一种纳米金属变质剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米金属变质剂，其原料按质量份构成为：纳米粉10-15份，硅铝合金粉10-20份，K2O粉5-10份，Na2O粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼铁粉5-10份，粘结剂3-5份，余量为钛铁粉；所述粘结剂为玻璃水和膨润土。本发明专利技术纳米金属变质剂有细化晶粒的作用，既能提高材料的强度,又能提高材料塑性,同时也能显著提高其力学性能，本发明专利技术能显著地提高钢铁材料的强度、硬度和韧性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属冶炼变质
，具体涉及一种纳米金属剂及其制备方法。
技术介绍
变质剂广泛用于冶金行业，变质处理是改善合金微观组织，提高合金力学性能的 常用有效手段，尤其在细化合金微观组织，进而改善合金的强度、硬度、生长率、冲击韧性及 热稳定性等方面，具有重要作用和意义。常用变质剂分为合金变质剂和化合物变质剂两大 类。合金变质剂中的变质元素以单质和(或)金属间化合物形式存在，加入金属熔体后熔融 并扩散到熔体中，发挥变质作用。盐类变质剂中的变质元素以化合物形式存在，加入金属熔 体后与熔体金属发生置换反应，变质元素进入熔体，发挥变质作用，从变质剂的制备及应用 全流程看，合金变质经历异地的冶炼、变质剂制备、变质处理等多个环节，经历多次加热及 重熔，能耗大，烧损大，资源、能源利用率低，还可能存在变质合金不良组织遗传恶化变质效 果等问题。与合金变质剂相比，化合物变质剂制造成本较低，技术经济性更好。化合物变质 剂加入熔体金属后，必须与熔体金属发生置换反应，变质元素才能进入熔体，发挥变质作 用。因此要求变质剂与熔体间有足够的接触界面，以实现化学反应和界面传质的动力学和 热力学过程。现有技术的化合物变质剂多为粉状，无论以固相形式与熔体接触，还是以熔盐 形式与熔体接触，其接触面积均较小，化学反应和界面传质阻力大，导致变质剂利用率(吸 收率)低，增加变质剂用量则会加大生产成本并带入较多杂质，而且，有时增加变质剂用量 后，金属熔体中变质元素含量仍达不到要求。根据国内外研究资料显不，要大幅度提尚钢铁材料的综合性能最有效的办法就是 净化钢水和铁水、细化晶粒、弥散硬化、合理的热处理工艺等技术是提高材料性能和质量的 最有效的措施。 近年来人们将纳米材料作为变质剂引入到刚铁的冶炼过程中，纳米材料具有许多 特殊的性能，如韧性高、耐磨性高等。纳米变质技术打破了钢铁耐磨材料生产中的一些常规 规律。通常，在钢铁耐磨材料强化过程中提高硬度必然伴随韧性下降，但由于纳米合金变质 剂的高表面活性以及它在细化晶粒过程中同时起到弥散硬化作用，所以经常能够达到同时 提高合金硬度及韧性的综合效果。由于纳米材料特有的性质，如何将纳米粒子加入到钢铁 材料液体中的始终是一个非常困难的课题，这也制约着纳米材料的应用。
技术实现思路
(一)解决的技术问题 针对现有技术的不足，本专利技术提供，本专利技术一 种纳米金属变质剂是以分散尺寸极细并有巨大表面能的纳米材料为主体的特种添加剂，既 能增加结晶核心，明显的细化晶粒和改变基体组织结构，又能在组织中形成均匀分布的硬 质点，阻碍晶体滑移和磨损，同时提高钢铁材料的强度、硬度和韧性。本专利技术纳米金属变质 剂在保证产品使用性的同时，可减少生产加工工艺，减少部分稀贵金属的使用，降低成本， 节约资源。 (二)技术方案 本专利技术所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来是实现： -种纳米金属变质剂，其原料按质量份构成为:纳米SiC10-l 5份，娃错合金粉10-20份，K20粉5-10份，Na20粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼铁粉5-10份，粘结剂3-5份， 余量为钛铁粉。 -种纳米金属变质剂，所述纳米粉为纳米SiC、纳米TiN和纳米VN中的一种。 -种纳米金属变质剂，所述粘结剂为玻璃水和膨润土，其中膨润土的质量为粘结 剂质量的2%，余量为玻璃水。 -种纳米金属变质剂，所述纳米SiC的粒径小于50nm。 -种纳米金属变质剂的制备方法，按以下步骤操作： 步骤一、将纳米粉和硅铝合金粉混合均匀得到混合料a; 步骤二、将所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均匀得到混合料b; 步骤三、将所述混合料b、Mg粉、硼铁粉和钛铁粉混合均匀得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘结剂搅拌均匀。(三)有益效果 本专利技术提供了，本专利技术纳米金属变质剂加入钢 水或铁水中，其中的纳米硬质颗粒可以直接作为形核中心，大大增加成晶数量和细化晶粒 尺寸，改善合金的硬度、韧性、抗拉和耐磨性，具有细晶强化的作用;本专利技术纳米金属变质剂 采用的纳米粉体系为纳米碳、氮化物，晶格为立方型，高熔点、高硬度，表面活性大，晶格匹 配度高，颗粒分布均匀（30_50nm)，可以自发的填补晶体中的缺陷，在组织中形成均匀分布 的硬质点，阻碍晶体滑移和磨损，对合金起到弥散强化的作用;在保证本专利技术纳米金属变质 剂产品使用性的同时，可适当调整或取消部分生产加工工艺，减少或取消部分稀贵金属的 使用，降低成本，节约资源，实现节能、可持续发展。【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例， 对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 实施例1: 本实施例中纳米金属变质剂的原料及构成如下：纳米SiC12份，娃错合金粉15份， K20粉8份，Na20粉5份，CaO粉5份，Mg粉12份，硼铁粉8份，粘结剂5份，钛铁粉30份。制备方法： 步骤一、将纳米粉和硅铝合金粉混合均匀得到混合料a; 步骤二、将所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均匀得到混合料b; 步骤三、将所述混合料b、Mg粉、硼铁粉和钛铁粉混合均匀得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘结剂搅拌均匀。 含纳米SiC陶瓷颗粒的纳米金属变质剂除具有细化晶粒和弥散强化的功能外，SiC 陶瓷粉硬度高，介于刚玉和金刚石之间，可弥散于金属基体中，提高基体的硬度、强度及耐 磨性。驻马店某公司为专业生产汽车零部件的企业。在铸造高强度铸铁HT250-300的过程 中，出现疏松性较差、成品率不高等问题。其主要原因为:产品致密不好，晶粒粗大。为决解 这些问题，将本实施例制备的纳米金属变质剂加入钢水中，纳米金属变质剂按钢水重量的 0.1%加入。实验结果证明，使用本实施例中的纳米金属变质剂产品后其铸件的致密性大大 提高，晶粒细化效果明显。充分的解决了其疏松性问题。成品率从原来的30-40%提高gO-98% 以上。 实施例2:本实施例中纳米金属变质剂的原料及构成如下：纳米TiN15份，娃错合金粉15份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉16份，硼铁粉8份，粘结剂5份，钛铁粉35份。本实施例的制备方法同实施例1。 纳米TiN与奥氏体晶格匹配度高，含纳米TiN陶瓷颗粒的金属变质剂能够强烈的细 化奥氏体晶粒，大幅度的提高金属的韧性。马鞍山某铸造厂，衬板韧性不足，易碎。将本实施 例制备的纳米金属变质剂加入钢水中，纳米金属变质剂按钢水重量的0.1 %加入，经纳米变 质剂变质后，晶粒明显细化，铸态初性提尚了35%，热处理后初性提尚了 100%。大大提升衬 板的使用寿命。 实施例3:本实施例中纳米金属变质剂的原料及构成如下：纳米VN12份，娃错合金粉20份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉14份，硼铁粉8份，粘结剂4份，钛铁粉40份。本实施例的制备方法同实施例1。纳米VN具有优良的晶格匹配度及硬度，因此，含纳米VN陶瓷颗粒的金属变质剂综 合效果优良，可明显的提高基体的韧性及强度，大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米金属变质剂，其特征在于其原料按质量份构成为：纳米SiC10‑15份，硅铝合金粉10‑20份，K2O粉5‑10份，Na2O粉3‑9份，CaO粉2‑8份，Mg粉10‑16份，硼铁粉5‑10份，粘结剂3‑5份，余量为钛铁粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永妍，
申请(专利权)人：王永妍，
类型：发明
国别省市：山东;37