改性球化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料化学技术领域，具体涉及一种改性球化剂及其制备方法；包括如下质量分数的原料：球化剂60‑90wt％，微米碳化硅10‑20wt％，纳米碳化硅2‑10wt％；本发明专利技术提供的改性球化剂，能增加CADI的形核数量，优化球化过程。 1

【技术实现步骤摘要】
改性球化剂及其制备方法
本专利技术属于材料化学
，具体涉及一种改性球化剂及其制备方法。
技术介绍
在水泥、矿山、火力发电等工业领域，常用的破碎设备需要使用耐磨性高的铬系耐磨材料。近年来，由于战略资源的减少，有关高碳铬铁的原料价格一路攀升，提高了制造企业的生产成本。为帮助企业降本提效，有关非铬或少铬系耐磨材料的研发势在必行。含碳化物等温淬火球墨铸铁(简称CADI)是由等温淬火球墨铸铁(简称ADI)派生出的一种新型球铁材料，其金相显微组织为：针状铁素体+残余奥氏体+石墨球+碳化物，洛式硬度与高铬铸铁相当，是一种具有广泛应用前景的、有望替代高碳铬铁的优良耐磨工程材料。然而，对于厚度大于100mm的大断面球磨铸件而言，在铸造过程中，由于铸件心部冷却速度慢，结晶时间长，因而往往会出现因球化不良而产生的球化衰退、石墨球长大、石墨球数量减少等现象，降低成品CADI的综合机械性能，特别是降低了冲击韧度，容易出现脆性断裂问题，严重影响到CADI大直径铸球的应用。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种改性球化剂，能增加铸件球化时的形核数量，优化球化过程，提高铸件的综合机械性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种改性球化剂，包括如下质量分数的原料：球化剂60-90wt％，微米碳化硅10-20wt％，纳米碳化硅2-10wt％。上述技术方案的有益效果在于：纳米碳化硅属于一维纳米级材料，其晶体结构为立方结构，球墨铸铁中的金相组织主要为铁素体和奥氏体，两者均为立方结构。由此可见，纳米碳化硅和球墨铸铁的晶格匹配度高，纳米碳化硅易于熔入球墨铸铁中。纳米碳化硅具有高熔点，高硬度、表面活性大的特点，熔于球墨铸铁后可作为第二相异质核心点存在，增加铁水凝固过程中的形核中心，从而细化晶粒。根据金属脆断应力的Hall-Petch关系，我们知道，材料的屈服强度和晶粒尺寸倒数的平方根成正比。因此，晶粒细化既能提高材料的强度，又能提高材料塑性和韧性，同时也能显著提高其它力学性能。如此，可有效解决大断面球墨铸件的心部球化衰退问题，提高球墨铸铁的心部机械性能，既能从整体上改善球墨铸铁的机械性能。微米碳化硅可以进一步增加纳米碳化硅的作用效果，两者同时使用，可以增加纳米碳化硅同球化剂的结合稳定性和混合均匀性。此外，使用微米碳化硅可以起到控制成本的作用。本专利技术提供的改性球化剂使用方便，应用性能好，适合大规模推广。优选的，所述改性球化剂包括如下质量分数的原料：球化剂80wt％，微米碳化硅14wt％，纳米碳化硅6wt％。优选的，所述球化剂选自牌号为HL-Mg5RE、HL-Mg5RE2、HL-Mg6RE、HL-Mg6RE2、HL-Mg7RE2、HL-Mg7RE3中的任意一种。需要说明的是，上述球化剂为恒利来合金有限责任公司生产的市售产品，各牌号的化学成分如下表所示：为确保能同纳米/微米碳化硅充分混合，避免分层，所述球化剂的粒径为0.5mm-1.5mm。纳米碳化硅的粒径对产品的性能影响很大，作为优选，纳米碳化硅的纯度≥97％，粒径为40-60nm，在该粒径范围内，纳米碳化硅的颗粒分布均匀，可以自发填补基体组织晶体中的缺陷，形成均匀分布的硬质点，阻碍晶体滑移和磨损，提高材料的强度、硬度和韧性。前述微米碳化硅和纳米碳化硅为合肥开尔纳米能源科技股份有限公司生产的市售产品。本专利技术的另一个目的在于提供一种如上所述改性球化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)球化剂和微米碳化硅在三维混料机中混合均匀，得到混料A；(2)向混料A中加入纳米碳化硅，混合均匀，得到混料B；(3)对混料B造粒，得到改性球化剂。纳米碳化硅和球化剂的粒径相差较大，两者直接混合时，结合不牢靠，稳定性差，混合不均匀，无法保证产品的使用性能。本专利技术先将粒径相差度较小的微米碳化硅和球化剂混合，得到混料A，再将纳米碳化硅和混料A混合，能使纳米碳化硅和球化剂的结合更牢靠，并保证分布均匀，制得的改性球化剂混合程度高。