[发明专利]金刚石型固体淬火冷却介质及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石型固体淬火冷却介质及制备方法和应用。

背景技术

组成机械装备的各种零部件绝大多数都需要经过淬火及回火处理才能具备人们所要求的物理、化学及力学性能。

淬火过程是将钢铁零件加热到高温(>850℃)进行奥氏体化，然后迅速置于冷却介质(水、油)中，希望在极短时间(0～数秒)内将高温(850℃～1050℃)金属零件冷却到300℃左右，以避免奥氏体向非马氏体的转变；在300℃以下，希望以较缓慢的冷速冷至室温，以避免奥氏体向马氏体转变时的组织应力和热应力造成的变形和开裂。只有满足这样的条件，才能得到最满意的机械性能和最小变形的零部件。

传统的液体淬火介质一般有水基或矿物油类两大类，此类淬火介质在冷却过程中随温度降低都要发生物态改变，因而在其冷却特性曲线上都有明显的拐折点。水基淬火介质是用简单自来水或含有添加剂的自来水；矿物油类淬火介质一般是简单的矿物油或含有各种添加剂的矿物油。

水的冷却特性是：在高温阶段(蒸汽膜)冷却能力不足，在低温阶段冷却能力太高，因此，所处理的零件既容易产生软点，又有很大的变形，甚至开裂。在水中加入各种添加剂后，这种情况有所改善，但效果难以令人满意。而且在使用过程中，其中的添加剂容易发生化学反应改变性质从而改变水基淬火液的特性，因而在使用中需要密切跟踪监测其老化变质情况，使用及管理成本较高。

水及水基淬火液的缺点：

高温段冷速慢，低温段冷速快，导致零件软点和变形开裂，废品率很高。各种水基淬火液容易产生变质、老化、有毒、有刺激性、有污染等。另外，水及水基淬火液的冷却特性对水温的变化太敏感，这是导致带有台阶、沟槽及孔类的零件产生变形和开裂的一个重要因素。

油的冷却特性是：虽然在低温阶段具有比较缓慢的冷却特性，但在高温阶段的冷却能力也大大低于人们的期望值。在油中淬火的零件淬火变形比水小，但存在硬度偏低，淬硬层较浅的缺陷。在油中加入各种添加剂后，这种情况有所改善，但效果难以令人满意。而且在使用过程中，其中的添加剂容易发生化学反应改变性质从而改变油基淬火液的特性，因而在使用中需要密切跟踪监测其老化变质情况，使用及管理成本较高。

上述液体冷却介质所产生的变形问题对于一些精度较低的零件勉强可以容忍，而对现代大量的精密制造而言，由于传统液体冷却介质的物质属性所决定，无论加入何种添加剂也难以改变其液体物质在冷却时的特有属性，因而其淬火冷却特性和应力变形效应难以达到令人满意的效果，各种添加剂虽然对其不足有所改善，但同时伴有副作用。

中国专利申请CN201310206266公开了一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法。一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液，所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液包括：金刚石粉末0.05％-15％(重量比)，助悬剂0.005％-15％(重量比)，表面活性剂0.005％-12％(重量比)，摩擦改进剂0.05％-60％(重量比)，酸碱度调节剂0.0005％-5％(重量比)余量为分散介质。本发明所提供的亲水金刚石悬浮研磨抛光液长期保持稳定均匀状态、不会产生任何沉淀、层析和失效现象；悬浮介质除了能起到悬浮载体的作用外，在研磨抛光的过程中还具有冷却、润滑和去屑的功效。

金刚石除了具有物质世界里硬度最高的头衔外，它还是一种优秀的半导体电子信息和光信息功能材料。但是，要将金刚石制作成半导体电子信息和光信息功能器件必须使用大体积的金刚石，而目前人工合成金刚石在技术上只能合成0.4毫米以下的颗粒及其金刚石微粉，因此，作为工业化应用，目前国内外只能利用金刚石的最高硬度这一特性作为磨料磨具使用(金刚石的这一用法是金刚石的最低级使用)。近几十年来，金刚石抛光(液、膏、剂)磨料在世界各国大量普遍使用，比比皆是，随处可见。中国的金刚石产量世界第一！在中国，几乎100％的金刚石都用来做抛光液、抛光膏、抛光剂以及一些切割刃具等(比如玻璃刀，切割石材锯片的刀头。)金刚石锯片或金刚石砂轮或金刚石抛光轮用来切割或抛光石材时，100％都需要用水不间断地进行冷却和润滑。各种金刚石抛光液、抛光膏、抛光剂在使用时，其所含有的液体本身就有冷却和润滑作用，这是一个不需要专业知识的普通常识。CN201310206266所述的金刚石就是利用金刚石的最高硬度来发挥磨料作用的，文中所述的“冷却”是液体对金刚石的冷却，这里的金刚石是被冷却物质。

发明内容