水性骤冷介质及其在对金属基材进行骤冷中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种用于使金属基材骤冷的水性介质，其包含（ｉ）聚乙烯基吡咯烷酮／聚乙烯基己内酰胺共聚物和（ｉｉ）一种或多种选自下组的第二聚合物：（ａ）取代的噁唑啉聚合物，（ｂ）聚（氧乙烯氧化烯）二醇或（ｃ）聚乙烯基吡咯烷酮聚合物。骤冷浴能够减小通过马氏体温度范围的冷却速率。本发明专利技术还提供使用这些骤冷介质对金属基材进行骤冷的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水性骤冷介质及其在对金属基材进行骤冷中的应用
技术介绍
本专利技术涉及水性骤冷介质，以及使用该水性骤冷介质对金属基材进行骤冷的方法。热处理金属基材的各种方法是已知的，包括将金属基材加热到较高的温度，然后 冷却。冷却步骤，在本领域中也称为“骤冷”，通常通过将热金属基材浸没到液体骤冷介质如 骤冷浴中而快速地进行并完成，所述骤冷介质通常是水或油。 当骤冷介质仅仅是水时，发生金属基材的非常快速的冷却。快速冷却不适用于多 种钢，这是因为快速冷却往往产生过度的应变，使钢材弯曲和出现裂纹。当骤冷介质是烃类 油时，冷却的速度较慢。这样能使金属基材具有一些所需的物理性质，包括钢的延展性。虽 然用油骤冷提供的较慢的冷却速度可以防止或降低金属基材中过度的应变，但是，这种处 理经常会带来不利的副作用，使金属基材不能得到充分的淬透(hardening)。各种水性介质可用于对金属基材进行骤冷，包括一种或多种聚合物。例如，美国专 利第3，220，893号讨论了一种骤冷介质，该介质包含具有氧乙烯基和高级氧化烯基团的氧 化烯聚合物，这种介质在骤冷过程中在金属基材表面上形成所需的覆盖层。涂布金属的聚 合物层使得骤冷时间较短，从而导致金属基材的内部应力最小化，金属基材的形变最小，使 金属基材具有均勻的淬透性(hardenability)。美国专利第3，902，929,4, 826，545号和RE 34119讨论了含聚乙烯基吡咯烷酮的 水性骤冷介质，美国专利第4，087，290号讨论了一种水性骤冷介质，该介质包含水溶性聚 丙烯酸盐，例如聚丙烯酸钠，该介质在骤冷操作的过程中形成包围金属基材的蒸气覆盖层。通常，基于水性聚合物的骤冷介质包含大量聚合物，例如10-15重量％，在骤冷过 程中发生“拖带(darg out)”，其中最初形成在金属基材周围的聚合物涂层被除去。当发生 拖带时，由于存在固体聚合物，骤冷介质的粘度改变，从而需要附加步骤来清洗骤冷的金属 基材以除去金属基材上存在的任何固体聚合物。在本领域中需要的是能够以类似于油基骤冷介质的速率冷却加热的金属基材的 骤冷介质，所述油基骤冷介质的速率介于油和水之间，同时又能实现最高程度的淬透，而不 会使金属基材弯曲或产生裂纹。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供一种水性骤冷介质，其包含非离子型水溶性或水分散性聚乙 烯基吡咯烷酮/聚乙烯基己内酰胺共聚物；非离子型水溶性或水分散性聚合物，包括(a)取 代的噁唑啉聚合物，(b)聚(氧乙烯氧化烯)二醇聚合物或(c)聚乙烯基吡咯烷酮聚合物 中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供用于热处理金属基材的水性骤冷介质，其包含(i)通式I的 非离子型水溶性或水分散性的取代的乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺共聚物，其中R、η 和m如文中所定义 (ii) 一种或多种选自下组的聚合物(a)通式II的非离子型水溶性或水分散性的取代的噁唑啉聚合物，其中R1和P如文中所定义 (b)通式III的聚氧乙烯/聚氧化烯聚合物，其中R2、χ和y如文中所定义 或(c)通式IV的乙烯基吡咯烷酮聚合物，其中ζ如文中所定义。 另一方面，本专利技术提供对加热的金属基材进行骤冷的方法，该方法包括用一种水 性骤冷介质对加热的金属基材进行骤冷，所述水性骤冷介质包含非离子型水溶性或水分 散性聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙烯基己内酰胺共聚物；非离子型水溶性或水分散性聚合物，包括(a)取代的噁唑啉聚合物，(b)聚(氧乙烯氧化烯)二醇聚合物或(c)聚乙烯基吡咯 烷酮聚合物中的一种或多种。在另一方面，提供用于制备适用于金属基材热处理中的水性骤冷介质的浓缩物， 其包含至少约5重量％的水性骤冷介质的混合物。从下述专利技术详述很容易了解本专利技术的其他方面和优点。专利技术详述本专利技术提供水性骤冷介质，以及使用这些水性骤冷介质对金属基材进行处理的方 法。