一種納米金屬變質(zhì)劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬冶煉變質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米金屬劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變質(zhì)劑廣泛用于冶金行業(yè)，變質(zhì)處理是改善合金微觀組織，提高合金力學(xué)性能的 常用有效手段，尤其在細(xì)化合金微觀組織，進(jìn)而改善合金的強(qiáng)度、硬度、生長(zhǎng)率、沖擊韌性及 熱穩(wěn)定性等方面，具有重要作用和意義。常用變質(zhì)劑分為合金變質(zhì)劑和化合物變質(zhì)劑兩大 類。合金變質(zhì)劑中的變質(zhì)元素以單質(zhì)和(或)金屬間化合物形式存在，加入金屬熔體后熔融 并擴(kuò)散到熔體中，發(fā)揮變質(zhì)作用。鹽類變質(zhì)劑中的變質(zhì)元素以化合物形式存在，加入金屬熔 體后與熔體金屬發(fā)生置換反應(yīng)，變質(zhì)元素進(jìn)入熔體，發(fā)揮變質(zhì)作用，從變質(zhì)劑的制備及應(yīng)用 全流程看，合金變質(zhì)經(jīng)歷異地的冶煉、變質(zhì)劑制備、變質(zhì)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，經(jīng)歷多次加熱及 重熔，能耗大，燒損大，資源、能源利用率低，還可能存在變質(zhì)合金不良組織遺傳惡化變質(zhì)效 果等問題。與合金變質(zhì)劑相比，化合物變質(zhì)劑制造成本較低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更好?；衔镒冑|(zhì) 劑加入熔體金屬后，必須與熔體金屬發(fā)生置換反應(yīng)，變質(zhì)元素才能進(jìn)入熔體，發(fā)揮變質(zhì)作 用。因此要求變質(zhì)劑與熔體間有足夠的接觸界面，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)和界面?zhèn)髻|(zhì)的動(dòng)力學(xué)和 熱力學(xué)過程?，F(xiàn)有技術(shù)的化合物變質(zhì)劑多為粉狀，無論以固相形式與熔體接觸，還是以熔鹽 形式與熔體接觸，其接觸面積均較小，化學(xué)反應(yīng)和界面?zhèn)髻|(zhì)阻力大，導(dǎo)致變質(zhì)劑利用率(吸 收率)低，增加變質(zhì)劑用量則會(huì)加大生產(chǎn)成本并帶入較多雜質(zhì)，而且，有時(shí)增加變質(zhì)劑用量 后，金屬熔體中變質(zhì)元素含量仍達(dá)不到要求。
[0003]根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究資料顯不，要大幅度提尚鋼鐵材料的綜合性能最有效的辦法就是 凈化鋼水和鐵水、細(xì)化晶粒、彌散硬化、合理的熱處理工藝等技術(shù)是提高材料性能和質(zhì)量的 最有效的措施。
[0004] 近年來人們將納米材料作為變質(zhì)劑引入到剛鐵的冶煉過程中，納米材料具有許多 特殊的性能，如韌性高、耐磨性高等。納米變質(zhì)技術(shù)打破了鋼鐵耐磨材料生產(chǎn)中的一些常規(guī) 規(guī)律。通常，在鋼鐵耐磨材料強(qiáng)化過程中提高硬度必然伴隨韌性下降，但由于納米合金變質(zhì) 劑的高表面活性以及它在細(xì)化晶粒過程中同時(shí)起到彌散硬化作用，所以經(jīng)常能夠達(dá)到同時(shí) 提高合金硬度及韌性的綜合效果。由于納米材料特有的性質(zhì)，如何將納米粒子加入到鋼鐵 材料液體中的始終是一個(gè)非常困難的課題，這也制約著納米材料的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一)解決的技術(shù)問題
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種納米金屬變質(zhì)劑及其制備方法，本發(fā)明一 種納米金屬變質(zhì)劑是以分散尺寸極細(xì)并有巨大表面能的納米材料為主體的特種添加劑，既 能增加結(jié)晶核心，明顯的細(xì)化晶粒和改變基體組織結(jié)構(gòu)，又能在組織中形成均勻分布的硬 質(zhì)點(diǎn)，阻礙晶體滑移和磨損，同時(shí)提高鋼鐵材料的強(qiáng)度、硬度和韌性。本發(fā)明納米金屬變質(zhì) 劑在保證產(chǎn)品使用性的同時(shí)，可減少生產(chǎn)加工工藝，減少部分稀貴金屬的使用，降低成本， 節(jié)約資源。
[0007] (二)技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來是實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種納米金屬變質(zhì)劑，其原料按質(zhì)量份構(gòu)成為:納米SiC10-l 5份，娃錯(cuò)合金粉10-20份，K20粉5-10份，Na20粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結(jié)劑3-5份， 余量為鈦鐵粉。