使用时，改性球化剂中的纳米碳化硅在铁水在中均匀分散开来，形成均匀的形核中心，之后铁水中游离的碳逐渐附着在该核心上形成石墨球，经凝固后，第一，石墨球体形完整、圆润，石墨球粒径较细，数量较多，对基体的割裂作用减弱；第二，石墨球大小、以及在铸件中的空间分布均匀；制得的含碳化物等温淬火球墨铸铁机械性能优良，与钢的机械性能相当。优选的，所述步骤(1)和(2)中的混合温度为常温。附图说明图1为应用实施例中样品1的金相组织结构图；图2为对比实施例中样品2的金相组织结构图。具体实施方式以下结合实施例1-6对本专利技术公开的技术方案作进一步的说明，以下实施例中，球化剂的粒径为0.5mm-1.5mm，纳米碳化硅的纯度≥97％，粒径为40-60nm。实施例1：改性球化剂的制备(1)称取牌号为HL-Mg5RE的球化剂8kg，在常温下，将该球化剂和1.4kg微米碳化硅在SYH型三维混料机中混合3-5小时，得到混料A；(2)在常温下，向混料A中加入600g纳米碳化硅，启动三维混料机混合3-5小时，得到混料B；(3)使用GHL型高效湿法混合制粒机对混料B造粒，造粒直径为3-25mm，得到改性球化剂。实施例2：改性球化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(1)中球化剂的牌号为HL-Mg5RE2；原料用量为：球化剂8kg，微米碳化硅1.4kg，纳米碳化硅0.6kg。实施例3：改性球化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(1)中球化剂的牌号为HL-Mg6RE；原料用量为：球化剂8kg，微米碳化硅1.4kg，纳米碳化硅0.6kg。实施例4：改性球化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(1)中球化剂的牌号为HL-Mg6RE2；原料用量为：球化剂8kg，微米碳化硅1.4kg，纳米碳化硅0.6kg。实施例5：改性球化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(1)中球化剂的牌号为HL-Mg7RE2；原料用量为：球化剂8kg，微米碳化硅1.4kg，纳米碳化硅0.6kg。实施例6：改性球化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(1)中球化剂的牌号为HL-Mg7RE3；原料用量为：球化剂8kg，微米碳化硅1.4kg，纳米碳化硅0.6kg。应用实施例：将实施例1制得的改性球化剂以1％的添加量装入球化包内，后依次覆盖硅铁粉和铁屑，向球化包内倒入冶炼合格的球墨铸铁水进行球化处理，铁水凝固后得样品1。所述球墨铸铁的化学成分(质量百分数，％)如表1所示：表1：CSiMnCrPSFe及杂质炉前3.802.051.550.410.0220.0072余量炉后3.682.732.100.400.0250.0075余量对比实施例：将牌号为HL-Mg5RE的球化剂装入球化包内，后依次覆盖硅铁粉和铁屑，向球化包内倒入冶炼合格的球墨铸铁水进行球化处理，铁水凝固后得样品2。所述球墨铸铁的化学成分同应用实施例。性能测试结果：分别对样品1和样品2进行检测，结果如表2、3所示：表2：表3：样品1和样品2的金相组织结构图如附图1和2所示。从表2和3，附图1和2可知：较普通球化剂而言，采用本专利技术提供的改性球化剂对球墨铸铁进行球化处理后，更能细化铸件表面和心部的石墨球粒径，提高石墨球数和球化率。也就是说，本专利技术提供的改性球化剂较普通球化剂而言具有更好的使用效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性球化剂，其特征在于，包括如下质量分数的原料：球化剂60‑90wt％，微米碳

【技术特征摘要】
1.一种改性球化剂，其特征在于，包括如下质量分数的原料：球化剂60-90wt％，微米碳化硅10-20wt％，纳米碳化硅2-10wt％。2.根据权利要求1所述的改性球化剂，其特征在于，包括如下质量分数的原料：球化剂75-85wt％，微米碳化硅10-15wt％，纳米碳化硅5-10wt％。3.根据权利要求1所述的改性球化剂，其特征在于，包括如下质量分数的原料：球化剂80wt％，微米碳化硅14wt％，纳米碳化硅6wt％。4.根据权利要求1所述的改性球化剂，其特征在于，所述球化剂选自牌号为HL-Mg5RE、HL-Mg5RE2、HL-Mg6RE、HL-Mg6RE2、HL-Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芬红，黄勇，桂劲松，徐伟，
申请(专利权)人：合肥开尔纳米能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34