水溶性聚合物淬火介質的種類

發布時間：2012-4-29 9:09:31

迄今為止，人們已掌握了大量的天然及合成聚合物，但其中可以作為淬火介質的并不多，表1列出了一些聚合物的種類。在我國得到實際應用的只有聚乙烯醇( PVA)聚醚、聚烷撐乙二醇( PAG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等少數幾種，目前，使用量最大的是聚烷撐乙二醇( PAG)。聚合物淬火介質可以進一步分為逆溶性和非逆溶性兩類（表2）兩者共同之處是都在工件表面高溫作用下形成聚合物膜，區別則在于： ①逆溶性聚合物（PAG,PEOX等）。在工件的高溫表面附近，液溫超過聚合物的逆溶點（濁點）時，聚合物從溶液中脫溶（沉淀）出來，在工件表面形成聚合物膜；
　　②非逆溶性聚合物（PVP等）。在工件的高溫表面附近，聚合物溶液迅速蒸發，形成向氣——液界面遞增的濃度梯度，并隨著濃度的進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質

水溶性聚合物	種類	聚合物淬火介質
	天然聚合物
	半合成聚合物	改性纖維素
	半合成聚合物	改性淀粉
	合成聚合物	聚乙烯醇( PVA)
		聚烷撐乙二醇( PAG)
		聚乙烯吡咯烷酮( PVP)
		聚丙烯酰胺( PAM)
		聚乙烯惡唑啉( PEOX)
		聚異丁烯順丁烯二酸鈉( PMI)
		聚乙二醇( PEG)
		聚丙烯酸鈉( PAS)

表2：兩種不同類型聚合物比較

逆溶性聚合物淬火介質	非逆溶性聚合物淬火介質
有逆溶點（60一70℃）	無逆溶點
生成非連續膜，膜強度較低	生成連續膜，膜強度較高
300℃冷速較高	300℃冷速較低
淬火后聚合物回溶到溶液中	淬火后工件上殘留少量聚合物
冷卻性能更接近于水	冷卻性能更接近于油

(1)聚乙烯醇(PVA)：優點是使用濃度低，成本低，使用方便。所以，國內外在感應加熱淬火冷卻上目前仍然有一些應用。缺點是冷卻能力隨濃度變化敏感，濃度控制難度較大；聚合物層不能再溶解，隨工件帶出較多，易老化變質，產生糊狀物（堵塞噴孔）。 (2)聚烷撐乙二醇(PAG)：PAG淬火液是目前應用最多的一種有逆溶性的聚合物淬火介質。通常用濁點（一般在60-90℃）來衡量其逆溶性。根據其分子量和分子量分布情況，又可以進一步分為一類和二類兩種。長期使用中性能穩定。 (3)聚乙烯吡咯烷酮( PVP)：無逆溶性聚合物淬火介質。其冷卻特性更接近于油，使用濃度一般較聚烷撐乙二醇低，易于管理，且化學耗氧量低。是取代淬火油的理想選擇。近年來其應用范圍不斷擴大，是一種很有發展前途的聚合物淬火介質。 (4)聚丙烯酰胺(PAM)：無逆溶性聚合物淬火介質。缺點是其化學耗氧量高，對環境沖擊較大。 (5)聚乙烯惡唑啉(PEOX)：逆溶性聚合物淬火介質。目前國內使用較少，黏度低，工件帶出量少。易被生物分解，有利于環境保護。具有一定的發展潛力。 (6)聚異丁烯順丁烯二酸鈉( PMI)：逆溶性聚合物淬火介質，可用于噴淋和浸淬。在500℃以下形成聚合物膜。 (7)聚乙二醇(PEG)：與聚烷撐乙二醇類似，但無逆溶性。缺點是冷速對濃度和液溫較為敏感。 (8)聚丙烯酸鈉(PAS)：陽離子型聚合物淬火介質。加熱時不易分解，在熱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，冷速較慢。缺點是對水硬度敏感，濃度管理困難。 (9)改性纖維素：非逆溶性改性天然聚合物。常用的有羥乙基纖維素、羧甲基纖維素等，其冷速可以調整到接近于淬火油。缺點是溶解速度慢，濃度測量和控制不便。目前應用較少。本文參考《淬火冷卻技術及淬火介質》一書

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