[发明专利]利用铝基中间合金制备纳米颗粒增强球墨铸铁的方法

说明书

本发明公开了利用铝基中间合金制备纳米颗粒增强球墨铸铁的方法，包括如下步骤：步骤一、称取一定量的铝粉、钛粉以及B₄C粉，球磨混合后制成Al–Ti‑B₄C圆柱形压块；步骤二、用石墨纸将所述圆柱形压块包裹好放入到石墨模具中，然后一并放入高真空热爆‑热压炉，炉内抽真空至压力低于10MPa；步骤三、升高炉内温度至910～920℃，保温9～10min，然后通过自蔓延燃烧合成反应得到铝基中间合金；步骤四、采用中频感应电炉熔化铁液，将感应电炉的温度升至1550～1560℃，升温过程中依次加入生铁、锰铁和废钢；步骤五、将浇包预热，并在包坑中先加入球化剂，然后在其上面堆覆孕育剂，再将中间合金均匀铺洒在孕育剂上；步骤六、将铁水浇入到浇包中，再将铁水浇注入预先制备的砂型模具中，冷却后得到纳米颗粒增强球墨铸铁。

技术领域

本发明涉及球墨铸铁制备领域，具体涉及一种利用含有预制内生纳米颗粒的铝基中间合金制备增强球墨铸铁的方法。

背景技术

随着我国在汽车、农机、国防和基础设施建设等产业的快速发展，对于球墨铸铁性能的要求也越来越高。而近些年，我们在传统球墨铸铁强韧化方面的研究或多或少都遇到了瓶颈，传统的合金化强化、热处理强化和析出强化几乎已经达到了极限，很难在短时间内取得更大的突破。因此我们亟需探索出一种全新的、低成本的、方便快捷的并且能显著提升球墨铸铁性能的方法。而使用纳米陶瓷颗粒调控组织和性能的技术将成为球墨铸铁性能提升的新途径。通过使用含有预制内生纳米陶瓷颗粒的铝基中间合金作为球墨铸铁的增强剂具有操作简便、绿色环保、无需改变现有设备等优点。

从根本上解决了使用外加法时纳米颗粒易上浮、易偏聚、易团聚和润湿性差以及内生法时反应条件苛刻和反应物过量等问题，同时铝又能在高温下与氧反应生成Al₂O₃，以熔渣的形式浮于铁水表面，降低铁水含氧量。新型球墨铸铁的研发能够提高相关零部件的性能表现，延长其使用寿命。同时也为零部件的薄壁化和轻量化提供了可能，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明设计开发了一种利用含有纳米颗粒的铝基中间合金制备增强球墨铸铁的方法，不同于现有技术的外加或者内生方式，采用了过渡中间合金，纳米颗粒分布更加均匀；克服了使用外加法时纳米颗粒易上浮、易偏聚、易团聚和润湿性差以及内生法时反应条件苛刻和反应物过量等问题。

利用铝基中间合金制备纳米颗粒增强球墨铸铁的方法，包括如下步骤：

步骤一、称取一定量的铝粉、钛粉以及B₄C粉；将铝粉、钛粉和B₄C粉按72:18:7的质量比例配制成混合粉料，将所述混合粉料放入到高能球磨机中，最后制成Al–Ti-B₄C圆柱形压块；

步骤二、用石墨纸将所述圆柱形压块包裹好放入到石墨模具中；将石墨模具和圆柱形压块放入到高真空热爆-热压炉中，然后抽真空至炉内压力低于10MPa；

步骤三、加热升温至480～510℃,保温9～10min，然后继续升温至炉内温度为910～920℃时，保温9～10min，然后对圆柱形压块施加轴向压力，大小为50～55MPa，保压时间为23～25s；停止加热，保持炉内真空，随炉逐渐冷却至室温；得到铝基中间合金；

步骤四、采用中频感应电炉熔化铁液，将感应电炉的温度升至1550～1560℃，升温过程中依次加入生铁、锰铁和废钢；

步骤五、将浇包预热，并在包坑中先加入球化剂，然后在其上面堆覆孕育剂，再将中间合金均匀铺洒在孕育剂上；

步骤六、将铁水浇入到浇包中，再将铁水浇注入预先制备的砂型模具中，冷却后得到纳米陶瓷颗粒增强球墨铸铁。

作为一种优选，所述孕育剂为0.5wt％的75硅铁。