一种使轴承钢淬火后自发黑的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属热处理与表面处理技术领域，更具体地说，涉及一种使轴承钢淬火后自发黑的方法。
【背景技术】
[0002]金属通常通过热处理的方法来改善金属的强度及金相组织，以获得人们所期望的性质，而淬火介质则是获得高的淬火质量的关键因素之一，常用的淬火介质有盐水、水、矿物油、空气等。发黑是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。现有技术中，淬火与发黑处理是两道不同的工序，由于淬火介质与发黑液的要求不同，很难将热处理与表面发黑处理两道工序完美结合，节约资源。
[0003]经检索，中国专利公开号为CN 102212662A，申请日为2011年6月9日的专利申请文件公开了一种特快速淬火油及其制备方法，该组合物包含以下按重量百分数计的原料:80-97 %的精制矿物油，1-10 %的催冷剂，1-5 %的抗氧剂，1-6 %的阴离子表面活性剂，该精制矿物油在40°C时的运动粘度为6?9mm2/s ;该催冷剂为油性酚醛树脂与聚丁烯的混合物；该抗氧剂为烷基化二苯胺；该阴离子表面活性剂为石油磺酸钠。中国专利公开号为CN102925881A,申请日为2012年11月14日的专利申请文件公开了一种钢铁低中温发黑处理液，该钢铁低中温发黑处理液包括低中温磷化液和填充着色液，其配方是:低中温磷化液，每升中含有磷酸二氢锌30?50克，硝酸锌80?100克，磷酸锰铁盐20?30克，CH添加剂3?6克，pH磷酸调节剂，其量为使溶液pH值为I?3，余量为水；填充着色液，每升中含有水溶性合成树脂丙烯酸酯-醋酸乙烯共聚乳胶10?15克，光亮填充剂2?4克，可溶性有机颜料着色剂，其量根据需要添加，余量为水。
[0004]现有技术中的淬火与发黑处理都是分开进行的，也没有相关研究指出可以将淬火液与发黑液简单混合后同时用于对金属的淬火与表面处理工艺。轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的作用，是各类机械装备的重要基础零部件。轴承的加工制作过程包括切削加工、热处理、表面处理，通常热处理和表面处理无法在一道工序中完成，主要是因为热处理后轴承零件会出现较大变形，而且表面处理工序无法在淬火过程中实现。
【发明内容】
[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有技术中的淬火与发黑处理是分开来进行的，存在资源浪费、效率低等问题，本发明提供了一种使轴承钢淬火后自发黑的方法，采用由精制基础油、催冷复剂、发黑复剂、光亮剂和表面活性剂制备得到的淬火油对轴承钢进行淬火，能使轴承钢类零件(包括轴承套圈、滚子、保持架)淬火后自动发黑，将热处理与表面处理两道工序完美结合，节约资源，提闻时效。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0009]一种使轴承钢淬火后自发黑的方法，其步骤为:
[0010](I)制备淬火油，淬火油的组成成份及各组分质量份数为:精制基础油17-19份，催冷复剂0.2-0.6份，发黑复剂0.1-0.3份，光亮剂0.2-0.5份，表面活性剂1_2份，其中精制基础油的运动粘度28-42mm2/s，倾点< _9°C，酸值< 0.02mgK0H/g ;所述的催冷复剂为聚异丁烯与三元乙丙的混合物，其中聚异丁烯与三元乙丙的质量比为2:1 ;所述的发黑复剂为丙烯酸酯、染色剂与润湿剂的混合物，其中丙烯酸酯、染色剂与润湿剂的质量比为1:2:1 ；
[0011](2)将轴承钢工件加热至900°C以上，保温1.5-2h ；
[0012](3)步骤⑵中保温结束后的轴承钢工件浸入步骤⑴中制备的淬火油中淬火；
[0013](4)当步骤(3)中轴承钢工件的温度降至80-100°C时将其从淬火油中取出，然后进打空冷。
[0014]优选地，所述的步骤(I)中淬火油的组成成份及各组分质量份数为:精制基础油18份，催冷复剂0.3份，发黑复剂0.16份，光亮剂0.3份，表面活性剂1.24份。
[0015]优选地，所述的步骤(I)中表面活性剂为油性酚醛树脂；所述的染色剂为BlackAFR,所述的润湿剂为油溶性氮酮。
[0016]优选地，所述的步骤(I)中淬火油的制备方法为:
[0017](a)按比例称取0.13-0.4份聚异丁烯与0.07_0.2份三元乙丙混合均匀，然后加热至50-65°C，保温l_2h后冷却至室温得到催冷复剂；
[0018](b)按质量份数称取0.025-0.075份丙烯酸酯、0.05-0.15份染色剂与
0.025-0.075份润湿剂混合均匀，得到发黑复剂；
[0019](c)按质量份数称取0.07-0.17份石油磺酸盐与0.13-0.33份二元酸混合均匀，得到光亮剂；
[0020](d)按质量份数称取精制基础油17-19份，然后加入步骤(a)中制备的催冷复剂，常温搅拌30min,形成混合物I ;
[0021](e)按质量份数称取1-2份表面活性剂，然后加入步骤(C)中制备的光亮剂，混合均匀后加热至30-50°C，保温20-30min后，得到混合物2 ；
[0022](f)将步骤(d)中的混合物I与步骤(e)中的混合物2混合均匀，然后加热至30-40°C保温20-25min，得到混合物3 ；
