[發明專利]一種制備氧化鋯-碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵的方法

在審

• 申請號: 201810066851.4
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108220755A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 徐淑波;曲明星;孫星
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C22C37/08
• 分類號: C22C37/08;C22C33/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于鑄鐵材料領域，特別是一種制備氧化鋯?碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵的方法。通過二氧化碳、甲烷、氬氣和氧氣的混合氣體將活性炭、石墨、氧化鋯粉末、石油焦(或煤焦)、鋯粉中的混合粉末吹入灰鑄鐵熔體中，通過反應生成增強顆粒，本發明因增強顆粒是在是在灰鑄鐵熔體中反應生成，解決了外加顆粒與基體合金潤濕性差、易發生界面反應以及組織穩定性差等問題。顆粒增強灰鑄鐵材料能夠同時發揮灰鑄鐵基體與增強相的優勢，顯著提高灰鑄鐵的強度、彈性模量、硬度及耐磨性。同時顆粒增強灰鑄鐵材料因其成本低廉，強度、剛度高，在先進制造等現代工業化生產領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種鑄鐵材料領域，特別是涉及一種制備氧化鋯-碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵的方法。

背景技術

含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，灰鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態的片狀石墨化形態，其斷口呈灰色，有一定的力學性能和良好的被切削加工性能，廣泛應用于工業生產。為了提高灰鑄鐵，目前工業界對于提高灰鑄鐵力學性能，通常多采用孕育處理來獲得具有細珠光體基體和細小均勻分布的片狀石墨組織，獲得的孕育鑄鐵能夠在灰鑄鐵已有的力學性能基礎上獲得高強度鑄鐵。近年來隨著開發高端機電產品的要求，對鑄鐵的力學性能的要求需要進一步提高，顆粒增強灰鑄鐵材料能夠同時發揮灰鑄鐵基體與增強相的優勢，顯著提高灰鑄鐵的強度、彈性模量、硬度及耐磨性。同時顆粒增強灰鑄鐵材料因其成本低廉，強度、剛度高，在先進制造等現代工業化生產領域有廣泛的應用前景。

對于灰鑄鐵材料，在要求高強度、高剛度的前提下；同時要求灰鑄鐵仍然保持很好的減震性能、一定的韌性、高的硬度和耐磨性，這對于灰鑄鐵材料在工業生產廣泛應用至關重要。但是，目前灰鑄鐵材料的剛度、強度、硬度和耐磨性需要進一步提高，從而能達到更高的強度和耐磨性，同時進一步擴大灰鑄鐵的應用領域。

基于上述目的，采用在灰鑄鐵中添加無毒、無污染的氧化鋯-碳化鋯顆粒來增強灰鑄鐵材料的強度、良好的韌性和硬度的方法。本發明灰鑄鐵基體材料的化學成分及重量百分比為：C：2.6-3.0，Mn：0.8-1.3，Ni：1-1.5，Cr：0.2-0.4，P：0.01-0.05，S：0.03-0.15，ZrO：0.2-0.8，Sn：0.01-0.1。目前我國現有的灰鑄鐵在專利申請號為201210329569.3 和201210404904.1中，均提出了在鑄造過程中采用孕育處理或添加稀土等元素，能提高灰鑄鐵材料的韌性、硬度和耐磨性，但是要達到更高的強度和耐磨性，需要進一步進行研究。本發明提出了一種加工工藝穩定、生產成本低廉、無污染排放、可在常規熔煉條件下組織生產的氧化鋯-碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵材料的制備方法，較傳統的灰鑄鐵材料的強度、韌性、硬度和耐磨性大幅提升。因此，在本發明中通過添加氧化鋯-碳化鋯顆粒達到增強灰鑄鐵材料力學性能的目的。

發明內容

本發明的目的是：在于克服上述現有技術不足，提供一種加工工藝穩定、生產成本低廉、無污染排放、可在常規熔煉條件下組織生產的氧化鋯-碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵材料的制備方法，較傳統的灰鑄鐵材料的強度、韌性、硬度和耐磨性大幅提升。

本發明專利的技術方案是：本發明是一種氧化鋯-碳化鋯顆粒增強灰鑄鐵材料的制備方法，通過二氧化碳、甲烷、氬氣和氧氣的混合氣體將氧化鋯-碳化鋯顆粒的前軀體混合粉末吹入灰鑄鐵熔體中，在吹入的過程中產生自蔓延燃燒合成反應，通過反應生成超細氧化鋯-碳化鋯增強顆粒，將銀粉末和銅粉末與碳化鎢-碳化硅顆粒增強耐熱灰鑄鐵熔體按質量百分比為1:99的比例進行添加熔煉，再經過機械化混合攪拌、變質處理、精煉、澆注，獲得鑄錠通過高壓扭轉劇烈塑性變形得到具有抗菌性能的氧化鋯-碳化鋯顆粒增強耐熱高強度灰鑄鐵材料。

上述制備方法中將氧化鋯粉末采用加入無水乙醇并攪拌均勻,通過超聲振蕩處理5分鐘-10分鐘后,然后加入納米尺寸的活性炭粉末,繼續超聲振蕩處理10分鐘-50分鐘后轉移到坩堝中,然后在真空爐中1550-1800℃高溫煅燒下并保溫3小時,隨爐冷卻然后研磨;最后得到平均顆粒度為40納米-100納米的超細氧化鋯粉末和碳化鋯混合粉末顆粒。