CN106636522A - 一种镍钛铬‑硅铁合金负载纳米氧化钛‑氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法 - Google Patents

一种镍钛铬‑硅铁合金负载纳米氧化钛‑氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种灰铸铁用变质剂，具体涉及一种镍钛铬‑硅铁合金负载纳米氧化钛‑氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法，该变质剂由以下重量份的原料制成：镍粉2‑3、纳米氮化硅2‑3、纳米氧化钛1‑2、铬粉1‑2、钛铁矿粉2‑3、硅含量为45%的硅铁粉4‑6、膨胀石墨粉3‑5、硅酸镁铝0.2‑0.3、浓度为5‑8%的乙醇水溶液20‑25、助剂0.4‑0.5；本发明将膨胀石墨粉负载的纳米粉体与镍钛铬‑硅铁合金粉相互粘结负载，制得复合变质剂，纳米粉体弥散到熔液中能诱导晶核形成，形成高强度的晶体组织；该变质剂加入铁水中能快速熔入，促进了石墨化过程，改变石墨形状，细化铸铁结构，成品的硬度、冲击韧性均得到提升，且较之传统变质剂使用更为高效便捷，生产成本也得到降低。

Description

一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复 合变质剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种灰铸铁用变质剂，具体涉及一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法。
背景技术
灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，也是在工业生产中被应用最广的一类铸铁，其具有良好的铸造性能，同时在减振、耐磨、切削加工以及缺口敏感性等方面表现优异，但是由于灰铸铁中的片状石墨对基体割裂严重，使其力学性能表现较差，提高灰铸铁的强度也是行业中急需解决的问题。
目前提高灰铸铁强度的主要方法是在熔炼过程中加入一定量的铬、钼、镍、铜以及稀土等合金元素作为变质剂，以细化晶核，增加晶核数量，从而提高组织强度，这种方法虽然能够改善灰铸铁的强度，但是原料利用率低，生产成本高等因素的制约；近年来还兴起利用纳米材料作为变质剂，可以大量的增加熔体内晶核数量，同时细化晶粒，提高组织的致密度，然而由于纳米材料的结构特点，其在熔体中的分散性差，容易漂浮，需要辅助专门的喷射装置，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于，制备一种由纳米材料与合金元素混合负载的新型变质剂，减少贵重合金元素的使用量，同时简单无损的改善纳米材料在熔体中分散性，提高各原料的利用率，达到改善灰铸铁力学性能的目的，为了实现上述目的，本发明提供一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法，采用的技术方案如下：
一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法，其特征在于，该变质剂由以下重量份的原料制成：镍粉2-3、纳米氮化硅2-3、纳米氧化钛1-2、铬粉1-2、钛铁矿粉2-3、硅含量为45%的硅铁粉4-6、膨胀石墨粉3-5、硅酸镁铝0.2-0.3、浓度为5-8%的乙醇水溶液20-25、助剂0.4-0.5。
所述的助剂由以下重量份的原料制成：钾长石2-3、锂矿渣1-3、钇基稀土孕育剂2-3、磷酸硼0.5-0.8、纳米碳纤维2-3、木质素磺酸钠1-2、有机膨润土2-3、水15-20，制备方法为：先将木质素磺酸钠、有机膨润土投水中，充分搅拌混合40-50min，制成活化液备用，随后将钾长石、锂矿渣粉碎，过80-120目筛，筛下物投入活化液中研磨1-2h，得活化钾长石-锂矿渣均浆，最后再将其它剩余成分加入到活化均浆中，搅拌混合2-3h，即得掺杂纳米碳纤维的复合增强孕育助剂。
所述的一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂的制备方法为：
（1）先将镍粉、铬粉、钛铁矿粉、硅铁粉混合均匀后投入电炉中，熔融后浇注成型，随后将所得合金破碎，过300-400目筛，得合金粉备用；
（2）将纳米氮化硅、纳米氧化钛与膨胀石墨粉混合，投入10-15重量份的乙醇水溶液中，搅拌混合均匀后将浆料进行密闭球磨处理，球磨2-3h后，所得浆料高速搅拌混合12-15h，得膨胀石墨负载纳米钛-铁氧化物浆料备用；
（3）将步骤（1）所得的合金微粉、步骤（2）所得浆料与其它剩余成分混合，在密闭环境中进行二次搅拌，将混合浆料高速搅拌混合15-18h后热风干燥，完全除去水份，破碎成细粉状，即得。
与现有技术相比，本发明复合变质剂将以高熔点、高比表面积的膨胀石墨粉负载的纳米氮化硅、纳米氧化钛粉体与镍钛铬-硅铁合金粉相互粘结负载，制得一种性能稳定的变质剂，其中的纳米材料在铸铁熔液中具有良好的分散性和热稳定性，纳米粉体弥散到熔液中能诱导晶核形成，形成高强度的晶体组织；该变质剂加入铁水中能快速熔入，促进了石墨化过程，改变石墨形状，细化铸铁结构，成品的硬度、冲击韧性均得到提升，且较之传统变质剂使用更为高效便捷，生产成本也得到降低。
具体实施方式
实施例
本实施例变质剂由以下重量份原料制成：镍粉3、纳米氮化硅3、纳米氧化钛2、铬粉2、钛铁矿粉3、硅含量为45%的硅铁粉5、膨胀石墨粉4、硅酸镁铝0.3、浓度为5%的乙醇水溶液22、助剂0.5。
所述的助剂由以下重量份的原料制成：钾长石2、锂矿渣2、钇基稀土孕育剂2.5、磷酸硼0.6、纳米碳纤维3、木质素磺酸钠1.8、有机膨润土3、水18，制备方法为：先将木质素磺酸钠、有机膨润土投水中，充分搅拌混合45min，制成活化液备用，随后将钾长石、锂矿渣粉碎，过100目筛，筛下物投入活化液中研磨1.5h，得活化钾长石-锂矿渣均浆，最后再将其它剩余成分加入到活化均浆中，搅拌混合2.5h，即得掺杂纳米碳纤维的复合增强孕育助剂。
所述的一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂的制备方法为：
（1）先将镍粉、铬粉、钛铁矿粉、硅铁粉混合均匀后投入电炉中，熔融后浇注成型，随后将所得合金破碎，过300目筛，得合金粉备用；
（2）将纳米氮化硅、纳米氧化钛与膨胀石墨粉混合，投入14重量份的乙醇水溶液中，搅拌混合均匀后将浆料进行密闭球磨处理，球磨3h后，所得浆料高速搅拌混合14h，得膨胀石墨负载纳米钛-铁氧化物浆料备用；
（3）将步骤（1）所得的合金微粉、步骤（2）所得浆料与其它剩余成分混合，在密闭环境中进行二次搅拌，将混合浆料高速搅拌混合18h后热风干燥，完全除去水份，破碎成细粉状，即得。
本实施例以HT200为例，使用方法为：在HT200制造过程中使用包底冲入法分别加入0.55wt%、0.65wt%、0.85wt%的变质剂，变质处理后的铸液浇注出试样，试样尺寸均为Φ30mm×300mm，且分别标记为1、2、3，这三种不同变质剂含量的试样各自力学性能测试结果如下：
编号 1 2 3
抗拉强度 245MPa 278MPa 308MPa

