[发明专利]一种利用纳米SiO2颗粒增强球墨铸铁材料的方法

说明书

本发明属于球墨铸铁材料制备领域，涉及一种利用纳米SiO2颗粒增强球墨铸铁材料的方法：步骤一，对纳米SiO2颗粒进行表面镀铜；步骤二，将镀铜后的SiO2颗粒与Fe粉混合，球磨并压制，进而制备出SiO2/Fe中间合金；步骤三，将生铁、废钢和硅铁放入中频感应电炉中熔炼成铁液；步骤四，将球化剂、孕育剂、铁屑和步骤二所制备的SiO2/Fe中间合金加入到球化容器中，将铁液倒入球化容器进行球化和孕育处理；步骤五，将球化并孕育处理后的铁液浇注到砂型中。本发明操作简洁、生产效率高，且加入的纳米陶瓷颗粒的尺寸和形貌更容易控制；可以有效防止纳米SiO2颗粒上浮，进而可以细化球铁晶粒，提高球铁材料的强度及塑性。

技术领域

本发明属于球墨铸铁材料制备领域，涉及一种利用纳米SiO₂颗粒增强球墨铸铁材料的方法。

背景技术

球墨铸铁具有良好的力学性能且生产成本较低，因此广泛应用于机械制造业。目前，大多数铸态高强度、高伸长率球墨铸铁的开发是以珠光体-铁素体混合基体为基础，通过调控珠光体与铁素体比例的方式来得到的。然而，这种方法势必导致强度提高的同时塑性降低。通过纳米陶瓷颗粒细化球墨铸铁晶粒是同时提高其强度及塑性最有效的手段之一。向铁液中加入纳米陶瓷颗粒后，增加了球铁初生相非均质形核的核心，进而达到细化晶粒的目的。经过理论计算，SiO₂与球铁初生相γ-Fe之间的二维晶格错配度为2.90%，经验电子理论的特征参量为1.759，这为纳米SiO₂作为γ-Fe非均质形核核心创造了条件。由于SiO₂的密度仅为2.2g/cm³，直接加入到铁液中会出现上浮的现象。现有的纳米陶瓷颗粒的添加方式主要为原位添加法和搅拌铸造法。原位添加法纳米陶瓷的尺寸和形貌难以控制；而使用搅拌铸造法，颗粒的尺寸、形貌及加入量均为可控的。在球墨铸铁材料的开发过程中，可以将纳米SiO₂颗粒放置于球化容器中，利用球化处理时的剧烈反应将其分散开，这种方法操作简洁、生产效率高，竞争力较高，但是依旧会出现上浮的现象，进而导致细化晶粒效果达不到预期的目标。

发明内容

发明目的

本发明提供一种利用纳米SiO₂颗粒增强球墨铸铁材料的方法，该方法可以有效防止现有技术纳米SiO₂颗粒在铁液中上浮的问题，增大了纳米SiO₂颗粒与球铁基体的润湿性，可以细化球铁晶粒，从而提高球铁材料的强度及塑性。

技术方案

一种利用纳米SiO₂颗粒增强球墨铸铁材料的方法，包括步骤如下：

步骤一，对纳米SiO₂颗粒进行表面镀铜；

步骤二，将镀铜后的SiO₂颗粒与Fe粉混合，球磨并压制，进而制备出SiO₂/Fe中间合金；

步骤三，将生铁、废钢和硅铁放入中频感应电炉中熔炼成铁液；

步骤四，将球化剂、孕育剂、铁屑和步骤二所制备的SiO₂/Fe中间合金加入到球化容器中，将铁液倒入球化容器进行球化和孕育处理；

步骤五，将球化并孕育处理后的铁液浇注到砂型中。

所述步骤一中对纳米SiO₂颗粒进行表面镀铜之前，先对纳米SiO₂颗粒进行表面除油、粗化、敏化和活化的预处理，预处理后通过化学沉积法进行镀铜。