金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法，包括有用有機(jī)物包覆的磁性納米顆粒、甲基丙烯酸酯、引發(fā)劑和阻聚劑，其中在浸滲劑制備過程中引入了傳統(tǒng)的甲基丙烯酸酯制備與功能化納米顆粒的復(fù)合工藝，制備出功能化的浸滲劑。該浸滲劑在符合低粘度、無毒性、無揮發(fā)的傳統(tǒng)要求的同時(shí)，還展現(xiàn)出較高的熱性能和硬度，是一種新型的具有多功能的金屬制件的密封補(bǔ)強(qiáng)劑。
【專利說明】
金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備分散性好、飽和磁化強(qiáng)度高、粘度低的密封補(bǔ)強(qiáng)和功能化的 磁性納米顆粒和甲基丙烯酸酯的復(fù)合浸滲劑，具體涉及金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯 酸酯磁性浸滲劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子，一般是指三維尺 寸中有一維尺寸在1到IOOnm間的顆粒，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域。納米材 料通常具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。納米材料顯示出許多奇異的特性， 即納米材料的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì)有 顯著的不同。
[0003]磁性納米顆粒作為一種特殊的功能材料，可以把納米級(jí)的磁性粒子(如四氧化三 鐵)包裹一層長鏈的表面活性劑，均勻的分散在基液中，形成一種均勻穩(wěn)定的懸浮體----磁 性流體，并能使用在不同的領(lǐng)域中。磁性納米顆粒具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，已經(jīng)廣泛應(yīng) 用于一些工業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域，如靶向藥物、MRI顯影、磁性流體密封及記憶材料等領(lǐng)域，在 本申請(qǐng)中，應(yīng)用磁性流體作為補(bǔ)強(qiáng)和功能化應(yīng)用。
[0004] 在鋁合金壓鑄或重力澆鑄的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，從熔融的液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金 屬物質(zhì)的過程中，往往存在體積收縮，同時(shí)在該過程中，還會(huì)產(chǎn)生不同程度的疏松、氣孔和 夾雜等缺陷。此外，粉末冶金件的制造過程中也存在不同程度的孔隙、裂紋、砂眼和空洞。這 些缺陷會(huì)使加工的機(jī)械產(chǎn)品達(dá)不到使用要求，甚至是報(bào)廢。有些缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)，到加工 后經(jīng)過試壓才出現(xiàn)問題，造成工時(shí)和原材料的浪費(fèi)。因此，在機(jī)械加工過程中，需要對(duì)加工 產(chǎn)品進(jìn)行密封和補(bǔ)強(qiáng)。
[0005] 浸滲法就是為了這種目的而產(chǎn)生的一種工藝，所用的密封和補(bǔ)強(qiáng)液體材料就是通 過制備得到的浸滲劑。
[0006] 浸滲技術(shù)是利用浸滲劑在外壓力的作用下滲入多孔或者是縫隙中，經(jīng)過固化反應(yīng) 而達(dá)到填補(bǔ)損傷的目的，同時(shí)可以達(dá)到功能化的用途，是現(xiàn)代科技發(fā)展要求的一項(xiàng)新技術(shù)。 對(duì)于零件的加工過程根據(jù)不同的情況和技術(shù)要求，主要有涂滲法、壓力滲入法、浸滲法等， 也可以分為局部和整體的密封補(bǔ)強(qiáng)的方法。浸滲技術(shù)解決了壓鑄件、焊件等普遍存在的疏 松和微孔等缺陷，從而大幅提高提高產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)省了材料的消耗，以及生產(chǎn)過程的能 耗。此外，浸滲技術(shù)也可以適用于電子器件等領(lǐng)域。目前，浸滲技術(shù)也廣泛用于機(jī)械、冶金、 電機(jī)電器等領(lǐng)域，并被機(jī)械工程的生產(chǎn)部門廣泛接納。
[0007] 由于浸滲技術(shù)可以針對(duì)整個(gè)機(jī)械零件和構(gòu)件進(jìn)行處理，在近幾十年來，浸滲法得 到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。常用的浸滲劑，主要有無機(jī)浸滲劑(硅酸鈉浸滲劑）、不飽和聚酯化 合物(苯二甲酸丙烯酯等)浸滲劑和甲基丙烯酸酯類型的浸滲劑等。其中，應(yīng)用較多的甲基 丙烯酸酯浸滲劑，按聚合固化的機(jī)理又分為厭氧型和熱固化型。
