一种高生物降解率的淬火油及其制备方法与应用

1.本发明涉及一种高生物降解率的淬火油及其制备方法与应用，属于淬火油技术领域。


背景技术：

2.淬火工艺在机械行业中应用广泛，通过淬火使得材料形成完全或主要的马氏体组织，提高钢构件的硬度、耐磨性、使用寿命。该工艺包括一个初始加热阶段(温度在850到900℃之间，取决于钢材)，以促进均匀奥氏体的形成，保温一定时间形成完全的奥氏体组织后将工件快速冷却到室温。这一冷却步骤通常是通过浸泡在液体浴中来完成的，例如盐水、水或油。目前，油是工业界中最常用的淬火介质。淬火油一般由基础油与添加剂构成，任何淬火油产品都是根据其应用确定基础油和添加剂的种类和比例，通常由90％以上的基础油和10％左右的添加剂组成。
3.现有的油基淬火介质产品中，绝大部分淬火油产品的基础油主要成分为石油烷烃，随着石油资源日益枯竭，原油成本逐渐升高，开发易于处理降解的新型环境友好型淬火介质需求迫切。植物油作为一种便宜易得、无毒无害、可再生同时生物降解性较好的原料，作为淬火介质基础油具有较大的潜力。与矿物油相比，植物基淬火油通常展现出较为优异的性能：高闪点，高粘度指数(vi)和低蒸发损失，但现有的植物油主要供应食品工业，成本较高，且热稳定性与抗氧化性能较差，作为淬火介质使用时工作寿命较短、稳定性差。因此，需要进行合适的化学改性以提升其使用性能。
4.三羟甲基丙烷脂肪酸三酯一般作为润滑油使用，是传统润滑油的替代品。在相关研究中，三羟甲基丙烷脂肪酸三酯具有较好的生物亲和性、自然毒性小、自然降解率高，相比于传统石化产品更为绿色环保，且其热稳定性与抗氧化能力也得到提升，具有替代传统石化烷烃，应用于淬火油等产品的技术潜力。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高生物降解率的淬火油及其制备方法与应用。
6.为了实现上述目的，本发明采用的一种高生物降解率的淬火油，按质量份计，包括以下原料：三羟甲基丙烷脂肪酸三酯80-90份，天然抗氧化剂1-10份，粘度调节剂5-20份，除菌剂1-2份；
7.所述三羟甲基丙烷脂肪酸三酯采用三羟甲基丙烷油酸三酯、三羟甲基丙烷棕榈酸三酯、三羟甲基丙烷硬脂酸三酯、三羟甲基丙烷棕榈油酸三酯、三羟甲基丙烷月桂酸三酯、三羟甲基丙烷亚油酸三酯中的一种或多种的混合。
8.作为改进的，所述天然抗氧化剂采用维生素e、茶多酚的一种或两者混合。
9.作为改进的，所述粘度调节剂采用环氧大豆油、环氧蓖麻油的一种或两者混合。
10.作为改进的，所述除菌剂采用大蒜精油、大蒜素的一种。
11.另外，本发明还提供了一种所述高生物降解率的淬火油的制备方法，包括以下步骤：
12.(1)将三羟甲基丙烷脂肪酸三酯加入到反应釜中，加热至60℃后，加入天然抗氧化剂搅拌20-30分钟；
13.(2)向反应釜中加入粘度调节剂继续搅拌30-40min；
14.(3)向反应釜中加入除菌剂并停止加热，继续搅拌至冷却到室温后，停止搅拌得淬火油。
15.最后，本发明还提供了一种所述高生物降解率的淬火油在金属材料淬火中的应用。
16.与现有技术相比，本发明采用了更为绿色环保、更易在自然条件下分解的三羟甲基丙烷脂肪酸三酯作为淬火介质基础油的主要成分，并通过添加可有效溶解于介质体系的天然抗氧化剂与粘度调节剂，增强了淬火油在高温下的稳定性与抗氧化性，并改善了淬火冷却性能，得到更好的工艺性能；添加大蒜素或大蒜精油作为天然除菌剂，延长了淬火油的保存时间。由于三羟甲基丙烷脂肪酸三酯及本发明的其它成分均为天然生物质或生物质制品，均具有较好的生物降解性，因此本发明主要成分能够在自然条件下自行生物降解，显著减少了热处理行业淬火油对生态环境的破坏与危害。
附图说明
17.图1为本发明实施例1制得淬火油的冷却速率曲线图；
18.图2为本发明实施例1的淬火油用于金属试样淬火的金相显微图；
