Способ получения соли полиакриловой кислоты для закалочной среды

 

Использование: изобретение относится к способам получения соли полиакриловой кислоты для закалочной среды на водной основе, применяемой при термообработке металлов. Сущность изобретения: способ получения соли полиакриловой кислоты путем полимеризации акриловой кислоты в водном растворе в присутствии окислительно-восстановительной системы, состоящей из соли Мора и персульфата, в качестве окислительно-восстановительной системы используют соль Мора и персульфат аммония при молярном соотношении 1 : 25 - 240.

Изобретение относится к способам получения соли полиакриловой кислоты для закалочной среды на водной основе, применяемой при термообработке металлов.

Известен способ получения соли полиакриловой кислоты полимеризацией акриловой кислоты в водном растворе в присутствии окислительно-восстановительной системы Fe(SO₄)₂(NH₄)₂ ˙ 6H₂O/К₂S₂O₈ в молярном отношении 1: 8:12.

Закалочная среда, приготовленная на основе водного раствора данной соли полиакриловой кислоты, обеспечивает требуемый уровень механических свойств металла. Это обусловлено тем, что средняя скорость охлаждения металла при закалке в этой среде в интервале от 850 до 100^оС является промежуточной между скоростью охлаждения в воде и скоростью охлаждения в масле. Однако в интервале температур 700.400^оС рассматриваемая среда охлаждает металл медленнее, чем масло, а при 400.100^оС, т.е. в том интервале температур, где возникновение термических напряжений наиболее опасно, скорость охлаждения в этой среде значительно выше, чем в масле. Это связано со свойствами полимера, получаемого по известному способу.

В среде калиевых солей происходит неполная полимеризация акриловой кислоты. Такой полимер образует на поверхности закаливаемого металла пленку с низкой адгезионной способностью, которая легко разрушается в интервале 400. 100^оС при переходе от пленочного кипения к пузырьковому. Поэтому скорость охлаждения на этой стадии возрастает, приближаясь к скорости охлаждения в воде, что обусловливает возникновение закалочных трещин в металле.

Цель изобретения повышение адгезионной способности пленки полимера, обеспечивающей предотвращение образования закалочных трещин на поверхности металла.

Это достигается тем, что в способе получения соли полиакриловой кислоты путем полимеризации акриловой кислоты в водном растворе в присутствии окислительно-восстановительной системы, согласно изобретению в качестве окислительно-восстановительной системы используют Fe(SO₄)₂(NH₄)₂ ˙ 6H₂O/(NH₄)₂ S₂O₈ в молярном отношении 1:25-240.

Соль полиакриловой кислоты, полученная в среде аммонийных солей (персульфата аммония), образует на поверхности закаливаемого металла пленку с более высокой адгезионной способностью, которая остается прочной в температурном интервале 400.100^оС, тем самым замедляя процесс теплоотдачи от металла к закалочной среде.

В результате в закалочной среде с полимером, полученным предлагаемым способом, скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения приближается к скорости охлаждения в масле, что обеспечивает устранение закалочных трещин в металле.

П р и м е р 1. Закалочную среду из соли полиакриловой кислоты, полученной согласно способу-прототипу, готовят известным способом: в 4-х литрах воды растворяют 1 л соли полиакриловой кислоты, добавив в раствор 20 г хлористого натрия и 20 г едкого натра. Раствор имеет относительную вязкость 5,15.

П р и м е р 2. В 800 мл воды, нагретой до 50.60^оС, при перемешивании растворяют 6,0 г надсернокислого аммония и в полученный раствор добавляют 55 г акриловой кислоты. Затем при интенсивном перемешивании в реакционную смесь вводят равными порциями в 4 приема с интервалом 30 с раствор 0,4 г Fe(SO₄)₂(NH₄)₂ ˙ 6H₂O (соли Мора) в 20 мл воды.

Молярное соотношение соли Мора к надсернокислому аммонию составляет в этом случае 1:25.

Через 10.30 мин вливают 30%-ный раствор NaOH до достижения в реакционной среде рН 7.9. В результате образуется однородная масса красно-коричневого цвета.

Для приготовления закалочной среды полученный полимер растворяют в 4 мл воды. Раствор имеет относительную вязкость 2,02.

П р и м е р 3. В 800 мл воды, нагретой до 50.60^оС, при перемешивании растворяют 6 г надсернокислого аммония и в полученный раствор добавляют 55 г акриловой кислоты. Затем при интенсивном перемешивании в реакционную смесь вводят равными порциями в 4 приема с интервалом 30 с раствор 0,2 г Fe(SO₄)₂(NH₄)₂ ˙ 6H₂O (соли Мора) в 20 мл воды. Молярные соотношения соли Мора к надсернокислому аммонию составляет в этом случае 1:50.

Через 10.30 мин вливают 30%-ный раствор NaOH до достижения в реакционной среде рН 7.9.

В результате образуется однородная жидкотекучая масса красно-коричневого цвета. Для приготовления закалочной среды полученный полимер растворяют в 4 л воды. Раствор имеет относительную вязкость 1,82.

П р и м е р 4. В 800 мл воды, нагретой до 50.60^оС, при перемешивании растворяют 14 г надсернокислого аммония и в полученный раствор добавляют 55 г акриловой кислоты. Затем при интенсивном перемеши- вании в реакционную смесь вводят равными порциями в 4 приема с интервалом 30 с раствор 0,1 г Fe(SO₄)₂(NH₄)₂ ˙ 6H₂O (cоли Мора) в 20 мл воды. Молярное соотношение соли Мора к надсернокислому аммонию составляет в этом случае 1:240.

Через 10.30 мин вливают 30%-ный раствор NaOH до достижения в реакционной среде рН 7.9.

В результате образуется однородная масса красно-коричневого цвета.

Для приготовления закалочной среды полученный полимер растворяют в 4 л воды. Раствор имеет относительную вязкость 1,32.

Закалочные среды, приготовленные из полимера, полученного по способу-прототипу (пример 1) и согласно примерам 2-4, были исследованы с помощью термозонда из нержавеющей стали.

Определяли среднюю скорость охлаждения центра термозонда в интервалах 700.400^оС и 400.100^оС в сравнении со скоростью охлаждения того же термозонда в воде и в индустриальном масле И 20. Результаты испытаний представлены в таблице.

Адгезионную способность полимерной пленки определяли методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-78.

Поверхность испытуемых образцов готовили в соответствии с требованиями ГОСТ 8832-76. Полимерную пленку на поверхности образцов получали путем их нагрева до 850^оС и последующего погружения в раствор полимера.

Решетку на полученную пленку наносили с единичным квадратом размером 2х2 мм.

По результатам проведенного испытания адгезия пленки, полученной в растворе полимера, изготовленного по способу-прототипу, оценивается баллом 3; в растворе полимера, изготовленного по предлагаемому способу (примеры 2-4 в описании изобретения) баллом 2.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛИ ПОЛИАКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ ЗАКАЛОЧНОЙ СРЕДЫ путем полимеризации акриловой кислоты в водном растворе в присутствии окислительно-восстановительной системы, состоящей из соли Мора и персульфата, отличающийся тем, что, с целью повышения адегзионной способности пленки полимера, обеспечивающей предотвращение образования закалочных трещин на поверхности металла, в качестве окислительно-восстановительной системы используют соль Мора и персульфат аммония при их молярном соотношении 1:(25 - 240).

РИСУНКИ

Рисунок 1