[0008] 早期的浸滲方法主要是用加壓的技術(shù)使得浸滲劑進(jìn)入零件的孔隙中。到上個(gè)世紀(jì) 四十年代，真空與加壓相結(jié)合的方法，使得真空浸滲技術(shù)在機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中得到更廣 發(fā)的應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)70年代以來，甲基丙烯酸酯型浸滲劑得到了大力的推廣和深入的應(yīng)用， 在機(jī)械領(lǐng)域逐漸取代了其它浸滲劑，甲基丙烯酸酯型的浸滲劑粘度較低，毒性小、不含揮發(fā) 物，可以適合尺寸較小的孔隙。而且能耗較低，成品率高也是甲基丙烯酸酯類浸滲劑的主要 優(yōu)點(diǎn)。我國雖然在上世紀(jì)70至80年代中在東南、華南等地就開展了甲基丙烯酸酯浸滲劑的 研制與應(yīng)用工作，但直到近二十年來該技術(shù)才受到更多重視和推廣。但是該浸滲劑比較軟， 模量低，強(qiáng)度低，耐熱性能差，密度又低，與金屬的差異大。在本申請(qǐng)中，通過適當(dāng)方法添加 納米磁性顆粒，改善固化后的浸滲劑的特性，同時(shí)，又引入了磁性，便于磁性探傷或者采用 MRI的方法進(jìn)行鑒別。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明將磁性納米顆粒與甲基丙烯酸酯進(jìn)行復(fù)合，制備出具有磁功能、粘度低、流 動(dòng)性好、無毒性和不揮發(fā)的納米復(fù)合浸滲劑。
[0011]金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法，其特征在于： (1) 以納米材料Ikg為原料，加入0.5~2kg鹽酸，30 °C反應(yīng)2h，用氨水2~5kg為沉淀劑，加 入低沸點(diǎn)溶劑3~4kg，在60~100 °C下反應(yīng)lh，加入油酸0.6~0.8kg、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸 0.02~0.06kg、組胺磷酸鹽0.02~0.07kg、四羥甲基硫酸磷0.01~0.03kg，反應(yīng)溫度70°C，反應(yīng) 時(shí)間2~3h，產(chǎn)物油水分離、脫水干燥后，制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； (2) 加入步驟（1)的穩(wěn)定懸浮體1~2kg、甲基丙烯酸酯類單體2~3kg、引發(fā)劑0.028~ 0.04kg，攪拌速度為100~200rpm，溫度為60°C，氣壓為0.5atm，反應(yīng)時(shí)間Ih，加入陰離子聚丙 烯酰胺0.01~0.02kg、月桂醇硫酸酯銨鹽0.05~0.07kg、山梨醇0.04~0.06kg、頻哪醇0.05~ 0.08kg，70 °C攪拌反應(yīng)2h，得改性懸浮體； (3) 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.6~0.8kg、甲氧基聚乙二醇0.2~ 0.7kg、馬來酸酐0.1~0.6kg，攪拌速度300~500rpm，70 °C反應(yīng)時(shí)間3h，加入阻聚劑500ppm，50 °C攪拌反應(yīng)Ih，即得磁性浸滲劑。
[0012]納米材料為納米三氧化二鐵、四氧化三鐵、納米二氧化中的任意一種;低沸點(diǎn)溶劑 為碳?xì)浠衔锏娜軇己吭谌齻€(gè)到十二個(gè)，即丙烷到十二烷，為單一的碳?xì)浠衔锘蛘?其混合物；甲基丙烯酸酯類為甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基 丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸異戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸異己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲 基丙烯酸異庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸異壬 酯、甲基丙烯酸葵酯、甲基丙烯酸異葵酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸油醇酯、甲基丙烯 酸十八酯、甲基丙烯酸十八烯酯、二甲基丙烯酸多縮乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二 甲基丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸己二醇酯中的一種或二種以上任意比的混合物；引發(fā) 劑過氧化苯甲酰，異丙苯過氧化氫，過氧化甲苯酸叔丁基，過氧化二異丙苯，偶氮二異丁腈、 偶氮二異庚腈中的一種或二種以上任意比的混合物;阻聚劑為苯二酚、苯醌、蒽醌、萘醌、苦 味酸中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于： (1)有機(jī)物包覆磁性納米顆粒后，與甲基丙烯酸酯進(jìn)行復(fù)合，得到浸滲劑，經(jīng)固化處理 后，其耐熱的溫度大大提高，可達(dá)250-260°C，在此溫度范圍內(nèi)，浸滲劑穩(wěn)定存在、不易分解， 保持較高的密封性能。
[0014] (2)其耐油特性也大幅提高，可以耐受沸騰的機(jī)油，遠(yuǎn)比沒有加入磁性納米顆粒的 浸滲劑更高。本發(fā)明制備得到的浸滲劑為低粘度型浸滲劑，粘度低于ISmPa · s。
[0015] (3)脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇、馬來酸酐、四乙基氯化銨、苯甲酰氯提高 滲透劑的滲透性和降低滲透劑的黏度。
[0016] (4)陰離子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯銨鹽、山梨醇、頻哪醇增加浸滲劑的穩(wěn)定性。
