【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能铸造球墨铸铁制备，尤其是涉及一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法。
技术介绍
1、球墨铸铁是重要的铸铁材料之一，其基体内石墨组织为球状，具有优异的铸造性能和学性能。随着工业技术的飞速发展，汽车、矿山设备、船舶和基础设施建设等行业对球墨铸铁的性能提出了更高的要求，除了要求其具有较高的强度和韧性外，还需要其具有良好的耐磨性。目前常规的铸铁材料强韧化方法包括铁水净化、合金化、热处理和塑性变形，但是这些传统方法很难实现强度和塑性的协同提高，尤其是在球墨铸铁的强度得到显著提高的时候，其韧性会大幅降低。近年来，纳米技术的发展为铸铁材料强韧化提供了新的途径。纳米颗粒因其独特的尺寸效应、表面效应和量子效应，能够进入到微观组织中调控相变和析出，进而影响铸铁材料的服役性能。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，众多硬质纳米颗粒中，tic和tib2纳米颗粒因其具有高硬度、高熔点、高模量以及良好的化学稳定性等优势，已经成为金属基复合材料理想的强化相，因此基于球墨铸铁优异的铸造性能，通过使用特种铸造中消失模铸造制备含有双相硬质纳米颗粒弥散强化的球墨铸铁，该方法不仅能够提高球墨铸铁的综合性能，还可以利用消失模铸造方式生产各种复杂的零部件，提高零件的表面光洁度，极大地简化了加工流程和难度，突破传统强韧化方法的限制，为高性能球墨铸铁材料的开发和球墨铸铁零部件的制造应用提供了新的思路。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一、采用钛源、碳源、硼源作为前驱体，钛源采用ticl4，碳源采用ch4，硼源采用b2h6，将ticl4缓慢加热至40℃直至挥发出气体，通过气体流量计将ticl4、ch4和b2h6的体积比例调整为2:1:1，并且匀速通入充满氩气的高温反应炉中，温度设置在1300℃～1400℃之间，通过气体反应在高温反应炉底部同时沉积出tic-tib2双相硬质纳米颗粒，通过氩气流动将tic-tib2双相硬质纳米颗粒从高温反应炉中吹出并收集；
5、步骤二、将制备好的tic-tib2双相硬质纳米颗粒经盐酸反复冲洗，除去表面氧化物和杂质；冲洗后的tic-tib2双相硬质纳米颗粒再经蒸馏水冲洗3次，进一步消除表面杂质，然后放入干燥炉中烘干；
6、步骤三、将提纯之后的tic-tib2双相硬质纳米颗粒、铝粉、球墨铸铁孕育剂和球化剂一同放入球磨机中，球磨时间为10～12hr，同时将球墨铸铁孕育剂和球化剂进行充分研磨；
7、步骤四、将球磨活化之后的纳米颗粒-铝粉-孕育剂-球化剂混合物放入酒精中，使用超声波清洗仪振动40～60min，然后放入干燥炉中烘干；
8、步骤五、将纳米颗粒-铝粉-孕育剂-球化剂混合物重新溶解在酒精中，在充分搅拌之后使用超声波均质仪分散处理30～40min，使上述混合物在酒精中均匀分散；
9、步骤六、将块状聚苯乙烯材料缓慢放入含有纳米颗粒-铝粉-孕育剂-球化剂混合物的酒精溶液中，并使用超声波均质仪对上述纳米颗粒-铝粉-孕育剂-球化剂-聚苯乙烯-酒精混合液进行分散处理60～80min；
10、步骤七、纳米颗粒-铝粉-孕育剂-球化剂-聚苯乙烯-酒精混合液放入真空干燥箱中缓慢挥发，直到全部液体挥发后，将剩余含有纳米颗粒、铝粉、孕育剂和球化剂的聚苯乙烯取出，并按照铸造件结构设计将聚苯乙烯切割成相应的模型；将耐火涂料和水混合到合适的粘度，然后均匀涂抹在聚苯乙烯模型表面，并对聚苯乙烯模型进行烘干，然后再次涂抹并烘干，共重复3次；最终聚苯乙烯模型表面的耐火涂层厚度约为1～1.2mm；
11、步骤八、将表面涂有耐火涂料的聚苯乙烯铸型埋入细砂中，敲击细砂进行定摸，定模后对铸型在x，y，z三个方向同时施加震动，持续时间为30～50sec；
12、步骤九、使用中频感应炉将铁水融化，温度为1530℃～1540℃，然后将铁水通过浇口缓慢导入放有聚苯乙烯的铸型中，待到铸型冷却后，取出铸件并落砂，最终得到含有双相硬质纳米颗粒的增强球墨铸铁。
13、优选地，所述步骤二中，所用的盐酸溶液中氯化氢体积分数为30％～35％。
14、优选地，所述步骤三中，所用的铝粉纯度为99.5wt％，所用的球墨铸铁孕育剂为硅钙孕育剂，其成分由以下重量百分比组成：72.10wt％硅、11.51wt％钙、1.42wt％钡、0.74wt％铝，余量为铁，硅钙孕育剂的加入量为铁水质量的0.45wt％；所用的球化剂为稀土镁硅铁合金，其成分由以下重量百分比组成：41.30wt％硅、8.22wt％镁、6.22wt％铈、1.92wt％钙，余量为铁，球化剂的加入量为铁水质量的1.3wt％。
15、优选地，所述步骤四中，所用超声波清洗仪的功率200w，为震动频率为1khz，所用球磨机的转速为50rpm，所用干燥炉是功率为450w的石英管干燥炉，干燥温度为130℃～150℃。
16、优选地，所述步骤五中，所用超声波均质仪的功率为500w，工作频率为10khz，所用酒精溶液中乙醇的含量为99.7％。
17、优选地，所述步骤六中，所用酒精溶液中乙醇的含量为99.7％，用量为2.0～2.5l。
18、优选地，所述步骤六中，所用块状聚苯乙烯材料的长×宽×高为100mm×100mm×200mm。
