淬火是熱處理中最重要的一種工藝。熱處理質(zhì)量的好壞與所選用的淬火冷卻介質(zhì)及冷卻方法有密切的關(guān)系?？蒲腥藛T提出采用油基-碳納米管納米流體作為淬火冷卻介質(zhì)，可明顯改善淬火效果。
納米流體是在基液中分散納米粒子所形成的一種懸浮液。由于納米粒子具有高的比表面積和導(dǎo)熱性，所以可以使納米流體具有更高的傳熱特性。碳納米管是一種優(yōu)良的導(dǎo)熱材料，由于高的熱導(dǎo)率和比表面積，它能使所形成的納米流體的熱傳輸能力得到大幅度提高。有研究表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的水基-碳納米管納米流體在沸騰階段的熱傳輸系數(shù)有明顯提高；而且熱導(dǎo)率隨著碳納米管含量的增加而增大。
科研工作者使用油基-碳納米管納米流體作為淬火介質(zhì)，對(duì)45#鋼進(jìn)行淬火試驗(yàn)。所用的碳納米管，管徑為10~50nm，長(zhǎng)為1~10μm。對(duì)碳納米管進(jìn)行分散處理，首先對(duì)碳納米管進(jìn)行濕磨，采用行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為100r/min，時(shí)間為6h。然后過(guò)濾、烘干，再將碳納米管和十二烷基苯磺酸鈉陰離子分散劑以2∶1加入水中超聲20min，最后進(jìn)行稀釋?zhuān)苽涑捎突?碳納米管納米流體淬火液。
與采用30#機(jī)油作淬火介質(zhì)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明（加熱試樣至850℃，保溫時(shí)間為30min，然后淬火。淬火后在250℃低溫回火2h。），在655℃以上時(shí)，納米流體冷卻速度明顯大于油的冷卻速度，并且隨著碳納米管含量的增加，冷卻速度逐漸增大，在750℃時(shí)，冷卻速度達(dá)到最大。在655~550℃之間，30#機(jī)油的冷卻速度在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.25%~1.50%碳納米管納米流體的冷卻速度區(qū)間。在550~460℃時(shí)，30#機(jī)油的冷卻速度處于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.50%~1.75%碳納米管的納米流體冷卻速度之間。在460℃以下，30#機(jī)油的冷卻速度大于碳納米管納米流體的冷卻速度。在整個(gè)過(guò)程中，碳納米管納米流體的冷卻速度都是隨著碳納米管含量的增加而逐漸增大。
淬火冷卻過(guò)程一般分為3個(gè)階段：蒸汽膜階段、沸騰階段和對(duì)流傳熱階段。當(dāng)熾熱的工件投入淬火介質(zhì)的瞬間，工件周?chē)慕橘|(zhì)立即被加熱達(dá)到沸點(diǎn)后氣化，在工件的表面形成一層過(guò)熱的蒸汽膜將工件與淬火介質(zhì)隔開(kāi)。由于蒸汽膜的導(dǎo)熱性較差，被其包圍隔絕的工件主要靠輻射和蒸汽導(dǎo)熱，此時(shí)工件冷卻緩慢，直到蒸汽膜破裂而消失，進(jìn)入沸騰階段。油基-碳納米管納米流體由于碳納米管納米粒子的存在，將形成的氣泡打破，減少了在蒸汽膜階段停留的時(shí)間，能使工件不同的部位幾乎同時(shí)迅速進(jìn)入沸騰階段，并形成較大的冷卻速度。而在冷卻過(guò)程的低溫階段（即對(duì)流階段），冷卻速度比較慢，減少了馬氏體組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力，大大降低了工件的淬火開(kāi)裂和畸變率。由于上述原因，油基-碳納米管納米流體中淬火的試樣，其硬度明顯大于在30#機(jī)油中淬火的試樣的硬度。