[0017] (5)3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸、組胺磷酸鹽、四羥甲基硫酸磷增加了納米顆粒磁性。
[0018] 以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，普通磁性滲透劑是從市場選擇一種進(jìn)行對(duì)比。
[0019] 實(shí)施例1: (1) 以納米三氧化二鐵Ikg為原料，加入0.5kg鹽酸，30°C反應(yīng)2h，用氨水2kg為沉淀劑， 加入正十二烷3kg，在60 °C下反應(yīng)Ih，加入油酸0.6kg、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸0.02kg、組胺磷 酸鹽0.02kg、四輕甲基硫酸磷0.0Ikg，反應(yīng)溫度70°C，反應(yīng)時(shí)間2h，產(chǎn)物油水分離、脫水干燥 后，制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； (2) 加入步驟（1)的穩(wěn)定懸浮體lkg、甲基丙烯酸丙酯2kg、過氧化苯甲酰0.028kg，攪拌 速度為l〇〇rpm，溫度為60°C，氣壓為0.5atm，反應(yīng)時(shí)間lh，加入陰離子聚丙稀酰胺0.01kg、月 桂醇硫酸酯銨鹽〇. 〇5kg、山梨醇0.04kg、頻哪醇0.05kg，70 °C攪拌反應(yīng)2h，得改性懸浮體； (3) 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.6kg、甲氧基聚乙二醇0.2kg、馬 來酸酐〇.11^，攪拌速度300印111，70°(：反應(yīng)時(shí)間311，加入阻聚劑苯醌500??111，50°(：攪拌反應(yīng) lh，即得磁性浸滲劑。
[0020] 由實(shí)施例1所得到浸滲劑的物理性質(zhì)如下：
實(shí)施例2: (1) 以四氧化三鐵Ikg為原料，加入2kg鹽酸，30°C反應(yīng)2h，用氨水5kg為沉淀劑，加入丙 烷4kg，在100°C下反應(yīng)lh，加入油酸0.81^、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸0.061^、組胺磷酸鹽 0.07kg、四羥甲基硫酸磷0.03kg，反應(yīng)溫度70°C，反應(yīng)時(shí)間3h，產(chǎn)物油水分離、脫水干燥后， 制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； (2) 加入步驟(1)的穩(wěn)定懸浮體2kg、甲基丙稀酸丁酯3kg、異丙苯過氧化氫0.04kg，攪拌 速度為200rpm，溫度為60°C，氣壓為0.5atm，反應(yīng)時(shí)間Ih，加入陰離子聚丙烯酰胺0.02kg、月 桂醇硫酸酯銨鹽〇. 〇7kg、山梨醇0.06kg、頻哪醇0.08kg，70 °C攪拌反應(yīng)2h，得改性懸浮體； (3) 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.8kg、甲氧基聚乙二醇0.7kg、馬 來酸酐0.6kg，攪拌速度500rpm，70°C反應(yīng)時(shí)間3h，加入苯醌500ppm，50°C攪拌反應(yīng)Ih，即得 磁性浸滲劑。
[0021 ]由實(shí)施例2所得到浸滲劑的物理性質(zhì)如下： 實(shí)施例3:
(1) 以納米二氧化鈦Ikg為原料，加入1.25kg鹽酸，30 °C反應(yīng)2h，用氨水3.5kg為沉淀劑， 加入正己烷3.5kg，在80 °C下反應(yīng)Ih，加入油酸0.7kg、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸0.04kg、組胺磷 酸鹽0.045kg、四羥甲基硫酸磷0.02kg，反應(yīng)溫度70 °C，反應(yīng)時(shí)間2.5h，產(chǎn)物油水分離、脫水 干燥后，制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； (2) 加入步驟(1)的穩(wěn)定懸浮體1.5kg、甲基丙烯酸酯類單體2.5g、過氧化甲苯酸叔丁基 0.0341^，攪拌速度為150印111，溫度為60 <€，氣壓為0.531：111，反應(yīng)時(shí)間111，加入陰離子聚丙稀 酰胺0.015kg、月桂醇硫酸酯銨鹽0.06kg、山梨醇0.05kg、頻哪醇0.065kg，70°C攪拌反應(yīng) 2h，得改性懸浮體； (3) 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.7kg、甲氧基聚乙二醇0.45kg、馬 來酸酐0.35kg、四乙基氯化銨Ikg、苯甲酰氯1.5kg，攪拌速度400rpm，70 °C反應(yīng)時(shí)間3h，加入 蒽醌500ppm，50°C攪拌反應(yīng)Ih，即得磁性浸滲劑。
[0022] 由實(shí)施例3所得到浸滲劑的物理性質(zhì)如下：
