一種納米金屬變質劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬冶煉變質技術領域，具體涉及一種納米金屬劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 變質劑廣泛用于冶金行業，變質處理是改善合金微觀組織，提高合金力學性能的 常用有效手段，尤其在細化合金微觀組織，進而改善合金的強度、硬度、生長率、沖擊韌性及 熱穩定性等方面，具有重要作用和意義。常用變質劑分為合金變質劑和化合物變質劑兩大 類。合金變質劑中的變質元素以單質和(或)金屬間化合物形式存在，加入金屬熔體后熔融 并擴散到熔體中，發揮變質作用。鹽類變質劑中的變質元素以化合物形式存在，加入金屬熔 體后與熔體金屬發生置換反應，變質元素進入熔體，發揮變質作用，從變質劑的制備及應用 全流程看，合金變質經歷異地的冶煉、變質劑制備、變質處理等多個環節，經歷多次加熱及 重熔，能耗大，燒損大，資源、能源利用率低，還可能存在變質合金不良組織遺傳惡化變質效 果等問題。與合金變質劑相比，化合物變質劑制造成本較低，技術經濟性更好。化合物變質 劑加入熔體金屬后，必須與熔體金屬發生置換反應，變質元素才能進入熔體，發揮變質作 用。因此要求變質劑與熔體間有足夠的接觸界面，以實現化學反應和界面傳質的動力學和 熱力學過程。現有技術的化合物變質劑多為粉狀，無論以固相形式與熔體接觸，還是以熔鹽 形式與熔體接觸，其接觸面積均較小，化學反應和界面傳質阻力大，導致變質劑利用率(吸 收率)低，增加變質劑用量則會加大生產成本并帶入較多雜質，而且，有時增加變質劑用量 后，金屬熔體中變質元素含量仍達不到要求。
[0003]根據國內外研究資料顯不，要大幅度提尚鋼鐵材料的綜合性能最有效的辦法就是 凈化鋼水和鐵水、細化晶粒、彌散硬化、合理的熱處理工藝等技術是提高材料性能和質量的 最有效的措施。
[0004] 近年來人們將納米材料作為變質劑引入到剛鐵的冶煉過程中，納米材料具有許多 特殊的性能，如韌性高、耐磨性高等。納米變質技術打破了鋼鐵耐磨材料生產中的一些常規 規律。通常，在鋼鐵耐磨材料強化過程中提高硬度必然伴隨韌性下降，但由于納米合金變質 劑的高表面活性以及它在細化晶粒過程中同時起到彌散硬化作用，所以經常能夠達到同時 提高合金硬度及韌性的綜合效果。由于納米材料特有的性質，如何將納米粒子加入到鋼鐵 材料液體中的始終是一個非常困難的課題，這也制約著納米材料的應用。

【發明內容】

[0005] (一)解決的技術問題
[0006] 針對現有技術的不足，本發明提供一種納米金屬變質劑及其制備方法，本發明一 種納米金屬變質劑是以分散尺寸極細并有巨大表面能的納米材料為主體的特種添加劑，既 能增加結晶核心，明顯的細化晶粒和改變基體組織結構，又能在組織中形成均勻分布的硬 質點，阻礙晶體滑移和磨損，同時提高鋼鐵材料的強度、硬度和韌性。本發明納米金屬變質 劑在保證產品使用性的同時，可減少生產加工工藝，減少部分稀貴金屬的使用，降低成本， 節約資源。
[0007] (二)技術方案
[0008] 本發明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來是實現：
[0009] -種納米金屬變質劑，其原料按質量份構成為:納米SiC10-l 5份，娃錯合金粉10-20份，K20粉5-10份，Na20粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結劑3-5份， 余量為鈦鐵粉。
[0010] -種納米金屬變質劑，所述納米粉為納米SiC、納米TiN和納米VN中的一種。
[0011] -種納米金屬變質劑，所述粘結劑為玻璃水和膨潤土，其中膨潤土的質量為粘結 劑質量的2%，余量為玻璃水。
[0012] -種納米金屬變質劑，所述納米SiC的粒徑小于50nm。
[0013] -種納米金屬變質劑的制備方法，按以下步驟操作：
[0014] 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a;
[0015] 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b;
[0016] 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘結劑攪拌均勻。
[0017](三)有益效果
[0018] 本發明提供了一種納米金屬變質劑及其制備方法，本發明納米金屬變質劑加入鋼 水或鐵水中，其中的納米硬質顆粒可以直接作為形核中心，大大增加成晶數量和細化晶粒 尺寸，改善合金的硬度、韌性、抗拉和耐磨性，具有細晶強化的作用;本發明納米金屬變質劑 采用的納米粉體系為納米碳、氮化物，晶格為立方型，高熔點、高硬度，表面活性大，晶格匹 配度高，顆粒分布均勻（30_50nm)，可以自發的填補晶體中的缺陷，在組織中形成均勻分布 的硬質點，阻礙晶體滑移和磨損，對合金起到彌散強化的作用;在保證本發明納米金屬變質 劑產品使用性的同時，可適當調整或取消部分生產加工工藝，減少或取消部分稀貴金屬的 使用，降低成本，節約資源，實現節能、可持續發展。
【具體實施方式】
[0019] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例， 對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部 分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出 創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0020] 實施例1:
[0021] 本實施例中納米金屬變質劑的原料及構成如下：納米SiC12份，娃錯合金粉15份， K20粉8份，Na20粉5份，CaO粉5份，Mg粉12份，硼鐵粉8份，粘結劑5份，鈦鐵粉30份。
[0022]制備方法：
[0023] 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a;
[0024] 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b;
[0025] 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混 合料c中加入粘結劑攪拌均勻。
[0026] 含納米SiC陶瓷顆粒的納米金屬變質劑除具有細化晶粒和彌散強化的功能外，SiC 陶瓷粉硬度高，介于剛玉和金剛石之間，可彌散于金屬基體中，提高基體的硬度、強度及耐 磨性。駐馬店某公司為專業生產汽車零部件的企業。在鑄造高強度鑄鐵HT250-300的過程 中，出現疏松性較差、成品率不高等問題。其主要原因為:產品致密不好，晶粒粗大。為決解 這些問題，將本實施例制備的納米金屬變質劑加入鋼水中，納米金屬變質劑按鋼水重量的 0.1%加入。實驗結果證明，使用本實施例中的納米金屬變質劑產品后其鑄件的致密性大大 提高，晶粒細化效果明顯。充分的解決了其疏松性問題。成品率從原來的30-40%提高gO-98% 以上。
[0027] 實施例2:
[0028]本實施例中納米金屬變質劑的原料及構成如下：納米TiN15份，娃錯合金粉15份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉16份，硼鐵粉8份，粘結劑5份，鈦鐵粉35份。
[0029]本實施例的制備方法同實施例1。
[0030] 納米TiN與奧氏體晶格匹配度高，含納米TiN陶瓷顆粒的金屬變質劑能夠強烈的細 化奧氏體晶粒，大幅度的提高金屬的韌性。馬鞍山某鑄造廠，襯板韌性不足，易碎。將本實施 例制備的納米金屬變質劑加入鋼水中，納米金屬變質劑按鋼水重量的0.1 %加入，經納米變 質劑變質后，晶粒明顯細化，鑄態初性提尚了35%，熱處理后初性提尚了 100%。大大提升襯 板的使用壽命。
[0031] 實施例3:
[0032]本實施例中納米金屬變質劑的原料及構成如下：納米VN12份，娃錯合金粉20份， K20粉8份，Na20粉8份，CaO粉5份，Mg粉14份，硼鐵粉8份，粘結劑4份，鈦鐵粉40份。
[0033]本實施例的制備方法同實施例1。
[0034]納米VN具有優良的晶格匹配度及硬度，因此，含納米VN陶瓷顆粒的金屬變質劑綜 合效果優良，可明顯的提高基體的韌性及強度，大幅度的提高金屬的綜合力學性能及耐磨 性。湖北某特鋼廠想開發出高體機械性能的H13新鋼種。經本實施例制備的納米金屬變質劑 變質后，H13的強度和韌性都有了明顯的提高，其中，縱向沖擊功提高26.29 % ;橫向沖擊功 提尚112.89%。大大提升了鋼種的品質。
[0035]表1變質前后強度對比表 [0036]
[0037]表2變質前后韌性對比表 [0038]
[0039]需要說明的是，在本文中，諸如術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋 非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0040]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例 對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施 例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者 替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1. 一種納米金屬變質劑，其特征在于其原料按質量份構成為:納米SiC10-15份，娃錯合 金粉10-20份，K20粉5-10份，Na20粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結 劑3-5份，余量為鈦鐵粉。2. 根據權利要求1所述的納米金屬變質劑，其特征在于:所述納米粉為納米SiC、納米 TiN和納米VN中的一種。3. 根據權利要求1所述的納米金屬變質劑，其特征在于：所述粘結劑為玻璃水和膨潤 土，其中膨潤土的質量為粘結劑質量的2 %，余量為玻璃水。4. 根據權利要求1所述的納米金屬變質劑，其特征在于:所述納米SiC的粒徑小于50nm。5. -種如權利要求1-4其中之一所述的納米金屬變質劑的制備方法，其特征在于按以 下步驟操作： 步驟一、將納米粉和硅鋁合金粉混合均勻得到混合料a; 步驟二、將所述混合料a、K20粉、Na20粉和CaO粉混合均勻得到混合料b; 步驟三、將所述混合料b、Mg粉、硼鐵粉和鈦鐵粉混合均勻得到混合料c，向所述混合料c中加入粘結劑攪拌均勻。
【專利摘要】本發明公開了一種納米金屬變質劑，其原料按質量份構成為：納米粉10-15份，硅鋁合金粉10-20份，K2O粉5-10份，Na2O粉3-9份，CaO粉2-8份，Mg粉10-16份，硼鐵粉5-10份，粘結劑3-5份，余量為鈦鐵粉；所述粘結劑為玻璃水和膨潤土。本發明納米金屬變質劑有細化晶粒的作用，既能提高材料的強度,又能提高材料塑性,同時也能顯著提高其力學性能，本發明能顯著地提高鋼鐵材料的強度、硬度和韌性。
【IPC分類】C21C7/00, B22F1/00
【公開號】CN105483326
【申請號】CN201510939634
【發明人】王永妍
【申請人】王永妍
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月16日