CN107043886A - 一种镍铝锰‑硅钙合金负载纳米氧化锆‑氮化钽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，具体涉及一种镍铝锰‑硅钙合金负载纳米氧化锆‑氮化钽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锆、纳米二硼化钛，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，而镍铝锰‑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高热稳定性能力；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，得到的铸件冲击韧性和强度均获得提高，组织细化致密，且较之传统变质剂使用更为便捷，生产成本更低。

Description

一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽的耐热铸铁用 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，具体涉及一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽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，本发明提供一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽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：
一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽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：镍包铝粉2-4、氟化钠1-2、纳米氧化锆1-2、纳米二硼化钛0.4-0.6、纳米氮化钽1-1.5、铜粉2-3、硅钙合金粉5-8、高碳锰铁粉2-3、多壁碳纳米管1-3、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。
所述的一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为：
（1）先将镍包铝粉、铜粉、高碳锰铁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）将纳米氧化锆、纳米二硼化钛、纳米氮化钽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氧化锆、纳米二硼化钛，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，而镍铝锰-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高热稳定性能力；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，得到的铸件冲击韧性和强度均获得提高，组织细化致密，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：镍包铝粉3、氟化钠1.2、纳米氧化锆1.5、纳米二硼化钛0.5、纳米氮化钽1.2、铜粉3、硅钙合金粉6、高碳锰铁粉2、多壁碳纳米管2、浓度为10%的乙醇水溶液28、磷酸二氢镁2、助剂0.8。
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。
所述的一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽的耐热铸铁用复合变质剂的制备方法为：
（1）先将镍包铝粉、铜粉、高碳锰铁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350目筛，得合金粉备用；
（2）将纳米氧化锆、纳米二硼化钛、纳米氮化钽与多壁碳纳米管混合，投入14重量份的乙醇水溶液中，密闭高速搅拌混合13h，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 638MPa 674MPa 714MPa
布氏硬度 432HB 455HB 488HB
伸长率 9.4% 10.2% 12.8%
氧化速率（850℃×100h） 2.8g/m2.h 2.0g/m2.h 1.2g/m2.h
生长率 4.0% 3.4% 2.0%

Claims (2)

1.一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽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：镍包铝粉2-4、氟化钠1-2、纳米氧化锆1-2、纳米二硼化钛0.4-0.6、纳米氮化钽1-1.5、铜粉2-3、硅钙合金粉5-8、高碳锰铁粉2-3、多壁碳纳米管1-3、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所述的一种镍铝锰-硅钙合金负载纳米氧化锆-氮化钽的耐热铸铁用复合变质剂及其制备方法，其制备方法为：
（1）先将镍包铝粉、铜粉、高碳锰铁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）将纳米氧化锆、纳米二硼化钛、纳米氮化钽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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