一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制作方法

本发明属于淬火剂技术领域，更具体地，本发明涉及一种高铬铸铁环保型水基淬火剂。

背景技术：

淬火是将金属工件加热到相变温度以上，保温后在淬火介质中急剧冷却得到马氏体组织的过程。通过淬火工艺，能达到提高或调整工件的硬度以及耐磨性等目的。

淬火剂是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。淬火剂主要用于各类碳素钢，低合金结构钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢制工件做增体浸淬和感应加热淬火。当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时，液体有机聚合物会在金属表面沉积，形成一层薄膜，可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却。

目前，使用淬火剂时工件很容易淬裂，造成巨大的浪费，同时还造成环境污染，而且在使用中，有机物溶液遇热后会加速老化，使其冷却特性发生改变，如不及时更换，将使热处理产品质量下降，甚至不合格，淬火剂更换频繁，成本高效率低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，包括如下组分：聚丙烯酰胺、硫酸钠、亚硝酸钠、水。

作为一种优选的技术方案，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺15-40份、硫酸钠0.5-5份、亚硝酸钠0.5-5份、水60-90份。

作为一种优选的技术方案，所述聚丙烯酰胺包括改性聚丙烯酰胺共聚物。

作为一种优选的技术方案，所述聚丙烯酰胺共聚物包括1-6wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

作为一种优选的技术方案，所述改性聚丙烯酰胺共聚物的制备原料包括丙烯酰胺单体、水溶性改性单体。

作为一种优选的技术方案，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯。

作为一种优选的技术方案，所述季胺类丙烯酸酯选自丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、n,n-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯和/或乙基丙烯酸苯酯。

作为一种优选的技术方案，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸苯酯。

本发明第二个方面提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：

(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至30-40℃即可；

(2)之后加入亚硝酸钠、硫酸钠，充分搅拌均匀至完全溶解；

(3)逐步加入原材料聚丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀后，趁热出料，包装。

有益效果：本发明所提供的淬火剂冷却速度分布合理，冷却均匀性好，且能有效保证工件内部组织的均匀一致性和性能的均一性，淬透性强，硬度高并且均匀，不淬裂，使用量少，可减少贵金属的加入量，降低原材料的生产成本，适用于高铬铸铁和部分高中碳耐磨钢零件的淬火处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：实施例5的冷却性能测试图

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。

本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，包括如下组分：聚丙烯酰胺、硫酸钠、亚硝酸钠、水。

作为一种优选的技术方案，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺15-40份、硫酸钠0.5-5份、亚硝酸钠0.5-5份、水60-90份。

本发明所述聚丙烯酰胺(pam)是一种线型高分子聚合物，是由丙烯酰胺(am)单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性。

在一种优选的实施方式中，所述聚丙烯酰胺包括改性聚丙烯酰胺共聚物。

在一种更优选的实施方式中，所述聚丙烯酰胺共聚物包括1-6wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

发明人在研究中发现聚丙烯酰胺加入配方中时，其在工件表面形成蒸汽膜，且蒸汽膜的厚度随着工件热量散发逐渐变厚，所以为了提高冷却速度，在配方中加入少量硫酸钠作为气泡的形核中心，促使蒸汽膜能够破裂，因此对硫酸钠与聚丙烯酰胺的重量比应控制在一定范围内，以保证淬火工件不会因为在淬火过程中的热应力和组织应力导致的变形开裂，但是不可避免的会引起工件的腐蚀，所以本发明在聚丙烯酰胺中加入少量所述的改性聚丙烯酰胺，发明人认为在大量的酰胺基团的氢键作用，其有效连接硬段，同时柔软的分子链提供足够的链段运动，随着在温度变化下，氢键缔合的程度的变化，不仅减少了聚合物在高温分解时粘附在工件表面被带出的可能，还进一步增大了水溶液的粘度，增大蒸汽膜的温度范围，从而降低特性温度，控制其在较快的冷却速度下工件表面完整，此外还因为分子链的吸附作用进一步改善了防锈性能。

在一种优选的实施方式中，所述改性聚丙烯酰胺共聚物的制备原料包括丙烯酰胺单体、水溶性改性单体。

在一种优选的实施方式中，所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤包括：将丙烯酰胺单体与水溶性改性单体按照质量比为1：(5-10)溶于去离子水中，并加入装有搅拌子、通气管、冷凝管以及温度计的三口烧瓶中，控制单体总浓度为5wt％，加入单体总重量3％的引发剂k2s2o8，搅拌混合均匀后，向溶液中加入naoh中和丙烯酸，随后通氮气30min后，加热至50℃开始反应，反应7h后，加入无水乙醇将共聚物进行沉淀，置于于50℃下真空干燥6h后干燥、备用。

