CN106676384A - 一种镍铜铬‑硅钙合金负载纳米二氧化硅‑银的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法 - Google Patents

一种镍铜铬‑硅钙合金负载纳米二氧化硅‑银的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐热铸铁用变质剂,具体涉及一种镍铜铬‑硅钙合金负载纳米二氧化硅‑银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介孔二氧化硅、纳米银,提高了纳米材料在熔液中的分散性和活性,能有效的形成非自发晶核,促进石墨化,提高抗氧化性,而镍铜铬‑硅钙合金粉改善了传统硅钙变质剂的性能,提高了铸铁的耐热性和耐磨蚀性;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,且较之传统变质剂使用更为便捷,生产成本更低。

Description

一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银的耐热铸铁用复 合变质剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐热铸铁用变质剂,具体涉及一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银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,本发明提供一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银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:
一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银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:钛酸锂0.2-0.3、羰基镍粉2-3、氟化钠1-2、硅钡钙微粉2-3、纳米介孔二氧化硅2-3、纳米银0.5-0.8、铜粉2-3、铬粉1-3、多壁碳纳米管2-4、浓度为10-12%的乙醇水溶液25-30、硅钙合金粉5-8、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。
所述的一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为:
(1)先将羰基镍粉、硅钡钙微粉、铜粉、铬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)将纳米介孔二氧化硅、纳米银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复合纳米材料的复合浆料备用;
(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介孔二氧化硅、纳米银,提高了纳米材料在熔液中的分散性和活性,能有效的形成非自发晶核,促进石墨化,提高抗氧化性,而镍铜铬-硅钙合金粉改善了传统硅钙变质剂的性能,提高了铸铁的耐热性和耐磨蚀性;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,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:钛酸锂0.2、羰基镍粉3、氟化钠1.8、硅钡钙微粉3、纳米介孔二氧化硅2、纳米银0.8、铜粉3、铬粉1、多壁碳纳米管4、浓度为12%的乙醇水溶液28、硅钙合金粉6、磷酸二氢镁1.8、助剂0.7。
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。
所述的一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为:
(1)先将羰基镍粉、硅钡钙微粉、铜粉、铬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)将纳米介孔二氧化硅、纳米银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14h,得多壁碳纳米管负载复合纳米材料的复合浆料备用;
(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16h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 615MPa 635MPa 665MPa
布氏硬度 416HB 432HB 456HB
伸长率 6.8% 8.4% 11.3%
氧化速率(850℃×100h) 4.5g/m2.h 2.6g/m2.h 1.4g/m2.h
生长率 6.2% 3.4% 2.2%

Claims (2)

1.一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银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:钛酸锂0.2-0.3、羰基镍粉2-3、氟化钠1-2、硅钡钙微粉2-3、纳米介孔二氧化硅2-3、纳米银0.5-0.8、铜粉2-3、铬粉1-3、多壁碳纳米管2-4、浓度为10-12%的乙醇水溶液25-30、硅钙合金粉5-8、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所述的一种镍铜铬-硅钙合金负载纳米二氧化硅-银的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法,其制备方法为:
(1)先将羰基镍粉、硅钡钙微粉、铜粉、铬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)将纳米介孔二氧化硅、纳米银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复合纳米材料的复合浆料备用;
(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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