[發明專利]石墨烯固體淬火冷卻介質及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410764127.0
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104498678A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 崔建軍;萬桂怡;崔瀟;高青松
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C21D1/56
• 分類號: C21D1/56
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種石墨烯固體淬火冷卻介質及制備方法和應用。

背景技術

組成機械裝備的各種零部件絕大多數都需要經過淬火及回火處理才能具備人們所要求的物理、化學及力學性能。

淬火過程是將鋼鐵零件加熱到高溫(>850℃)進行奧氏體化，然后迅速置于冷卻介質(水、油)中，希望在極短時間(0～數秒)內將高溫(850℃～1050℃)金屬零件冷卻到300℃左右，以避免奧氏體向非馬氏體的轉變；在300℃以下，希望以較緩慢的冷速冷至室溫，以避免奧氏體向馬氏體轉變時的組織應力和熱應力造成的變形和開裂。只有滿足這樣的條件，才能得到最滿意的機械性能和最小變形的零部件。

傳統的液體淬火冷卻介質一般有兩類：一類是簡單的自來水或含有各種添加劑的水基淬火液；另一類是簡單的礦物油或含有各種添加劑的礦物油。

水的冷卻特性是：在高溫階段(蒸汽膜)冷卻能力不足，在低溫階段冷卻能力太高，因此，所處理的零件既容易產生軟點，又有很大的變形，甚至開裂。在水中加入各種添加劑后，這種情況有所改善，但效果難以令人滿意。而且在使用過程中，其中的添加劑容易發生化學反應改變性質從而改變水基淬火液的特性，因而在使用中需要密切跟蹤監測其老化變質情況，使用及管理成本較高。

油的冷卻特性是：雖然在低溫階段具有比較緩慢的冷卻特性，但在高溫階段的冷卻能力也大大低于人們的期望值。在油中淬火的零件淬火變形比水小，但存在硬度偏低，淬硬層較淺的缺陷。在油中加入各種添加劑后，這種情況有所改善，但效果難以令人滿意。而且在使用過程中，其中的添加劑容易發生化學反應改變性質從而改變油基淬火液的特性，因而在使用中需要密切跟蹤監測其老化變質情況，使用及管理成本較高。

總之，上述淬火冷卻介質存在以下缺點：

水的缺點：

高溫段冷速慢，低溫段冷速快，導致零件軟點和變形開裂，廢品率很高。各種水基淬火液容易產生變質、老化、有毒、有刺激性、有污染等。另外，水及水基淬火液的冷卻特性對水溫的變化太敏感，這是導致帶有臺階、溝槽及孔類的零件產生變形的一個重要因素。

油的缺點：

高溫段冷卻慢，對很多鋼種淬不上火；易發生裂化和聚合及氧化變質、易老化、工件帶出量大損耗嚴重、淬火時油煙大污染嚴重、生產環境惡劣，費用較高。

上述介質共同缺陷還有：為了應對變質和老化，需經常測定粘度、酸值、灰分、成分、冷卻特性曲線以及經常需要整體更新淬火液等，造成使用及管理成本高。

傳統液體冷卻介質所產生的變形問題對于一些精度較低的零件還可以容忍，而對現代大量的精密制造而言，由于傳統液體冷卻介質的物質屬性所決定，無論加入何種添加劑也難以改變其液體物質在冷卻時的特有屬性，因而其淬火冷卻特性和應力變形效應難以達到令人滿意的效果，各種添加劑雖然對其不足有所改善，但同時伴有副作用。

中國專利申請CN?104059618?A公開了一種發動機用氧化石墨烯無水冷卻液及其制備方法，發動機用氧化石墨烯無水冷卻液，由重量百分比為30～65％的乙二醇、重量百分比為30～65％的丙二醇、重量百分比為0.2～3％的氧化石墨烯、重量百分比為0.2～2％的有機硅消泡劑和重量百分比為0.7～8％的復合緩蝕劑混合并攪拌均勻至溶解即得無水冷卻液。該冷卻液中不含水，而且有多種成份混合配置而成，成本高，性能穩定性差，僅能適用于發動機，適用范圍比較窄。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種石墨烯固體淬火冷卻介質及制備方法和應用，采用該石墨烯固體淬火冷卻介質可以滿足金屬零件，尤其是高精密度金屬零部件機械性能及變形精度的要求。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種石墨烯固體淬火冷卻介質，由以下按重量份的不同粒度的石墨烯混合形成：粒度為0.01微米10份，粒度為0.1微米10份，粒度為10微米10份，粒度為50微米10份，粒度為100微米50份。

優選地，按重量份包括：粒度為0.1微米的石墨烯0-10份，粒度為0.5微米的石墨烯0-10份，粒度為10微米的石墨烯0-10份，粒度為50微米的石墨烯0-10份，粒度為100微米的石墨烯0-50份，粒度為500微米的石墨烯0-10份，粒度為100微米的石墨烯10-90份，粒度為100-1000微米的銅粉10-60份。