不可再生的石油资源；进行淬火时，在400℃以上的高温阶段冷却速度较大，因此可以使得到的工件晶粒细小，提高工件的性能，在300℃附近的低温阶段冷却速度较慢，相当于快速淬火油，因此可以防止在工件内部形成较大的内应力，从而达到防止工件开裂和减小变形的目的，可以完全替代由聚醚增稠剂调制的水性淬火剂。
文档编号C21D1/60GK102041364SQ20111000428
公开日2011年5月4日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者冀东, 李娟 , 李志伟, 祝存亮, 郑艳, 齐仕全 申请人:山东卡松科技有限公司