CN101623754B - 纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金的制备工艺，其特征是在纳米陶瓷粉中加入作为粘结剂的熔剂，混合制成块状或粒状，在生产耐磨铸件时加入到熔炼炉、铁水包或铸型中，通过铸造的方法得到纳米陶瓷弥散强化铸造合金或铁基复合材料。本发明工艺可以得到均匀分布纳米陶瓷颗粒的耐磨材料铸件，通过纳米陶瓷颗粒的加入得到异质形核，细化晶粒，提高材料的耐磨性；其生产工艺简单，无须特殊设备，普通铸造工厂即可生产。
Description
技术领域
本发明属于纳米陶瓷弥散强化铸造合金及铁基复合材料制备领域。
背景技术
电力、冶金、矿山、建材等领域广泛使用的易损件通常采用普通金属耐磨材料，而普通铸造耐磨材料由于受化学成分的限制，硬质相化合物的硬度不但偏低，而且其体积分数也偏低，影响了材料的耐磨性。为了提高铸造耐磨材料的使用寿命，人们研究各种复合材料耐磨零件，弥散强化铸造合金就是其中的一种。但是，若采用强碳化物形成元素弥散强化，金属元素的加入量有限，耐磨性提高幅度不明显；若直接加入能够弥散分布于金属液中的金属陶瓷粉，则可提高陶瓷粉体积分数，进而提高材料耐磨性，但由于湿润问题金属陶瓷粉不一定能均匀、弥散分布于液态金属中，大多会漂浮于熔渣中，起不到弥散强化的作用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金的制备工艺，以期得到均匀分布纳米陶瓷颗粒的耐磨材料铸件，通过纳米陶瓷颗粒的加入得到异质形核，细化晶粒，提高材料的耐磨性。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金制备工艺的特点是在纳米陶瓷粉中加入能作为粘结剂的熔剂，混合制成块状或粒状，在生产耐磨铸件时加入到熔炼炉、铁水包或铸型中，通过铸造的方法得到纳米陶瓷弥散强化铸造合金或铁基复合材料。
本发明纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金制备工艺按如下步骤进行操作：
a、纳米氮化钛或碳化钛∶硼砂∶碳酸钠∶水按重量比为100∶1∶0.5∶7～10称取原料，将硼砂和碳酸钠加入水中边加热边搅拌，直至热水完全溶解得硼砂和碳酸钠的水溶液，将所述硼砂和碳酸钠的水溶液与纳米氮化钛或碳化钛混合并搅拌均匀，用模具制成块状或粒状坯料，所述块状或粒状坯料经200℃烘干即得纳米陶瓷粉混合料；
b、采用铸造生产工艺，将所述纳米陶瓷粉混合料按铁水或钢水重量的0.2％～0.4％加入在即将出炉的熔炼炉中，或在出炉前加入浇包中，完成铸造即得纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金；
或对于重量超过100公斤的中大型铸件，将所述纳米陶瓷粉混合料放置在直浇口底部，浇注时，纳米陶瓷粉混合料随着金属液进入铸型，凝固后即得纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金。
与已有技术相比，本发明有效果体现在：
1、本发明是将高硬度纳米陶瓷粉和作为粘结剂的适量熔剂混合，制成块状，加入熔炼炉、铁水包或型腔中，通过铸造成型，得到均匀分布纳米陶瓷颗粒的耐磨材料铸件，通过调整纳米陶瓷的加入量可调节其体积分数，在保证材料冲击韧性的前提下，纳米陶瓷体积分数越大，材料耐磨性越高，另由于纳米陶瓷颗粒的加入可得到异质形核，细化了碳化物晶粒，也相应提高了材料的耐磨性。
2、本发明大大降低了该类材料的制备成本，生产工艺简单，无须特殊设备，普通铸造工厂即可生产。
具体实施方式
具体实施中，纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金的制备按如下步骤进行：
1、根据耐磨铸件的结构、使用场合和工况条件因素选择纳米陶瓷粉。
2、将纳米陶瓷粉和一定量的熔剂混合均匀并制成块状或粒状。
3、根据耐磨铸件使用条件、结构尺寸等因素可选择炉内加入、包内加入，或型内加入的方法。
4、浇注铸件。
5、铸件冷却后即得纳米陶瓷弥散强化铸造合金，也可称为铁基复合材料。
实施例1：
在高铬铸铁KmTBCr26板锤中加入纳米陶瓷粉混合料，浇注重量为280公斤。
纳米陶瓷粉混合料的重量配比为：纳米氮化钛100g，硼砂1g，碳酸钠0.5g。
纳米陶瓷粉混合料的制备：将称量好的硼砂和碳酸钠放入7～10ml水中，边加热边搅拌，直至硼砂和碳酸钠完全溶解得溶液，硼砂和碳酸钠在常温水中溶解度低，加热60至80℃时可以完全溶解得到溶液；将溶液和纳米氮化钛混合均匀，在模具中成型做成块状后置于烘箱中烘干，烘干温度为200℃，烘干时间30分钟，得纳米陶瓷粉混合料。
纳米陶瓷粉混合料的加入量为：加入量为铁水重量的0.2％。
加入方法：采用冲入法，即出铁水前将纳米陶瓷粉混合料块置于铁水包中。
浇注试样，通过金相显微镜观察，其一次碳化物尺度减小50％左右，耐磨性明显提高。
实施例2：
在高锰钢ZGMn13中加入纳米陶瓷粉混合料，产品为破碎机锤头，浇注重量为80kg。
纳米陶瓷粉混合料的重量配比为：纳米氮化钛100g，硼砂1g，碳酸钠0.5g。
纳米陶瓷粉混合料的制备：将称量好的硼砂和碳酸钠放入10ml水中，加热边搅拌，直至硼砂和碳酸钠完全溶解，将溶液和纳米氮化钛混合均匀，在模具中成型做成块状后置于烘箱中烘干，烘干温度为200℃，烘干时间30分钟。
纳米陶瓷粉混合料的加入量为：加入量为钢水重量的0.3％。
加入方法：采用冲入法，即出铁水前将纳米陶瓷粉混合料块置于铁水包中。
浇注试样，通过金相显微镜观察，在奥氏体中均匀分布大量陶瓷颗粒。材料耐磨性有明显提高。
Claims (1)
1.纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金的制备工艺，所述制备工艺是在纳米陶瓷粉中加入能作为粘结剂的熔剂，混合制成块状或粒状，在生产耐磨铸件时加入到熔炼炉、铁水包或铸型中，通过铸造的方法得到纳米陶瓷弥散强化铸造合金或铁基复合材料；其特征是按如下步骤进行操作：
a、纳米氮化钛或碳化钛∶硼砂∶碳酸钠∶水按重量比为100∶1∶0.5∶7～10称取原料，将硼砂和碳酸钠加入水中边加热边搅拌，直至热水完全溶解得硼砂和碳酸钠的水溶液，将所述硼砂和碳酸钠的水溶液与纳米氮化钛或碳化钛混合并搅拌均匀，用模具制成块状或粒状坯料，所述块状或粒状坯料经200℃烘干即得纳米陶瓷粉混合料；
b、采用铸造生产工艺，将所述纳米陶瓷粉混合料按铁水或钢水重量的0.2％～0.4％加入在即将出炉的熔炼炉中，或在出炉前加入浇包中，完成铸造即得纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金；
或对于重量超过100公斤的中大型铸件，将所述纳米陶瓷粉混合料放置在直浇口底部，浇注时，纳米陶瓷粉混合料随着金属液进入铸型，凝固后即得纳米陶瓷粉弥散强化铸造合金。
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