[0010] -種納米金屬變質(zhì)劑，所述納米粉為納米SiC、納米TiN和納米VN中的一種。
[0011] -種納米金屬變質(zhì)劑，所述粘結(jié)劑為玻璃水和膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土的質(zhì)量為粘結(jié) 劑質(zhì)量的2%，余量為玻璃水。
[0012] -種納米金屬變質(zhì)劑，所述納米SiC的粒徑小于50nm。
[0013] -種納米金屬變質(zhì)劑的制備方法，按以下步驟操作：
[0014] 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a;
[0015] 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b;
[0016] 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘結(jié)劑攪拌均勻。
[0017](三)有益效果
[0018] 本發(fā)明提供了一種納米金屬變質(zhì)劑及其制備方法，本發(fā)明納米金屬變質(zhì)劑加入鋼 水或鐵水中，其中的納米硬質(zhì)顆?？梢灾苯幼鳛樾魏酥行?，大大增加成晶數(shù)量和細(xì)化晶粒 尺寸，改善合金的硬度、韌性、抗拉和耐磨性，具有細(xì)晶強(qiáng)化的作用;本發(fā)明納米金屬變質(zhì)劑 采用的納米粉體系為納米碳、氮化物，晶格為立方型，高熔點(diǎn)、高硬度，表面活性大，晶格匹 配度高，顆粒分布均勻（30_50nm)，可以自發(fā)的填補(bǔ)晶體中的缺陷，在組織中形成均勻分布 的硬質(zhì)點(diǎn)，阻礙晶體滑移和磨損，對(duì)合金起到彌散強(qiáng)化的作用;在保證本發(fā)明納米金屬變質(zhì) 劑產(chǎn)品使用性的同時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整或取消部分生產(chǎn)加工工藝，減少或取消部分稀貴金屬的 使用，降低成本，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部 分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出 創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020] 實(shí)施例1:
[0021] 本實(shí)施例中納米金屬變質(zhì)劑的原料及構(gòu)成如下：納米SiC12份，娃錯(cuò)合金粉15份， K20粉8份，Na20粉5份，CaO粉5份，Mg粉12份，硼鐵粉8份，粘結(jié)劑5份，鈦鐵粉30份。
[0022]制備方法：
[0023] 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a;
[0024] 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b;
[0025] 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘結(jié)劑攪拌均勻。
[0026] 含納米SiC陶瓷顆粒的納米金屬變質(zhì)劑除具有細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化的功能外，SiC 陶瓷粉硬度高，介于剛玉和金剛石之間，可彌散于金屬基體中，提高基體的硬度、強(qiáng)度及耐 磨性。駐馬店某公司為專業(yè)生產(chǎn)汽車零部件的企業(yè)。在鑄造高強(qiáng)度鑄鐵HT250-300的過程 中，出現(xiàn)疏松性較差、成品率不高等問題。其主要原因?yàn)?產(chǎn)品致密不好，晶粒粗大。為決解 這些問題，將本實(shí)施例制備的納米金屬變質(zhì)劑加入鋼水中，納米金屬變質(zhì)劑按鋼水重量的 0.1%加入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，使用本實(shí)施例中的納米金屬變質(zhì)劑產(chǎn)品后其鑄件的致密性大大 提高，晶粒細(xì)化效果明顯。充分的解決了其疏松性問題。成品率從原來的30-40%提高gO-98% 以上。
[0027] 實(shí)施例2:
[0028]本實(shí)施例中納米金屬變質(zhì)劑的原料及構(gòu)成如下：納米TiN15份，娃錯(cuò)合金粉15份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉16份，硼鐵粉8份，粘結(jié)劑5份，鈦鐵粉35份。
[0029]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1。
