热处理PAG淬火剂是由特定的聚醚类非离子型高分子聚合物(PAG)、复合添加剂和适量的水制成的。热处理厂家，经常面临如何有效控制PAG淬火液的问题。现在详细解析PAG淬火液。

一、PAG 组分的变化
淬火液的冷却特性取决于其中PAG组分的特性和数量。其他添加剂对淬火液的冷却特性几乎没有影响。淬火液中的PAG聚合物变化包括量的变化和质的变化两部分。

1.淬火液中聚合物量的变化
在淬火液中，聚合物的含量会随着工件带出和高温氧化分解而减少。淬火过程中，工件周围的液体温度升高，PAG聚合物会从溶液中脱溶并以富水的包膜形式附着在工件表面上，从而调整工件的冷却速度。工件冷却后，附着在表面的聚合物会重新溶解到淬火液中。然而，由于生产中通常无法等待聚合物完全溶解就取出工件，因此工件带出的液体中PAG含量通常高于淬火液中的平均浓度。随着长时间和大量淬火的进行，淬火液中PAG的相对浓度会逐渐降低，而其他添加剂的相对含量则会增加。因此，溶解得越充分，淬火液中PAG组分的相对减少就越慢，从而冷却特性更加稳定。

2. PAG的氧化分解 
PAG淬火液的聚合物在室温下与一般的酸碱不发生反应，具有很高的化学稳定性。只有在高温（约250℃以上）和有氧存在的条件下，才会发生氧化分解。在淬火过程中，大部分粘附在工件表面的聚合物膜可以因为周围的水分被气化而保持在低于水沸点的温度。然而，紧贴工件表面的部分仍然可能升温并发生氧化分解。氧化分解产生的低分子量气体会逸出淬火液，而其他部分则留在液体中。此外，在高温和机械剪切作用下，PAG会发生断链，而断链产物会残留在淬火液中。这些残留物不再具有原来的冷却特性，成为淬火液中的非有效成分。淬火液的浓度越高，工件表面形成的聚合物膜越厚，氧化分解的程度就越大。同时，热处理生产的产量越大，淬火液使用的时间越长，氧化分解和断链残留物就越多。

二、非PAG组分的变化

1.非PAG组分的定性变化
添加剂组分在溶液中没有逆溶性，始终均匀分布。由于其浓度较低，受高温影响较少，因此在生产过程中，变质的数量也较少，变质产物基本不会挥发。添加剂组分的定性变化通常只会降低淬火液的防锈、防腐和消泡等辅助性能，而基本不会影响淬火液的冷却性能。

2.添加剂组分量的变化
前面提到，淬火工件带走的液体中，PAG组分的浓度通常高于淬火液的平均值。因此，长时间使用的淬火液中，添加剂组分的浓度总是比新配制的高。然而，在生产中补充的淬火剂通常具有固定的组分比例。因此，随着淬火液的使用时间越长，淬火量越大，以及淬火剂的补充量越多，淬火液中添加剂及其变质残留物的浓度也会越高。相反，有效的PAG组分的浓度就会越低。

3. 自来水中含有可溶物质的积累。
PAG淬火剂被加入自来水中制成PAG淬火液，因此自来水也是淬火液的一部分。在生产过程中，自来水容易挥发，需要经常补充。自来水并非蒸馏水，其中总含有少量但多种水以外的物质。在使用过程中，水挥发后，原本溶解其中的不挥发物质将残留下来。因此，水中这些可溶物质及其在使用中的可溶变质残留物的浓度会增加。这些物质在水中逐渐积累，浓度也会逐渐增高。随着时间的推移，一些物质会达到饱和，更多的部分则会沉淀下来。

4. 外来污染物。
除了淬火剂和水之外，生产过程中不可避免地会将其他物质带入淬火液中。例如工件上的氧化皮，以及现场常见的可溶和不可溶物质。其中的不溶物有的会形成沉淀，有的则悬浮在淬火液中。可溶物也会成为溶液的组成部分，并通过积累使浓度增加。这些可溶和不溶的外来物质构成了淬火液中的外来污染物。外来污染物基本上不会影响淬火液的冷却特性，但其中的可溶物会增加溶液的折射率。

如何监管淬火液呢？

PAG淬火剂的工厂可以通过折光仪法、粘度法和真实浓度法来监管淬火液的浓度。

1. 折光仪浓度法 所有溶解进水中的物质都会改变水溶液的折光率。溶质对溶液折光率的贡献与其在该溶液中的浓度成正比,而溶液的总的折光率又是各溶质对溶液折光率的贡献的简单叠加值。根据这种规律，用折光仪测出的将是溶液中所有溶质的总的折光率。因此，新配制的PAG淬火液的折光率是其中的PAG聚合物组分和添加剂组分的折光率之和。如图1中A所示。前面谈到，淬火液使用后，PAG聚合物的相对浓度会降低，而添加剂组分的相对浓度则要升高。同时，由于水分挥发，自来水中的可溶物质的浓度也会升高。此外，淬火液不免要受到污染，可溶污染物也要增大溶液的折光率。这样，使用后火液的折光率就是由聚合物、添加剂、水的自身污染和外来污染物等四部分对折光率的贡献相加而成的。如图1中B所示。可以看出，生产中用折光仪测量淬火液浓度时，为了保持一定的PAG浓度，必须使用更高的折光仪读数浓度。淬火液的使用时间越长，淬火量越多，污染越严重，要求的折光仪

