新型聚合物：安全淬火介質(zhì)將成為石油產(chǎn)品的替代品

德國福斯油品集團(tuán)供稿

據(jù)近期的新聞報道，由于許多工業(yè)爆炸和起火，造成大量機(jī)器的操作人員傷亡，釀成慘劇。油性淬火系統(tǒng)是常暴露于表面溫度非常高的工件，使得目前許多使用大型油槽的工廠正在積極尋找水性的淬火介質(zhì)，而使用含有聚合物的淬火介質(zhì)用于高溫金屬的熱處理更為安全，從而可以降低工人在易燃油槽旁工作的危險。水性淬火介質(zhì)產(chǎn)品的優(yōu)勢在于不易燃、低油霧、降低車間污染和節(jié)約資源。出于這種原因，含有聚合物的水性淬火介質(zhì)已成為福斯發(fā)展的方向。新一代的水性淬火油，有著適中的冷卻速率、較低濃度和更好的經(jīng)濟(jì)性，適用于傳統(tǒng)的淬火工藝。

1.現(xiàn)有的淬火介質(zhì)

目前市場上大多數(shù)的水溶性的淬火介質(zhì)都是基于PAG和PVP，這兩種聚合物的使用都可以降低僅使用水時的冷卻速度。這樣，可以避免由于驟冷而造成金屬爆裂或變脆。熱的工件表面形成的蒸氣膜會降低成形加工的冷卻速度。含有不同聚合物的淬火液，會形成不同的蒸汽膜，具有不同的淬火特點(diǎn)。

（1）聚醚/聚烷氧基醇PAG，含PAG聚合物的淬火介質(zhì)的逆溶點(diǎn)是63～85℃，在此溫度中間液體會出現(xiàn)白色絮狀物。保持較高濃度，可形成穩(wěn)定的蒸汽膜（或產(chǎn)品懸浮膜），見圖1。在馬氏體形成的溫度區(qū)間內(nèi)，極限的淬火速率是200～350℃。

（2）聚乙烯基吡咯烷酮PVP，含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)，有著更為穩(wěn)定的蒸汽膜，更適宜的冷卻速度和更適宜的形成馬氏體溫度范圍。且冷卻速度與使用淬火油類似，見圖2，因此在許多情況下，含PVP聚合物的淬火介質(zhì)可以代替淬火油，并具有更好的安全性。

2.聚合物的濃度對于淬火油性能的影響

隨著淬火溶液中濃度的增加，溶液的冷卻能力明顯下降。通過影響蒸汽膜沸騰階段和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時的淬火特質(zhì)來實現(xiàn)降低淬火速率，圖3的淬火曲線是兩種聚合物在不同濃度下的冷卻曲線，圖3a是自來水、液體循環(huán)溫度35℃，圖3自來水循環(huán)。

3.聚合物的溫度對于淬火油性能的影響

提高流體溫度可以顯著降低聚合物溶液的冷卻速率，淬火溶液的溫度和冷卻性能有一定關(guān)系。含有PAG的淬火油，由于有較低的溶解度，溫度范圍十分有限，一般的應(yīng)用溫度范圍為25～40℃。

另外一方面，PVP聚合物可以應(yīng)用于較寬溫度范圍。如圖3所示，這些產(chǎn)品可以應(yīng)用到70℃的溫度。

圖1 PAG 膜沸騰階段（20%濃度）

圖2 PVP膜沸騰階段

4.急需含有新型聚合物淬火介質(zhì)代替現(xiàn)有淬火油

在低溫條件下，含有PVP的聚合物淬火介質(zhì)表現(xiàn)出來適宜的冷卻速度，通常僅適用于油淬火的材料。由于一般的含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)存在蒸汽膜，在處理高合金材料時，需要較高的濃度。這將使得含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)成本更高，同時在淬火后的工件表面有淬火劑殘留。如果含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)的蒸汽膜破裂，也會引起不均勻的冷卻及工件在水溶性溶液中的劇烈反應(yīng)?；谝陨显颍覀冮_發(fā)出了新一代的含聚合物淬火產(chǎn)品。

5.新一代含聚合物淬火油

福斯開發(fā)了新一代的含聚合物的淬火油，來代替與含PVP聚合物類似品質(zhì)的淬火油產(chǎn)品。由于進(jìn)行了一些改進(jìn)，消除了之前PVP產(chǎn)品的缺點(diǎn)。測試結(jié)果表明本產(chǎn)品系列產(chǎn)品彌補(bǔ)了水溶性PAG產(chǎn)品冷卻性能與高性能淬火油之間的空缺。由于使用這類新型聚合物介質(zhì)，現(xiàn)在可以在濃度為5%～7%的情況下來處理高合金材料。其積極的作用包括大大降低聚合物的沉淀，降低析出損耗，從而為客戶節(jié)約大量成本。甚至不同的濃度，還可以適用于工具鋼。

（1）福斯 THERMISOL QZS 系列產(chǎn)品，既安全又環(huán)保，可替代低粘度的淬火油使用。

（2）THERMISOL QZS 該系列產(chǎn)品可在材料表面形成能改善純水及控制材料冷卻速度的強(qiáng)油膜。

（3）該產(chǎn)品屬于環(huán)保類產(chǎn)品，不含亞硝酸鹽、酚類和殺菌劑，具有低泡沫性特性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

6.應(yīng)用范圍

Thermisol QZS 系列拓寬了更廣的應(yīng)用范圍。在包括感應(yīng)淬火的熱處理方式中，可加工的材料從非合金（如機(jī)鋼和滲碳鋼）到高合金（如工具鋼），應(yīng)用如圖4所示。福斯的產(chǎn)品不僅用于各種鋼材料的淬火，也可用于鋁合金材料的淬火。速率和生成的硬度取決于濃度，典型濃度為5%～15%。

圖3 冷卻曲線圖

圖4