[0030] 納米TiN與奧氏體晶格匹配度高，含納米TiN陶瓷顆粒的金屬變質(zhì)劑能夠強(qiáng)烈的細(xì) 化奧氏體晶粒，大幅度的提高金屬的韌性。馬鞍山某鑄造廠，襯板韌性不足，易碎。將本實(shí)施 例制備的納米金屬變質(zhì)劑加入鋼水中，納米金屬變質(zhì)劑按鋼水重量的0.1 %加入，經(jīng)納米變 質(zhì)劑變質(zhì)后，晶粒明顯細(xì)化，鑄態(tài)初性提尚了35%，熱處理后初性提尚了 100%。大大提升襯 板的使用壽命。
[0031] 實(shí)施例3:
[0032]本實(shí)施例中納米金屬變質(zhì)劑的原料及構(gòu)成如下：納米VN12份，娃錯(cuò)合金粉20份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉14份，硼鐵粉8份，粘結(jié)劑4份，鈦鐵粉40份。
[0033]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1。
[0034]納米VN具有優(yōu)良的晶格匹配度及硬度，因此，含納米VN陶瓷顆粒的金屬變質(zhì)劑綜 合效果優(yōu)良，可明顯的提高基體的韌性及強(qiáng)度，大幅度的提高金屬的綜合力學(xué)性能及耐磨 性。湖北某特鋼廠想開發(fā)出高體機(jī)械性能的H13新鋼種。經(jīng)本實(shí)施例制備的納米金屬變質(zhì)劑 變質(zhì)后，H13的強(qiáng)度和韌性都有了明顯的提高，其中，縱向沖擊功提高26.29 % ;橫向沖擊功 提尚112.89%。大大提升了鋼種的品質(zhì)。
[0035]表1變質(zhì)前后強(qiáng)度對(duì)比表 [0036]
[0037]表2變質(zhì)前后韌性對(duì)比表 [0038]
[0039]需要說明的是，在本文中，諸如術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋 非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0040]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施 例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者 替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種納米金屬變質(zhì)劑，其特征在于其原料按質(zhì)量份構(gòu)成為:納米SiC10-15份，娃錯(cuò)合 金粉10-20份，K20粉5-10份，Na20粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結(jié) 劑3-5份，余量為鈦鐵粉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米金屬變質(zhì)劑，其特征在于:所述納米粉為納米SiC、納米 TiN和納米VN中的一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米金屬變質(zhì)劑，其特征在于：所述粘結(jié)劑為玻璃水和膨潤(rùn) 土，其中膨潤(rùn)土的質(zhì)量為粘結(jié)劑質(zhì)量的2 %，余量為玻璃水。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米金屬變質(zhì)劑，其特征在于:所述納米SiC的粒徑小于50nm。5. -種如權(quán)利要求1-4其中之一所述的納米金屬變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于按以 下步驟操作： 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a; 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b; 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混合料c中加入粘結(jié)劑攪拌均勻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米金屬變質(zhì)劑，其原料按質(zhì)量份構(gòu)成為：納米粉10-15份，硅鋁合金粉10-20份，K2O粉5-10份，Na2O粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結(jié)劑3-5份，余量為鈦鐵粉；所述粘結(jié)劑為玻璃水和膨潤(rùn)土。本發(fā)明納米金屬變質(zhì)劑有細(xì)化晶粒的作用，既能提高材料的強(qiáng)度,又能提高材料塑性,同時(shí)也能顯著提高其力學(xué)性能，本發(fā)明能顯著地提高鋼鐵材料的強(qiáng)度、硬度和韌性。
【IPC分類】C21C7/00, B22F1/00
【公開號(hào)】CN105483326
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510939634
【發(fā)明人】王永妍
【申請(qǐng)人】王永妍
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日