一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢及其制备方法，属于钢材技术领域。包括以下步骤：S1.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物的制备；S2.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物经等离子体化冷凝形成铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒；S3.铁包覆NbB2+NbC颗粒尺寸筛选和制成线材；S4.纳米陶瓷颗粒强化不锈钢的制备。本发明专利技术制备的不锈钢比不加纳米颗粒的不锈钢的性能明显强化，具有着重要的实际应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢材
，具体涉及一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业升级改造，制造业对于先进高性能材料性能的需求不断提高。开发先进的具有功能性的纳米材料来强化金属材料实现金属的高效强化是一个创新的，突破现有强化技术的一个重要强化方法。但是纳米颗粒极易团聚和表面吸附，不但会造成纳米颗粒的表面污染，有损强化金属与陶瓷颗粒的界面结合，同时由于纳米陶瓷颗粒极易团聚，纳米颗粒团聚体不但不能发挥最大的强化效果，反而会有害，形成诱发裂纹萌生的裂纹源。因此，如何制备出有利于在金属中分散的纳米颗粒，从而实现最大化的强化金属材料是制备nm强化金属功能性材料的一个重要发展方向。具有极高的技术和实际价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢及其制备方法，通过表面包覆金属有利于纳米颗粒和金属熔体的润湿，有利于陶瓷颗粒在金属熔体中的分散，制备过程简单易控制和自动化；同时该技术方案显著解决了纳米颗粒在金属熔体中分散的问题。制备的不锈钢比不加纳米颗粒的不锈钢的性能明显强化，具有着重要的实际应用价值。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]本专利技术提供一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物的制备；
[0007]S2.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物经等离子体化冷凝形成铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒；
[0008]S3.铁包覆NbB2+NbC颗粒尺寸筛选和制成线材；
[0009]S4.纳米陶瓷颗粒强化不锈钢的制备。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1包括：将30
‑
60重量份微米NbB2粉、20
‑
35重量份微米NbC粉、50
‑
95重量份微米铁粉放入预混机内，预混30
‑
90min，放入混料罐中，将混料机的转数设置为10
‑
100r/min，混料时间设置为10
‑
25h；将完成的粉料取出，得到微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述微米NbB2粉尺寸为20
‑
150微米，纯度99.5％；所述微米NbC粉尺寸为20
‑
150微米，纯度99.5％；所述微米铁粉尺寸为30
‑
300微米，纯度99.5％。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2包括：在真空反应室内充入惰性保护气氛，利用高频电源和直流电源产生稳定的惰性混合气体热等离子体，用惰性气体将微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物吹进反应室，得到铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述惰性保护气氛的气压0.02
‑
0.04MPa，所述微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物吹的速度为5
‑
50m/s。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3包括：取出铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒，将300nm以下的颗粒筛选出来，作为成品；将颗粒尺寸大于300nm作为原料，再经过步骤S2，直到收集的铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒尺寸都为300nm以下的为止；将尺寸合格的铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒与微米铁粉混合，放入行星式混料机中混合2
‑
5h；用0.3
‑
0.5mm厚的钢带旋转包覆铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒与铁粉混合物，制备成直径8
‑
10mm的线材。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述微米铁粉的尺寸为20
‑
100微米；所述铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒与微米铁粉的质量比为1：2
‑
4。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤S4包括：将电炉熔炼的不锈钢钢液出钢进入钢包内，然后进入LF钢包精炼炉，精炼，在精炼开始后，将步骤S3制得的线材，插入LF钢包精精炼炉，加入纳米NbB2+NbC颗粒的总质量占钢液的总质量为0.02
‑