[0023](g)将步骤(b)中的发黑复剂加入到步骤(f)中得到的混合物3中，搅拌45-60min，得到权利要求1中所述的一种能使轴承钢淬火后自发黑的淬火油。
[0024]优选地，所述的步骤(a)中将聚异丁烯与三元乙丙加热至60°C，保温1.5h后冷却至室温得到催冷复剂。
[0025]优选地，所述的步骤(e)中表面活性剂与光亮剂混合均匀后加热至40°C，保温25min后，得到混合物2。
[0026]优选地，所述的步骤(f)中将混合物I混合物2混合均匀，然后加热至40°C保温20min，得到混合物3。
[0027]优选地，所述的步骤(g)中将发黑复剂加热至50°C后加入混合物3中，搅拌55min，得到所述的一种能使轴承钢淬火后自发黑的淬火油。
[0028]3.有益效果
[0029]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0030](I)本发明提供了一种使轴承钢淬火后自发黑的方法，采用由精制基础油、催冷复剂、发黑复剂、光亮剂和表面活性剂制备得到的淬火油，对轴承钢进行淬火，能使轴承钢类零件(包括轴承套圈、滚子、保持架)淬火后自动发黑，将金属的热处理与表面处理两道工序完美结合，可实现轴承钢类零件(包括轴承套圈、滚子、保持架等)淬火后自动发黑，节约资源，提高时效，填补了领域内关于将金属的热处理与表面处理同时进行的研究空白；
[0031](2)本发明中采用的淬火油可使GCrl5轴承钢类零件在淬火刚入油时以65_85°C /s的冷却速度进行冷却，而淬火油中的表面活性发黑制剂吸收零件表面的温度(零件入油温度高达800°C以上)获得较高的能量迅速在零件表面聚集成致密的膜结构，同时零件表面温度在与淬火油对流换热及提供发黑制剂热量后，温度迅速下降，有效越过轴承钢热类零件热处理C曲线的转变点获得理想的微观组织形态；
[0032](3)本发明采用的淬火油能够有效控制轴承钢类零件的淬火变形，获得理想的淬火硬度及金相组织，实现工件需要的机械强度及韧性，并能够实现表面自动发黑的效果，减少热处理后表面再次涂覆防锈处理，节约能源，减少工序，提高效率；
[0033](4)本发明采用的淬火油能在对轴承钢类零件淬火的同时在零件表面形成一层均匀且光泽度好的保护膜，保护膜的致密性和牢固性高，性能稳定；
[0034](5)本发明采用的淬火油组分中的染色剂成分在表面活性剂的作用下能很好的在高温金属表面均匀铺展、润湿，实现淬火与发黑一道工序完成；
[0035](6)本发明中采用的淬火液具有分散性好、热传递性能好、耐储存的优点，避光放置2-3年后，淬火油不会发生团聚等变质现象；所制备的自发黑淬火油的运动粘度为20-65mm2/s,对轴承钢类零件的冷速在65_90°C /s,淬火的同时能在轴承钢类零件表面生成均匀度和光泽度一致的膜层，膜层不粘手，膜层与金属表面的结合力强。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0037]实施例1
[0038]一种使轴承钢淬火后自发黑的方法，其步骤为:
[0039](I)制备淬火油:淬火油的组成成分及各组分质量份数为:精制基础油18份，催冷复剂0.3份，发黑复剂0.16份，光亮剂0.3份，表面活性剂1.24份，其中精制基础油的运动粘度28-42mm2/s，倾点< _9°C，酸值< 0.02mgK0H/g ;催冷复剂为聚异丁烯与三元乙丙的混合物，其中聚异丁烯与三元乙丙的质量比为2:1 ;所述的发黑复剂为丙烯酸酯、染色剂与润湿剂的混合物，其中丙烯酸酯、染色剂(Black AFR,巴斯夫公司生产的油性着色剂)与润湿剂(油溶性氮酮)的质量比为1:2:1 ;所述的光亮剂为石油磺酸盐与二元酸的混合物，其中石油磺酸盐与二元酸的质量比1:2 ;所述的表面活性剂为油性酚醛树脂；
[0040](2)将轴承钢工件(轴承套圈，公称外径尺寸为60mm)加热至900°C，保温2h ；
[0041](3)步骤⑵中保温结束后的轴承钢工件浸入步骤⑴中制备的淬火油中淬火；
[0042](4)当步骤(3)中轴承钢工件的温度降至80°C时将其从淬火油中取出，然后进行空冷。
[0043]上述步骤⑴中淬火油的制备步骤为:
[0044](a)按质量份数称取0.2份聚异丁烯与0.1份三元乙丙混合均匀，然后加热至60°C，保温1.5h后冷却至室温得到催冷复剂；
[0045](b)按质量份数称取0.04份丙烯酸酯、0.08份Black AFR与0.04份油溶性氮酮混合均匀，得到发黑复剂；
[0046](c)按质量份数称取0.1份石油磺酸盐与0.2份二元酸混合均匀，得到光亮剂；
[0047](d)按质量份数称取精制基础油(巴斯夫公司生产)18份，然后加入步骤(a)中制备的催冷复剂，常温搅拌30min，形成混合物I ;
[0048](e)按质量份数称取1.24份表面活性剂，然后加入步骤(C)中制备的光亮剂，混合均匀后加热至40°C，保温25min后，得到混合物2 ；
[0049](f)将步骤(d)中的混合物I与步骤(e)中的混合物2混合均匀，然后加热至40V保温25min，得到混合物3 ；
[0050](g)将步骤(b)中的发黑复剂加热至50°C后加入到步骤(f)中得到的混合物3中，搅拌55min,得到上述的淬火油。
[0051 ] 本实施例的淬火油对轴承钢工件(轴承套圈)淬火后在轴承钢工件表面形成一层膜层，使淬火后的轴承钢工件具有理想的微观组织形态，获得理想的淬火硬度及金相组织，实现工件需要的机械强度及韧性；同时在轴承钢类零件表面形成致密的膜结构，实现