19.图3为本发明实施例1淬火后试样截面的硬度梯度曲线。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
22.实施例1
23.一种高生物降解率的淬火油的制备方法，按质量份计，包括以下步骤：
24.(1)将三羟甲基丙烷油酸三酯85份加入到反应釜中，加热至60℃后，加入抗氧化剂维生素e 4份搅拌20分钟；
25.(2)向反应釜中加入粘度调节剂环氧大豆油10份继续搅拌40分钟；
26.(3)向反应釜中加入除菌剂大蒜精油1份，并停止加热，继续搅拌至冷却到室温后，停止搅拌得淬火油。
27.实施例1制得淬火油的相关性能如下表1：
28.表1实施例1的淬火油性能
[0029][0030]
另外，实施例1制得的淬火油的60℃冷却速率曲线如图1所示，分析可知，其最大冷速达到107.0℃/s，具有足够的冷却速率使材料转变度过珠光体转变温度区域。同时，该淬火油的冷却曲线未出现高温阶段的蒸汽膜冷速平台，该淬火油的300℃冷却速率为8.3℃/s，具有良好的低温冷却速率，避免在低温区域马氏体转变时期材料发生开裂，满足了常规淬火油的使用要求。
[0031]
实施例2
[0032]
一种高生物降解率的淬火油的制备方法，按质量份计，包括以下步骤：
[0033]
(1)将三羟甲基丙烷脂肪酸三酯混合物90份加入到反应釜中，加热至60℃后，加入抗氧化剂茶多酚4份搅拌20分钟；其中，所述三羟甲基丙烷脂肪酸三酯混合物由三羟甲基丙烷棕榈油酸三酯15份、三羟甲基丙烷硬脂酸三酯5份、三羟甲基丙烷油酸三酯40份、三羟甲基丙烷亚油酸三酯30份组成；
[0034]
(2)向反应釜中加入粘度调节剂环氧大豆油5份继续搅拌30分钟；
[0035]
(3)向反应釜中加入除菌剂大蒜精油1份，并停止加热，继续搅拌至淬火油冷却到室温后停止搅拌。
[0036]
实施例2制得淬火油的相关性能如下表2：
[0037]
表2实施例2的淬火油性能
[0038][0039]
实施例3
[0040]
一种高生物降解率的淬火油的制备方法，按质量份计，包括以下步骤：
[0041]
(1)将三羟甲基丙烷脂肪酸三酯混合物80份加入到反应釜中，加热至60℃后，加入抗氧化剂茶多酚10份搅拌20分钟；所述三羟甲基丙烷脂肪酸三酯混合物由三羟甲基丙烷棕榈油酸三酯11份、三羟甲基丙烷硬脂酸三酯4份、三羟甲基丙烷油酸三酯25份、三羟甲基丙
烷亚油酸三酯50份组成；
[0042]
(2)向反应釜中加入粘度调节剂环氧大豆油9份，继续搅拌30分钟；
[0043]
(3)向反应釜中加入除菌剂大蒜精油1份，并停止加热，继续搅拌至淬火油冷却到室温后停止搅拌。
[0044]
实施例3制得淬火油的相关性能如下表3：
[0045]
表3实施例3的淬火油性能
[0046][0047]
实施例4
[0048]
将实施例1制得的淬火油用于40crnimo钢圆棒的淬火强化中，淬火后沿径向对钢棒进行线切割，打磨抛光拍摄截面处的金相照片，如图2所示，可以看到金相生成了较为明显的马氏体与贝氏体组织。同时，在钢棒截面进行显微硬度梯度测试，测试结果如图3所示，淬火前圆钢棒表面显微硬度为220hv，可以看出圆棒从圆心到边缘截面均得到了较好的硬度提升，表明实施例1的淬火油能满足钢铁材料的淬火需要。
[0049]
本发明采用三羟甲基丙烷脂肪酸三酯作为淬火介质基础油，具有良好的生物亲和性，有效提升了淬火油的生物降解率，降低了淬火油的环境危害。三羟甲基丙烷脂肪酸三酯具有同植物油三酯类似的粘度和蒸汽压，淬火时产生更小的淬火应力、表面硬化更加均匀。同时相比植物油，其具有更好的热稳定性，有效提升了淬火油的工作寿命，配合加入的抗氧化剂较好地提升了淬火油的氧化安定性。作为矿物油的替代品使用，具有良好的发展潜力。
[0050]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。