CN106676383A - 一种铬钽钨‑硅钙合金负载纳米氧化铒‑氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐热铸铁用变质剂,具体涉及一种铬钽钨‑硅钙合金负载纳米氧化铒‑氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法,该复合变质剂以高热稳定、高比表面积、高强度、高韧性的多壁碳纳米管负载的纳米氧化铒、纳米氮化硼,提高了纳米材料在熔液中的分散性和活性,不易烧蚀;而铬钽钨‑硅钙合金粉改善了传统硅钙变质剂的性能,提高了铸铁的韧性和抗热氧化能力;将纳米材料与复合合金粉相互粘结负载,极大的提高了原料的利用率,该变质剂促进了铸铁的石墨化进程,有效改善耐热铸铁的综合力学性质,得到的铸件致密,耐腐蚀磨损,热稳定性好,且较之传统变质剂使用更为便捷,生产成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐热铸铁用变质剂,具体涉及一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法。
背景技术
耐热铸铁是指用于高温条件下的铸铁,国家标准中主要分为铬系、硅系和铝系三种类型的耐热铸铁,这类铸铁具有抗氧化、抗生长性能的性能,随着使用温度的增加,对现有的耐热铸铁使用性能要求更高,目前的耐热铸铁存在的问题主要表现在导热性差、抗热冲击性能差、高脆性、废品率高、使用寿命短等等,为了解决这些问题,在铸铁浇注前采取有效的变质处理显得尤为重要,目前采用鹅变质剂为硅、铝、钙、铜、钛、铌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,促进石墨球化,提高致密度,改善高温机械性能,然而在实际使用时存在原料利用率低,生产成本高等因素的制约,近年来兴起利用纳米材料作为变质剂,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,改善耐热铸铁机械性能,为了实现上述目的,本发明提供一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法,采用的技术方案如下:
一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热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:硅微粉1-3、碱式碳酸锌0.2-0.3、氟化钠1-2、纳米氧化铒0.1-0.2、硫化锰0.2-0.3、铬粉2-4、钽粉1-2、钨粉0.4-0.6、纳米氮化硼1-3、多壁碳纳米管3-5、硅钙合金粉5-8、浓度为10-12%的乙醇水溶液25-30、磷酸二氢镁1-2、助剂0.5-1。
所述的助剂由以下重量份的原料制成:不锈钢纤维微粉2-3、硅锶孕育剂4-5、浓度为20-30%的PAG淬火液3-5、木质素磺酸钠0.5-0.8、氧化锰1-3、偏硼酸钙0.8-1、有机膨润土2-3、水12-15,制备方法为:先将木质素磺酸钠、偏硼酸钙溶于水中,随后在水溶液中投入有机膨润土,搅拌混合20-30min后研磨处理1-2h,得改性有机膨润土均浆,随后再将其它剩余物料加入有机膨润土均浆中,继续搅拌混合2-3h,即得掺杂不锈钢纤维微粉的增强增韧复合孕育助剂。
所述的一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为:
(1)先将硅微粉、铬粉、钽粉、钨粉与硅钙合金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)将纳米氧化铒、纳米氮化硼与多壁碳纳米管混合,投入10-15重量份的乙醇水溶液中,密闭高速搅拌混合10-15h,得多壁碳纳米管负载纳米氧化铒-氮化硼的复合浆料备用;
(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,混合浆料高速搅拌混合12-18h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,本发明复合变质剂以高热稳定、高比表面积、高强度、高韧性的多壁碳纳米管负载的纳米氧化铒、纳米氮化硼,提高了纳米材料在熔液中的分散性和活性,不易烧蚀;而铬钽钨-硅钙合金粉改善了传统硅钙变质剂的性能,提高了铸铁的韧性和抗热氧化能力;将纳米材料与复合合金粉相互粘结负载,极大的提高了原料的利用率,该变质剂促进了铸铁的石墨化进程,有效改善耐热铸铁的综合力学性质,得到的铸件致密,耐腐蚀磨损,热稳定性好,且较之传统变质剂使用更为便捷,生产成本更低。
