一种含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法与流程

本发明涉及电化学冶金领域，更具体地说，涉及一种含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法。

背景技术：

采用纳米颗粒改善提高高锰耐磨钢、高锰trip/twip钢等含锰合金性能是目前高性能材料制备的重要手段之一。目前，主要采用内部析出法和外部中间合金法来生产含纳米颗粒钢。与内部析出法相比，外部中间合金法对纳米颗粒的种类、数量与尺寸的可控性较强。外部合金法，即将纳米粉和其他几种金属粉体混合制成中间合金再加入到钢中。现有技术中关于外部合金法生产含纳米颗粒钢的技术方案已有相关专利公开，例如专利公开号：cn104726639a，公开日：2015年06月24日，发明创造名称为：一种使钢中外加纳米粒子均匀弥散的方法，该申请案的方法包括：将纳米粒子与合金纳米粉混合并分散均匀后，压制成块，利用钼棒加入钢液底部，纳米粒子在钢液中被释放过程中配以数次搅拌，最后以水冷的方式得到钢锭，其中的纳米粒子均匀弥散。

但现有外部合金法采用的合金粉末制备成本高，且合金粉末与纳米颗粒需要经过相应的复杂加工处理，在纳米颗粒自身成本较高的条件下，再采用高价的合金粉末和复杂复合工艺都进一步提高了含纳米颗粒合金的生产成本。

综上所述，如何降低纳米颗粒的施加成本是制备含纳米颗粒高锰合金的一个亟需解决的技术难题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有外部合金法生产含纳米颗粒钢生产成本较高的不足，提供了一种含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法，实现了含纳米颗粒含锰合金的低成本生产。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法，包括以下步骤：

步骤a：纳米颗粒的预分散处理；

步骤b：含纳米颗粒电解金属锰片的制备；

步骤c：含纳米颗粒电解金属锰锭的制备。

作为本发明更进一步的改进，步骤a中，将表面活性剂与纳米颗粒加入到锰电解液中进行搅拌混匀，得到纳米颗粒预分散处理液。

作为本发明更进一步的改进，步骤b中，将步骤a得到的纳米颗粒预分散处理液加入预先装有电解液的电解槽内，得到最终电解液，控制电沉积条件，在阴极得到含纳米颗粒电解金属锰片。

作为本发明更进一步的改进，步骤c中，将步骤b得到的含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂加入感应炉中重熔后浇铸得到含纳米颗粒电解金属锰锭。

作为本发明更进一步的改进，步骤a中，所述纳米颗粒为高熔点氮化物、高熔点碳化物以及高熔点硼化物中的一种；步骤a中，所述纳米颗粒的粒度在20-100nm之间；步骤a中，所述表面活性剂为甲酰胺、十二烷基三甲基氯化铵以及六次甲基四胺中的一种。

作为本发明更进一步的改进，步骤a中，所述高熔点氮化物为氮化钛，所述高熔点碳化物为碳化钛，所述高熔点硼化物为硼化钛；步骤b中，控制最终电解液中纳米颗粒的浓度为20-60g/l，控制表面活性剂的浓度为0.1-2.0g/l。

作为本发明更进一步的改进，步骤b中，得到的最终电解液中：锰离子浓度为30-40g/l，硫酸铵浓度为100-140g/l，硫酸浓度为20-50g/l，ph值控制在6.7-7.0；步骤b中，电沉积条件为：电流密度为3-8a/dm²，槽电压3-6伏，电解温度为30-40℃，电解周期为12-24小时。

作为本发明更进一步的改进，步骤c中，造渣剂成分为：20-30wt％cao、10-20wt％caf2、20-30wt％al2o3和20-50wt％mno。

作为本发明更进一步的改进，步骤c中，造渣剂的添加量为含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂总质量的1-5％。

作为本发明更进一步的改进，步骤c中，制备的含纳米颗粒电解金属锰锭中纳米颗粒的体积比为1-10％。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的生产方法实施的第一步是通过水溶液电解制备含纳米颗粒电解金属锰片，即在电解液中加入经过表面处理的高熔点纳米颗粒碳化物、氮化物及硼化物的一种，通过控制电解参数、镀液成分及纳米颗粒含量等，促使纳米颗粒与锰离子在阴极复合共沉积得到纳米颗粒电解金属锰片，第二步是将电解得到的含纳米颗粒电解金属锰片经过感应炉熔炼并浇铸得到含纳米颗粒电解金属锰锭，该含纳米颗粒电解金属锰锭可作为含纳米颗粒的中间合金，用于高锰耐磨钢、高锰trip/twip钢等的纳米颗粒添加，且采用含纳米颗粒电解金属锰锭对含锰合金进行锰合金化的同时可完成纳米颗粒加入，并借助锰的合金化分散过程使得纳米颗粒也在含锰合金内均匀弥散分布，避免现有外部中间合金法存在的高成本中间合金粉末以及合金粉末与纳米颗粒的复杂加工制备工序的问题，实现含纳米颗粒含锰合金的低成本生产。

