[发明专利]纳米粉体改性强化模具钢制备工艺

摘要

本发明为一种纳米粉体改性强化模具钢制备工艺设备，它是将纳米增强颗粒经预处理后与预分散铁粉共同在搅拌球磨机内进行预分散混合，然后制成分散预制块，加入钢水包中，采用块体分散法使纳米颗粒扩散在模具钢基体内，通过电磁搅拌器使其在模具钢和金属耐磨材料基体内形成均匀分散，采用铸造法成型。本发明采用纳米颗粒改性处理工艺改善了纳米颗粒与基体的润湿性能，通过二次扩散和电磁搅拌工艺得到均匀分布纳米颗粒的模具钢，使模具钢得到改性和强化。通过添加不同材质的纳米颗粒，可以使改性后的模具钢具有不同的性能，以满足不同使用工况的要求，通过调整纳米颗粒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，纳米颗粒体积分数越大，材料耐磨性越高。本发明的纳米粉体改性强化模具钢具有优良力学性能，生产工艺简单，制备成本低。

主权项

一种纳米粉体改性强化模具钢制备工艺，其特征是：采用块体分散铸造法在模具钢中添加纳米颗粒粉体对模具钢进行改性强化，采用的具体步骤如下：(1)纳米颗粒预处理工艺：a、在容器中按照纳米颗粒混合粉体与乙醇的比例为1g/5m1～1g/20m1倒入分析纯乙醇，将所需加入的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物纳米颗粒或碳化物、氮化物、硼化物、氧化物之中的任何两种及其两种以上材质的纳米颗粒的混合体所组成的复合体纳米颗粒，放入含有分析纯乙醇的容器中，搅拌，充分润湿，c、将经过预处理后的纳米颗粒与预扩散用的颗粒度为100～400目的铁粉按照重量百分比1∶0.5～1∶2的比例称取，放入搅拌球磨机内进行搅拌混合均匀后，将占上述混合物体积1/40～1/8的聚乙烯醇稀溶液加入到球磨机内，充分搅拌，混合均匀，制成纳米颗粒预分散粉体后倒出；b、将混合均匀后的含有预扩散纳米颗粒的上述混合物置于烘箱中烘烤，经70℃～100℃的温度烘烤干燥；(2)纳米颗粒分散预制块制备工艺：a、将经过上述预处理后的含有预扩散铁粉的纳米颗粒混合粉体∶硼砂∶碳酸钠∶氯化铵∶水按照纳米颗粒混合粉体重量百分比为100∶1∶0.5∶0.5∶8～10的比例称取原料，将硼砂和碳酸钠与氯化铵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与氯化铵的水溶液，将含有预扩散铁粉的纳米颗粒混合粉体加入已经溶解了硼砂和碳酸钠与氯化铵的水溶液中进行搅拌均匀；b、将搅拌均匀的纳米颗粒混合粉体用模具制成块状或粒状坯料，将所制备好的块状或粒状坯料经150℃～350℃烘干即得到预扩散纳米粉体混合料预制块；(3)纳米粉体改性强化模具钢的制备成型工艺过程为：a、采用铸造生产工艺，将所述纳米粉体混合料预制块按模具钢钢水重量的0.1％～5％加入量称取后，将其放在钢水包的底部，将所需成分的模具钢或金属耐磨材料按照常规冶炼工艺要求进行冶炼和精炼后倒入已放入纳米粉体混合料预制块的钢水包内，将钢水包调入电磁搅拌器中进行电磁搅拌5～15分钟，使纳米粉体混合料预制块在钢水中分散后形成充分扩散，均匀分布在模具钢钢水中；b：浇注成型将已经扩散有纳米颗粒的模具钢或金属耐磨材料钢水按照常规模具钢或金属耐磨材料铸造成型工艺进行金属型铸造、砂型铸造、负压实型铸造、离心铸造、真空铸造成型，即得到纳米粉体改性强化模具钢或金属耐磨材料铸造坯料；C、对成型后的纳米粉体改性强化模具钢铸造坯料，按照常规加工工艺进行电渣熔铸或锻造成型加工、轧制成型加工，制造成所需几何形状和尺寸的纳米粉体改性强化模具钢。