在一种优选的实施方式中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯。

在一种更优选的实施方式中，所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：(0.3-0.6)：(0.1-0.3)。

在一种更优选的实施方式中，所述季胺类丙烯酸酯选自丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、n,n-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种。

在一种更优选的实施方式中，所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯和/或乙基丙烯酸苯酯。

在一种更优选的实施方式中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸苯酯。

发明人在研究的过程中发现在当改性聚丙烯酰胺共聚物占聚丙烯酰胺的总重量比的1-6％时，能在既保证冷却速度快的前提下，调节到所需要的特性温度。发明人认为随着改性聚丙烯酰胺浓度的增大，特性温度降低，最大冷却速度降低，在聚丙烯酰胺浓度不变时，而聚丙烯酰胺占比越大，特性温度越高，最大冷却速度越快，因此使其在合理的范围内，保证了较快的冷却速度，此外，也由于两者之间的物理交联也使得在高温下和在低温下蒸汽膜厚的不同，在淬火时能保护工件。

本发明第二个方面提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：

(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至30-40℃即可；

(2)之后加入亚硝酸钠、硫酸钠，充分搅拌均匀至完全溶解；

(3)逐步加入原材料聚丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀后，趁热出料，包装。

下面通过实施例对本发明进行具体描述，另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

实施例

实施例1

实施例1提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺15份、硫酸钠0.5份、亚硝酸钠0.5份、水60份。

所述聚丙烯酰胺包括1wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤包括：将丙烯酰胺单体与水溶性改性单体按照质量比为1：9.6溶于去离子水中，并加入装有搅拌子、通气管、冷凝管以及温度计的三口烧瓶中，控制单体总浓度为5wt％，加入单体总重量3％的引发剂k2s2o8，搅拌混合均匀后，向溶液中加入naoh中和丙烯酸，随后通氮气30min后，加热至50℃开始反应，反应7h后，加入无水乙醇将共聚物进行沉淀，置于50℃下真空干燥6h后干燥、备用；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.3：0.1；所述季胺类丙烯酸酯为丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：

(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至30-40℃即可；

(2)之后加入亚硝酸钠、硫酸钠，充分搅拌均匀至完全溶解；

(3)逐步加入原材料聚丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀后，趁热出料，包装。

实施例2

实施例2提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺40份、硫酸钠5份、亚硝酸钠5份、水90份。

所述聚丙烯酰胺包括6wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.6：0.3；所述季胺类丙烯酸酯为丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例3

实施例3提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺20份、硫酸钠2份、亚硝酸钠1份、水70份。

所述聚丙烯酰胺包括2wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.5：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为n,n-二甲基丙烯酰胺；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例4

实施例4提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺30份、硫酸钠3份、亚硝酸钠1份、水80份。

所述聚丙烯酰胺包括4wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.6：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为乙基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例5

实施例5提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括3.5wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.4：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例6

实施例6提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括0wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例7

实施例7提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括3.5wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.01：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例8

实施例8提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括3.5wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：4：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例9

实施例9提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括3.5wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.4：0.01；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例10

实施例10提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括3.5wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.4：3；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

实施例11

实施例11提供了一种高铬铸铁环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚丙烯酰胺22份、硫酸钠1份、亚硝酸钠1份、水76份。

所述聚丙烯酰胺包括20wt％改性聚丙烯酰胺共聚物。

所述改性聚丙烯酰胺共聚物的合成步骤同实施例1；

其中，所述水溶性改性单体包括丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯；所述丙烯酸、季胺类丙烯酸酯、丙烯酸苯酯的摩尔比为1：0.4：0.2；所述季胺类丙烯酸酯为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述丙烯酸苯酯为甲基丙烯酸苯酯。

一种高铬铸铁环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。

性能评价

1.表面硬度：将实施例的淬火剂对厚度为80mm的40cr钢板进行淬火，淬火加热温度为800℃，淬火后测量40cr钢板的硬度，观测是否有裂纹出现。

2.冷却曲线测试：将实施例5的淬火剂按照iso9950标准进行测试，得到冷却性能测试图。

表1