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:硅微粉2、碱式碳酸锌0.2、氟化钠1.4、纳米氧化铒0.1、硫化锰0.2、铬粉3、钽粉1、钨粉0.5、纳米氮化硼2、多壁碳纳米管4、硅钙合金粉6、浓度为12%的乙醇水溶液26、磷酸二氢镁1、助剂0.5。
所述的助剂由以下重量份的原料制成:不锈钢纤维微粉3、硅锶孕育剂4.5、浓度为25%的PAG淬火液4、木质素磺酸钠0.6、氧化锰2、偏硼酸钙0.8、有机膨润土2、水14,制备方法为:先将木质素磺酸钠、偏硼酸钙溶于水中,随后在水溶液中投入有机膨润土,搅拌混合30min后研磨处理1.5h,得改性有机膨润土均浆,随后再将其它剩余物料加入有机膨润土均浆中,继续搅拌混合3h,即得掺杂不锈钢纤维微粉的增强增韧复合孕育助剂。
所述的一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为:
(1)先将硅微粉、铬粉、钽粉、钨粉与硅钙合金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400目筛,得合金粉备用;
(2)将纳米氧化铒、纳米氮化硼与多壁碳纳米管混合,投入12重量份的乙醇水溶液中,密闭高速搅拌混合12h,得多壁碳纳米管负载纳米氧化铒-氮化硼的复合浆料备用;
(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,混合浆料高速搅拌混合15h后热风干燥,完全除去水份,破碎成细粉状,即得。
本实施例以RTCr16为例,使用方法为:在RTCr16制造过程中使用包底冲入法分别加入0.40wt%、0.60wt%、0.80wt%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 | 638MPa | 665MPa | 688MPa |
布氏硬度 | 452HB | 475HB | 490HB |
伸长率 | 5.8% | 8.7% | 10.2% |
氧化速率(850℃×100h) | 4.6g/m2.h | 3.3g/m2.h | 2.0g/m2.h |
生长率 | 6.2% | 4.2% | 2.8% |
Claims (2)
1.一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热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:硅微粉1-3、碱式碳酸锌0.2-0.3、氟化钠1-2、纳米氧化铒0.1-0.2、硫化锰0.2-0.3、铬粉2-4、钽粉1-2、钨粉0.4-0.6、纳米氮化硼1-3、多壁碳纳米管3-5、硅钙合金粉5-8、浓度为10-12%的乙醇水溶液25-30、磷酸二氢镁1-2、助剂0.5-1;
所述的助剂由以下重量份的原料制成:不锈钢纤维微粉2-3、硅锶孕育剂4-5、浓度为20-30%的PAG淬火液3-5、木质素磺酸钠0.5-0.8、氧化锰1-3、偏硼酸钙0.8-1、有机膨润土2-3、水12-15,制备方法为:先将木质素磺酸钠、偏硼酸钙溶于水中,随后在水溶液中投入有机膨润土,搅拌混合20-30min后研磨处理1-2h,得改性有机膨润土均浆,随后再将其它剩余物料加入有机膨润土均浆中,继续搅拌混合2-3h,即得掺杂不锈钢纤维微粉的增强增韧复合孕育助剂。
2.如权利要求1所述的一种铬钽钨-硅钙合金负载纳米氧化铒-氮化硼的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法,其制备方法为:
(1)先将硅微粉、铬粉、钽粉、钨粉与硅钙合金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)将纳米氧化铒、纳米氮化硼与多壁碳纳米管混合,投入10-15重量份的乙醇水溶液中,密闭高速搅拌混合10-15h,得多壁碳纳米管负载纳米氧化铒-氮化硼的复合浆料备用;
(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,混合浆料高速搅拌混合12-18h后热风干燥,完全除去水份,破碎成细粉状,即得。
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