2. 粘度测量法是一种测量PAG淬火液粘度的方法。随着淬火剂浓度的增加，PAG淬火液的粘度也会增加。在PAG淬火剂中，PAG聚合物对淬火液的粘度起着决定性的作用，而其他组分的影响相对较小。因此，通过测量粘度的方法可以较好地排除其他组分的影响，从而测量出溶液中PAG组分的浓度。然而，对于使用时间较长的PAG淬火液，使用粘度测量法可能会高估溶液中的有效浓度，从而导致溶液冷却速度过快，存在一定的危险。

3. 真实浓度测量法是一种利用PAG聚合物的逆溶性特性来测量淬火液浓度的方法。该方法通过加热分离的方式，将具有逆溶性的聚合物与其他无逆溶性组分分离，然后使用折光仪测试法来计算淬火液的浓度。由于可以测定溶液中具有逆溶性的聚合物浓度，因此可以在较长的使用时间内较好地测量和控制淬火液的浓度。该方法不受其他组分含量的影响，只需要使用一台普通的折光仪，因此可以说是一种较好的测定溶液中PAG总量的方法。然而，与粘度测量法类似，如果只依靠该方法来控制浓度，随着时间的推移，实际的冷却速度可能会偏高

4. 关于PAG淬火液的有效浓度
在淬火冷却过程中，PAG聚合物不仅能从超过浊点的水中脱溶出来，还可能与其他脱溶出来的PAG聚合物一起粘附在工件表面上。这部分PAG的浓度被称为有效浓度。通过在烧杯中进行加热试验，可以发现，新配制的淬火液在被加热到沸腾温度时，脱溶出来的聚合物会全部聚集在一起形成絮状，并且由于裹带了水蒸气，首先浮在液面上。而经过长期使用的PAG淬火液在被加热到沸腾温度时，可能有一部分脱溶出来的聚合物并不会与其他聚合物相聚成絮状，而是独自下沉到杯底，就像雪花一样。这种淬火液，虽然用粘度法或真实浓度法测量的浓度较高，但其冷却特性与较低浓度的新配淬火液相当。很明显，下沉到杯底的那部分聚合物属于非有效部分。无论是采用粘度法还是真实浓度法，都无法将非有效聚合物分离出来，因此也无法准确地控制经过长期使用的淬火液的冷却特性。

根据实验结果，雪花状脱溶物的形成原因尚不明确，但可能与淬火液的污染和高温下大分子量PAG的断链产物中的逆溶性部分有关。

一些存在于溶液中的污染物，包括悬浮物，如果能聚集在脱溶出来的PAG表面上，使界面能低于聚合物与溶液的相界面的界面能，那么PAG聚合物该部分表面就将失去与其他PAG聚合物接触并团聚的条件。表面上聚集了这些污染物的脱溶PAG小珠子，因为失去了聚团和粘附到工件表面的能力，便成了无效的脱溶物。

综上所述，PAG淬火液中具有逆溶性的组分并不都能起到调节冷却特性的作用。因此，当淬火液使用较长时间后，为保证与新配制时相同的有效浓度，必须采用更高的真实浓度。


控制浓度的更好的方法是根据冷却特性来进行调节

使用PAG淬火剂的目的是将其作为水的添加剂加入水中，以调节其冷却特性。因此，在热处理生产中，需要控制的也应该是淬火液的冷却特性。前面提到的折光仪测试法、粘度测试法以及真实浓度测试法的采用，是利用这些参数的间接关系来反映淬火液的冷却特性。

前面分析了常用的浓度测量方法对使用时间较长的淬火液测出的浓度往往高于实际的有效浓度。如果不加以修正，容易引起淬裂。修正的方法有两种，一是根据工件的淬火效果经验调整浓度，二是使用冷却特性仪来控制浓度

根据经验调整浓度的方法是记录工件的淬火态硬度，制作图表，用来观察同类工件的硬度变化趋势。当发现工件的淬火硬度连续偏高到一定程度时，及时采取升高淬火液浓度等方法来降低实际的冷却速度。这可以防止淬裂的发生。而当发现工件的硬度连续一段时间偏低，或者硬度高低不均以及有较大变形时，考虑降低淬火液浓度来增加冷却速度。经验法需要经验和严格的管理，需要负责任，但却非常有效、可靠，适合由工程技术人员来执行。

为了控制浓度，可以使用冷却特性仪。具体的方法是定期测量淬火液的冷却特性，主要依靠300℃的冷却速度来确定溶液的有效浓度，然后使用折光仪按比例来控制浓度。有条件的工厂可以购买一台冷却特性仪，并安排专人进行测定。其他工厂可以将样品送到淬火介质生产厂进行测量。

为了测定水性淬火液的冷却特性，可以选择配备符合国际标准(IS09950/ASTM)的瑞典IVF冷却特性测试仪。