水溶性聚合物淬火介质的种类

发布时间:2012-4-29 9:09:31
迄今为止,人们已掌握了大量的天然及合成聚合物,但其中可以作为淬火介质的并不多,表1列出了一些聚合物的种类。在我国得到实际应用的只有聚乙烯醇( PVA)聚醚、聚烷撑乙二醇( PAG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等少数几种,目前,使用量最大的是聚烷撑乙二醇( PAG)。 聚合物淬火介质可以进一步分为逆溶性和非逆溶性两类(表2)两者共同之处是都在工件表面高温作用下形成聚合物膜,区别则在于: ①逆溶性聚合物(PAG,PEOX等)。在工件的高温表面附近,液温超过聚合物的逆溶点(浊点)时,聚合物从溶液中脱溶(沉淀)出来,在工件表面形成聚合物膜;
  ②非逆溶性聚合物(PVP等)。在工件的高温表面附近,聚合物溶液迅速蒸发,形成向气——液界面递增的浓度梯度,并随着浓度的进一步增高而在工件表面形成聚合物膜。
表1:主要水溶性聚合物淬火介质
水溶性聚合物 种类 聚合物淬火介质
天然聚合物
半合成聚合物 改性纤维素
改性淀粉
合成聚合物 聚乙烯醇( PVA)
聚烷撑乙二醇( PAG)
聚乙烯吡咯烷酮( PVP)
聚丙烯酰胺( PAM)
聚乙烯恶唑啉( PEOX)
聚异丁烯顺丁烯二酸钠( PMI)
聚乙二醇( PEG)
聚丙烯酸钠( PAS)
表2:两种不同类型聚合物比较
逆溶性聚合物淬火介质 非逆溶性聚合物淬火介质
有逆溶点(60一70℃) 无逆溶点
生成非连续膜,膜强度较低 生成连续膜,膜强度较高
300℃冷速较高 300℃冷速较低
淬火后聚合物回溶到溶液中 淬火后工件上残留少量聚合物
冷却性能更接近于水 冷却性能更接近于油
(1)聚乙烯醇(PVA):优点是使用浓度低,成本低,使用方便。所以,国内外在感应加热淬火冷却上目前仍然有一些应用。缺点是冷却能力随浓度变化敏感,浓度控制难度较大;聚合物层不能再溶解,随工件带出较多,易老化变质,产生糊状物(堵塞喷孔)。 (2)聚烷撑乙二醇(PAG):PAG淬火液是目前应用最多的一种有逆溶性的聚合物淬火介质。通常用浊点(一般在60-90℃)来衡量其逆溶性。根据其分子量和分子量分布情况,又可以进一步分为一类和二类两种。长期使用中性能稳定。 (3)聚乙烯吡咯烷酮( PVP):无逆溶性聚合物淬火介质。其冷却特性更接近于油,使用浓度一般较聚烷撑乙二醇低,易于管理,且化学耗氧量低。是取代淬火油的理想选择。近年来其应用范围不断扩大,是一种很有发展前途的聚合物淬火介质。 (4)聚丙烯酰胺(PAM):无逆溶性聚合物淬火介质。缺点是其化学耗氧量高,对环境冲击较大。 (5)聚乙烯恶唑啉(PEOX):逆溶性聚合物淬火介质。目前国内使用较少,黏度低,工件带出量少。易被生物分解,有利于环境保护。具有一定的发展潜力。 (6)聚异丁烯顺丁烯二酸钠( PMI):逆溶性聚合物淬火介质,可用于喷淋和浸淬。在500℃以下形成聚合物膜。 (7)聚乙二醇(PEG):与聚烷撑乙二醇类似,但无逆溶性。缺点是冷速对浓度和液温较为敏感。 (8)聚丙烯酸钠(PAS):阳离子型聚合物淬火介质。加热时不易分解,在热工件上不易生成聚合物膜,其冷速的控制因素是分子量和水溶液的黏度,冷速较慢。缺点是对水硬度敏感,浓度管理困难。 (9)改性纤维素:非逆溶性改性天然聚合物。常用的有羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等,其冷速可以调整到接近于淬火油。缺点是溶解速度慢,浓度测量和控制不便。目前应用较少。 本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书
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