本专利技术人已经发现，当将金属基材加热到较高的温度时，文中所述的水性骤冷介质可以 有效地使金属基材骤冷，而金属基材不会弯曲或产生裂纹。这些水性骤冷介质对于缓慢冷 却金属基材也是有效的。水性骤冷介质还具有较短的蒸气相，以及在较高温度更明显的延 长的对流阶段。此外，所用的水性骤冷介质所需的废水处理较少，更有利于环保。因此，本 文所述的水性骤冷介质可用于工业中，例如汽车、航天、轴承工业、齿轮工业、以及为了获得 某些特定的性质而实行的金属受控加热和冷却相关的工业，包括水性骤冷介质不能使用或 不那么有效的工业。定义因此，本文中描述的方法和组合物可用于对加热的金属基材进行骤冷。文中使用 的术语“金属基材”指可以被加热然后被冷却的任何商品金属基材。在一个实施方式中，所 述金属基材仅含有一种金属。在另一个实施方式中，所述金属基材包含不止一种金属，即金 属合金。例如，金属基材可包含以下所列中的一种或多种铁、锰、铜、硅、硫、磷、铝、铬、钴、 铌、钼、镍、钛、钨、钒、锆等。可用本专利技术所述的组合物处理的金属的具体例子包括1982年 美国金属学会发表的《热处理指南》(The HeatTreater' s Guide，American Society for Metals, 1982)中所述的那些金属。文中所用的术语“烷基”指直链或支链饱和脂族烃基。在一个实施方式中，烷基具 有1到约10个碳原子(即。(2，03，(；，(5 (；，‘‘仏或；)。在另一个实施方式中，烷基 具有4到约10个碳原子(即C4，C5，C6，C7，C8，C9或C10)。在另一个实施方式中，烷基具有5 到约10个碳原子(即C5，C6，C7，C8，C9或C10)。文中所用的术语“环烷基”指环状的饱和脂族烃基。在一个实施方式中，环烷基具 有4到约10个碳原子(即C4，C5，C6，C7，C8，C9或C10)。在另一个实施方式中，环烷基具有5 到约10个碳原子(即C5，C6，C7，C8，C9或C10)。文中所用的术语“烯基”指具有一个或多个碳碳双键的直链或支链烷基。在一个 实施方式中，烯基具有2到约10个碳原子(即C2，C3，C4，C5 C6，C7，C8，C9或C10)。在另一个 实施方式中，烯基具有4到约10个碳原子(即(^(^，。(^，‘(；或；)。在另一个实施方 式中，烯基具有5到约10个碳原子(即C5，C6，C7，C8，(9或(1(1)。在另一个实施方式中，烯 基具有1或2个碳碳双键。文中所用的术语“环烯基”指具有一个或多个碳碳双键的环状的脂族烃基。在一 个实施方式中，环烯基具有4到约10个碳原子(即‘‘‘‘‘仏或；)。在另一个实 施方式中，环烯基具有5到约10个碳原子(即C5，C6，C7，C8，C9或C10)。文中所用的术语“炔基”指具有一个或多个碳碳三键的直链或支链烷基。在一个 实施方式中，炔基具有2到约10个碳原子(即C2，C3，C4，C5 C6，C7，C8，C9或C10)。在另一个10实施方式中，炔基具有4到约10个碳原子(即(^(^，。(^，‘(；或；)。在另一个实施方 式中，炔基具有5到约10个碳原子(即C5，C6，C7，C8，(9或(1(1)。在另一个实施方式中，炔 基具有1或2个碳碳三键。文中所用的术语“环炔基”指具有一个或多个碳碳三键的环状的脂族烃基。在一 个实施方式中，环炔基具有8到约14个碳原子(即C8，C9，C10, Cn，C12，C13或C14)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对加热的金属基材进行骤冷的方法，该方法包括用一种水性骤冷介质对所述加热的金属基材进行骤冷，所述水性骤冷介质包含：（ｉ）非离子型水溶性或水分散性的聚乙烯基吡咯烷酮／聚乙烯基己内酰胺共聚物；和（ｉｉ）非离子型水溶性或水分散性的聚合物，该聚合物包含一种或多种选自以下的聚合物：（ａ）取代的噁唑啉聚合物；（ｂ）聚（氧乙烯氧化烯）二醇聚合物；或（ｃ）聚乙烯基吡咯烷酮聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-11 11/870,457一种对加热的金属基材进行骤冷的方法，该方法包括用一种水性骤冷介质对所述加热的金属基材进行骤冷，所述水性骤冷介质包含(i)非离子型水溶性或水分散性的聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙烯基己内酰胺共聚物；和(ii)非离子型水溶性或水分散性的聚合物，该聚合物包含一种或多种选自以下的聚合物(a)取代的噁唑啉聚合物；(b)聚(氧乙烯氧化烯)二醇聚合物；或(c)聚乙烯基吡咯烷酮聚合物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组分(i)符合通式I 式中R是不会明显改变所述乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺聚合物的非离子性、水溶性 和水分散性特征的有机基；η和m独立地是整数，前提是所述组分(i)的聚合物的分子量约为5，000-2，000，000， K值约为60-70。