0.15wt.％，同步向钢液中吹高纯氩气促进钢液对流和纳米颗粒分散，随后，钢包进入VD钢包精炼炉，进行吹氧脱碳，并进行真空精练，随后进行模铸成钢锭，再将钢锭进行电渣重熔，之后进行锻造，经300
‑
400℃退火处理，再钢锭加热到860
‑
890℃，油淬，再经500
‑
560℃高温回火，制得纳米陶瓷颗粒强化不锈钢。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述钢液成分如下：C：0.035
‑
0.047wt.％；Si：0.35
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0.50wt.％；Mn：0.35
‑
0.48wt.％；P：≤0.020wt.％；S≤0.006wt.％；Cr：15.20
‑
15.60wt.％；Ni：4.30
‑
4.47wt.％；Cu：3.20
‑
3.40wt.％；Nb+Ta：0.22
‑
0.30wt.％。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述出钢温度为1500
‑
1700℃，所述精炼的时间为15
‑
25min；所述真空精练的时间为20
‑
40min；所述锻造比≥10。
[0019]本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的纳米陶瓷颗粒强化不锈钢。
[0020]经过多次实验和总结分析，专利技术人得出纳米NbB2+NbC颗粒的最佳添加量为0.05wt.％，。所述材料的经纳米强化后组织明显细化，力学性能提升，尤其是冲击韧性提高明显。
[0021]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过高频感应等离子体法制备铁包覆纳米NbB2和NbC混合颗粒，原料为微米尺寸的铁粉和微米尺寸的NbB2和NbC颗粒，成本低。利用高频电源和直流电源产生稳定的惰性混合气体热等离子体作用于微米铁粉和微米尺寸的NbB2和NbC颗粒混合物，然后在冷凝室中冷凝形成尺寸小的纳米陶瓷颗粒，因为陶瓷熔点高，纳米陶瓷先生成，后凝固的铁在纳米陶瓷表面形核，实现对纳米陶瓷颗粒的包覆。该专利技术涉及的技术方案可大批量制备镍包覆纳米颗粒强化不锈钢，表面包覆金属有利于纳米颗粒和金属熔体的润湿，有利于陶瓷颗粒在金属熔体中的分散，制备过程简单易控制和自动化；同时该技术方案显著解决了纳米颗粒在金属熔体中分散的问题。制备的不锈钢比不加纳米颗粒的不锈钢的性能明显强化，具有着重要的实际应用价值。
[0022]本专利技术利用高频感应等离子体法，使NbB2+NbC颗粒表面被铁层包覆，避免了颗粒与基体之间有害的界面反应，改善了颗粒与基体之间的润湿性。同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米陶瓷颗粒强化不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物的制备；S2.微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物经等离子体化冷凝形成铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒；S3.铁包覆NbB2+NbC颗粒尺寸筛选和制成线材；S4.纳米陶瓷颗粒强化不锈钢的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：将30
‑
60重量份微米NbB2粉、20
‑
35重量份微米NbC粉、50
‑
95重量份微米铁粉放入预混机内，预混30
‑
90min，放入混料罐中，将混料机的转数设置为10
‑
100r/min，混料时间设置为10
‑
25h；将完成的粉料取出，得到微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微米NbB2粉尺寸为20
‑
150微米，纯度99.5％；所述微米NbC粉尺寸为20
‑
150微米，纯度99.5％；所述微米铁粉尺寸为30
‑
300微米，纯度99.5％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：在真空反应室内充入惰性保护气氛，利用高频电源和直流电源产生稳定的惰性混合气体热等离子体，用惰性气体将微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物吹进反应室，得到铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述惰性保护气氛的气压0.02
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0.04MPa，所述微米铁粉和微米NbB2+NbC粉体混合物吹的速度为5
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50m/s。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3包括：取出铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒，将300nm以下的颗粒筛选出来，作为成品；将颗粒尺寸大于300nm作为原料，再经过步骤S2，直到收集的铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒尺寸都为300nm以下的为止；将尺寸合格的铁包覆的纳米NbB2+NbC陶瓷混合颗粒与微米铁粉混合，放入行星式混料机中混合2
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【专利技术属性】
技术研发人员：邱丰，姜颖，王慧远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：