Claims (2)

1.一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法，其特征在于，该变质剂由以下重量份的原料制成：镍粉2-3、纳米氮化硅2-3、纳米氧化钛1-2、铬粉1-2、钛铁矿粉2-3、硅含量为45%的硅铁粉4-6、膨胀石墨粉3-5、硅酸镁铝0.2-0.3、浓度为5-8%的乙醇水溶液20-25、助剂0.4-0.5；
所述的助剂由以下重量份的原料制成：钾长石2-3、锂矿渣1-3、钇基稀土孕育剂2-3、磷酸硼0.5-0.8、纳米碳纤维2-3、木质素磺酸钠1-2、有机膨润土2-3、水15-20，制备方法为：先将木质素磺酸钠、有机膨润土投水中，充分搅拌混合40-50min，制成活化液备用，随后将钾长石、锂矿渣粉碎，过80-120目筛，筛下物投入活化液中研磨1-2h，得活化钾长石-锂矿渣均浆，最后再将其它剩余成分加入到活化均浆中，搅拌混合2-3h，即得掺杂纳米碳纤维的复合增强孕育助剂。
2.如权利要求1所述的一种镍钛铬-硅铁合金负载纳米氧化钛-氮化硅的灰铸铁用复合变质剂及其制备方法，其制备方法为：
（1）先将镍粉、铬粉、钛铁矿粉、硅铁粉混合均匀后投入电炉中，熔融后浇注成型，随后将所得合金破碎，过300-400目筛，得合金粉备用；
（2）将纳米氮化硅、纳米氧化钛与膨胀石墨粉混合，投入10-15重量份的乙醇水溶液中，搅拌混合均匀后将浆料进行密闭球磨处理，球磨2-3h后，所得浆料高速搅拌混合12-15h，得膨胀石墨负载纳米钛-铁氧化物浆料备用；
（3）将步骤（1）所得的合金微粉、步骤（2）所得浆料与其它剩余成分混合，在密闭环境中进行二次搅拌，将混合浆料高速搅拌混合15-18h后热风干燥，完全除去水份，破碎成细粉状，即得。
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