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，R是烷基、烯基或炔基，在所述烷基、烯 基、炔基的主链中包含一个或多个杂原子。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述共聚物(i)包含约75%的 η和约25%的m。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙烯 基己内酰胺共聚物(i)的分子量约为50，000-1，000，000。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述组分(ii)是所述取代的噁 唑啉聚合物(a)，其符合通式II 式中R1是不会明显改变所述取代的噁唑啉聚合物(a)的非离子性、水溶性或水分散性特征的有机基；和P是整数，前提是所述噁唑啉聚合物(a)的分子量约为5，000-1, 000, 000。7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，R1是芳基、被卤素取代的芳基、 C1-C7烷基、或被卤素取代的C1-C7烷基。8.如权利要求_6中任一项所述的方法，其特征在于，所述噁唑啉聚合物(a)的分子量 约为 50, 000-500，000。9.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述组分(ii)是所述聚氧乙烯 /聚氧化烯聚合物(b)，其符合通式III 式中R2是保持所述聚合物(b)的水溶性的化学部分；χ和y是整数，前提是所述聚合物(b)具有水溶性，所述聚氧乙烯/聚氧化烯聚合物的 分子量约为1，000-500, 000。10.如权利要求1-5或9中任一项所述的方法，其特征在于，R2是烷基、取代的烷基、烯 基、取代的烯基、炔基或取代的炔基。11.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述组分(ii)是所述乙烯基吡 咯烷酮聚合物(c)，其符合通式IV 式中Z是整数，前提是所述乙烯基吡咯烷酮聚合物的分子量约为5，000至3，500，000，K值 约为 26-130。12.如权利要求1-5或11中任一项所述的方法，其特征在于，所述乙烯基吡咯烷酮聚合 物(c)的分子量约为5，000-1, 000, 000。13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述组分(i)和组分(ii)在 所述水性骤冷介质中的总浓度约为0. 05重量％至5重量％。14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包含杀菌剂、防腐 齐U、腐蚀抑制剂、缓冲剂、金属减活化剂和消泡剂中的一种或多种。15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，组分⑴与组分(ii)的比例 约为 90 10 至 10 90。16.一种用于热处理金属基材的水性骤冷介质，其包含(i)通式I的非离子型水溶性或水分散性的取代的乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺 聚合物 式中R是不会明显改变所述乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺聚合物的非离子性、水溶性 和水分散性特征的有机基；η和m独立地是整数，前提是所述组分(i)的聚合物的分子量约为5，000-1，000，000， K值约为60-70 ；其中，所述乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺共聚物的乙烯基吡咯烷酮组分含量约为 10-90摩尔％，所述共聚物的乙烯基己内酰胺组分含量约为90-10摩尔％，所述乙烯基吡咯 烷酮和乙烯基己内酰胺组分的总量为100摩尔％ ；(ii)一种或多种选自下组的聚合物(a)通式II的非离子型水溶性或水分散性的取代的噁唑啉聚合物 式中R1是不会明显改变所述取代的噁唑啉聚合物的非离子性、水溶性或水分散性特征的有 机基；P是整数，前提是所述噁唑啉聚合物的分子量约为50，000-1, 000, ...

【专利技术属性】
技术研发人员：L古恩萨鲁斯，JF瓦科尔，
申请(专利权)人：好富顿技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]