19、优选地，所述步骤七中，所用耐火涂料的成分由以下重量百分比组成：62wt％锆砂、硅酸钠20wt％、8wt％膨润土、8wt％水、1.5wt％分散剂、0.5wt％消泡剂，分散剂采用羧甲基纤维素，消泡剂采用硅油，调配步骤包括：将锆砂、硅酸钠和膨润土充分混合均匀后加入水并持续搅拌，待到混合均匀后加入分散剂和消泡剂，继续搅拌至混合均匀。
20、优选地，所述步骤七中，所用的真空干燥箱功率为1000w，干燥温度为40℃～50℃，干燥时间为20～30min。
21、优选地，所述步骤九中，所用铁水由以下重量百分比组成：
22、3.64wt％碳、2.78wt％硅、0.40wt％锰、0.003wt％磷、0.015wt％硫、0.035wt％镁、0.012wt％钛、0.015wt％铝，余量为铁。
23、本专利技术的制备原理为：本专利技术将tic-tib2双相硬质纳米颗粒通过消失模铸造的方法均匀分散进球墨铸铁基体中，使用聚苯乙烯作为消失模原材料，通过酒精对聚苯乙烯的溶解作用将纳米颗粒、铝粉、孕育剂、球化剂和聚苯乙烯充分混合，在浇铸过程中由于铁水的高温使得聚苯乙烯模型快速气化，与此同时纳米颗粒、球化剂、孕育剂会随着聚苯乙烯的气化均匀分散在铁水中，而铝粉会与铁水中的氧气结合以熔渣的形式悬浮于铁水表，有效降低铁水的含氧量；凝固过程中，纳米颗粒能够作为石墨球和奥氏体的形核核心，有效提高形核率，进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所用的盐酸溶液中氯化氢体积分数为30％～35％。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所用的铝粉纯度为99.5wt％，所用的球墨铸铁孕育剂为硅钙孕育剂，其成分由以下重量百分比组成：72.10wt％硅、11.51wt％钙、1.42wt％钡、0.74wt％铝，余量为铁，硅钙孕育剂的加入量为铁水质量的0.45wt％；所用的球化剂为稀土镁硅铁合金，其成分由以下重量百分比组成：41.30wt％硅、8.22wt％镁、6.22wt％铈、1.92wt％钙，余量为铁，球化剂的加入量为铁水质量的1.3wt％。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，所用超声波清洗仪的功率200W，为震动频率为1kHz，所用球
5.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，所用超声波均质仪的功率为500W，工作频率为10kHz，所用酒精溶液中乙醇的含量为99.7％。
6.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤六中，所用酒精溶液中乙醇的含量为99.7％，用量为2.0～2.5L。
7.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤六中，所用块状聚苯乙烯材料的长×宽×高为100mm×100mm×200mm。
8.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤七中，所用耐火涂料的成分由以下重量百分比组成：62wt％锆砂、硅酸钠20wt％、8wt％膨润土、8wt％水、1.5wt％分散剂、0.5wt％消泡剂，分散剂采用羧甲基纤维素，消泡剂采用硅油，调配步骤包括：将锆砂、硅酸钠和膨润土充分混合均匀后加入水并持续搅拌，待到混合均匀后加入分散剂和消泡剂，继续搅拌至混合均匀。
9.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤七中，所用的真空干燥箱功率为1000W，干燥温度为40℃～50℃，干燥时间为20～30min。
10.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤九中，所用铁水由以下重量百分比组成：3.64wt％碳、2.78wt％硅、0.40wt％锰、0.003wt％磷、0.015wt％硫、0.035wt％镁、0.012wt％钛、0.015wt％铝，余量为铁。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所用的盐酸溶液中氯化氢体积分数为30％～35％。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所用的铝粉纯度为99.5wt％，所用的球墨铸铁孕育剂为硅钙孕育剂，其成分由以下重量百分比组成：72.10wt％硅、11.51wt％钙、1.42wt％钡、0.74wt％铝，余量为铁，硅钙孕育剂的加入量为铁水质量的0.45wt％；所用的球化剂为稀土镁硅铁合金，其成分由以下重量百分比组成：41.30wt％硅、8.22wt％镁、6.22wt％铈、1.92wt％钙，余量为铁，球化剂的加入量为铁水质量的1.3wt％。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，所用超声波清洗仪的功率200w，为震动频率为1khz，所用球磨机的转速为50rpm，所用干燥炉是功率为450w的石英管干燥炉，干燥温度为130℃～150℃。
5.根据权利要求1或2所述的一种应用于消失模铸造的双相硬质纳米颗粒增强球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，所用超声波均质仪的功率为500w，工作频率为10khz，所用酒精溶液中乙醇的含量为99.7％。
6.根据权利要...
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