實(shí)施例4: (1) 以納米三氧化二鐵Ikg為原料，加入0.5kg鹽酸，30°C反應(yīng)2h，用氨水2kg為沉淀劑， 加入正庚烷3kg，在60 °C下反應(yīng)Ih，加入油酸0.6kg、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧酸0.02kg、組胺磷酸 鹽0.02kg、四羥甲基硫酸磷0.01 kg，反應(yīng)溫度70 °C，反應(yīng)時(shí)間2h，產(chǎn)物油水分離、脫水干燥 后，制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； (2) 加入步驟（1)的穩(wěn)定懸浮體lkg、甲基丙稀酸庚酯2kg、過氧化二異丙苯0.028kg，攪 拌速度為IOOrpm，溫度為60°C，氣壓為0.5atm，反應(yīng)時(shí)間Ih，加入陰離子聚丙稀酰胺0.01 kg、 月桂醇硫酸酯銨鹽0.05kg、山梨醇0.04kg、頻哪醇0.05kg，70°C攪拌反應(yīng)2h，得改性懸浮 體； (3) 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.6kg、甲氧基聚乙二醇0.2kg、馬 來酸酐0.1 kg四乙基氯化銨0. lkg、苯甲酰氯0.15kg，攪拌速度300rpm，70°C反應(yīng)時(shí)間3h，加 入萘醌500ppm，50°C攪拌反應(yīng)Ih，即得磁性浸滲劑。
[0023] 由實(shí)施例4所得到浸滲劑的物理性質(zhì)如下：

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法，其特征在于： 以可溶性的納米材料Ikg為原料，加入0.5~2kg鹽酸，30 °C反應(yīng)2h，用氨水2~5kg為沉淀 劑，加入低沸點(diǎn)溶劑3~4kg，在60~100°C下反應(yīng)Ih，加入油酸0.6~0.8kg、3-氧代-1-環(huán)戊烷羧 酸0.02~0.06kg、組胺磷酸鹽0.02~0.07kg、四羥甲基硫酸磷0.01~0.03kg，反應(yīng)溫度70°C，反 應(yīng)時(shí)間2~3h，產(chǎn)物油水分離、脫水干燥后，制得含磁性納米顆粒的穩(wěn)定懸浮體； 加入步驟（1)的穩(wěn)定懸浮體1~2kg、甲基丙稀酸酯類單體2~3kg、引發(fā)劑0.028~0.04kg， 攪拌速度為100~200rpm，溫度為60 °C，氣壓為0.5atm，反應(yīng)時(shí)間Ih，加入陰離子聚丙烯酰胺 0.01~0.02kg、月桂醇硫酸酯銨鹽0.05~0.07kg、山梨醇0.04~0.06kg、頻哪醇0.05~0.08kg， 70 °C攪拌反應(yīng)2h，得改性懸浮體； 待改性懸浮體待冷卻后，加入脂肪醇聚氧乙烯醚0.6~0.8kg、甲氧基聚乙二醇0.2~ 0.7kg、馬來酸酐0.1~0.6kg，攪拌速度300~500rpm，70 °C反應(yīng)時(shí)間3h，加入阻聚劑500ppm，50 °C攪拌反應(yīng)Ih，即得磁性浸滲劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法， 其特征在于納米材料為納米三氧化二鐵、四氧化三鐵、納米二氧化中的任意一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法， 其特征在于低沸點(diǎn)溶劑為碳?xì)浠衔锏娜軇己吭谌齻€(gè)到十二個(gè)，即丙烷到十二烷，為 單一的碳?xì)浠衔锘蛘咂浠旌衔铩?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法， 其特征在于：甲基丙烯酸酯類為甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲 基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸異戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸異己酯、甲基丙烯酸庚酯、 甲基丙烯酸異庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸異 壬酯、甲基丙烯酸葵酯、甲基丙烯酸異葵酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸油醇酯、甲基丙 烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八烯酯、二甲基丙烯酸多縮乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、 二甲基丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸己二醇酯中的一種或二種以上任意比的混合物。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑄件用磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法， 其特征在于：引發(fā)劑過氧化苯甲酰，異丙苯過氧化氫，過氧化甲苯酸叔丁基，過氧化二異丙 苯，偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈中的一種或二種以上任意比的混合物。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性納米改性甲基丙烯酸酯磁性浸滲劑的方法，其特征在于： 阻聚劑為苯二酚、苯醌、蒽醌、萘醌、苦味酸中的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】B22D31/00GK105921725SQ201610369654
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】初麗萍, 李成
【申請(qǐng)人】初麗萍