(2)本发明针对现有外部合金法生产含纳米颗粒钢生产成本较高的不足，提出在高锰合金冶炼用的锰添加剂电解锰锭的制备过程中添加纳米颗粒并让其在锰锭中弥散分布，即采用电解金属锰锭作为纳米颗粒加入的中间合金，不需要额外采用昂贵的合金粉末和复杂的加工工序，可进一步降低含纳米颗粒含锰合金的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参考图1，本实施例的含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法，包括以下步骤：

步骤a、纳米颗粒的预分散处理：将表面活性剂：甲酰胺与粒度为20-70nm的纳米颗粒：碳化钛加入到一定量的锰电解液中进行充分搅拌混匀，以完成纳米颗粒的预分散处理，得到纳米颗粒预分散处理液，锰电解液的用量以保证表面活性剂全部溶解且纳米颗粒能充分分散为标准。

步骤b、含纳米颗粒电解金属锰片的制备：将步骤a得到的纳米颗粒预分散处理液加入预先装有电解液的电解槽内，得到最终电解液，其中，控制最终电解液中纳米颗粒的浓度为20g/l，控制表面活性剂的浓度为0.1g/l，最终电解液中：锰离子浓度为30g/l，硫酸铵浓度为100g/l，硫酸浓度为20g/l，ph值控制在6.9；控制电沉积条件，电解结束后，在阴极得到含纳米颗粒电解金属锰片，其中，电沉积条件(电解参数)为：电流密度为3a/dm²，槽电压3伏，电解温度为30℃，电解周期为12小时。

步骤c、含纳米颗粒电解金属锰锭的制备：将步骤b得到的含纳米颗粒电解金属锰片干燥后与造渣剂加入感应炉中重熔后浇铸得到含纳米颗粒电解金属锰锭(具体本实施例中，含纳米颗粒电解金属锰片和炉渣全部重熔后，熔炼10分钟再静置3分钟后浇铸)，制备的含纳米颗粒电解金属锰锭中纳米颗粒的体积比为1％，其中，造渣剂成分为：25wt％cao、15wt％caf2、25wt％al2o3和35wt％mno，造渣剂的添加量为含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂总质量的1％。

实施例2

参考图1，本实施例的含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法，包括以下步骤：

步骤a、纳米颗粒的预分散处理：将表面活性剂：十二烷基三甲基氯化铵与粒度为50-80nm的纳米颗粒：氮化钛加入到锰电解液中进行搅拌混匀，得到纳米颗粒预分散处理液。

步骤b、含纳米颗粒电解金属锰片的制备：将步骤a得到的纳米颗粒预分散处理液加入预先装有电解液的电解槽内，得到最终电解液，其中，控制最终电解液中纳米颗粒的浓度为35g/l，控制表面活性剂的浓度为1.2g/l，最终电解液中：锰电解液中：锰离子浓度为40g/l，硫酸铵浓度为130g/l，硫酸浓度为50g/l，ph值控制在6.7；控制电沉积条件，在阴极得到含纳米颗粒电解金属锰片，其中，电沉积条件为：电流密度为5a/dm²，槽电压4.5伏，电解温度为37℃，电解周期为18小时。

步骤c、含纳米颗粒电解金属锰锭的制备：将步骤b得到的含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂加入感应炉中重熔后浇铸得到含纳米颗粒电解金属锰锭，(具体本实施例中，含纳米颗粒电解金属锰片和炉渣全部重熔后，熔炼12分钟再静置4分钟后浇铸)制备的含纳米颗粒电解金属锰锭中纳米颗粒的体积比为5％，其中，造渣剂成分为：30wt％cao、17wt％caf2、23wt％al2o3和30wt％mno，造渣剂的添加量为含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂总质量的3％。

实施例3

参考图1，本实施例的含纳米颗粒电解金属锰锭的生产方法，包括以下步骤：

步骤a、纳米颗粒的预分散处理：将表面活性剂：六次甲基四胺与粒度为70-100nm的纳0米颗粒：硼化钛加入到锰电解液中进行搅拌混匀，得到纳米颗粒预分散处理液。

步骤b、含纳米颗粒电解金属锰片的制备：将步骤a得到的纳米颗粒预分散处理液加入预先装有电解液的电解槽内，得到最终电解液，其中，控制最终电解液中纳米颗粒的浓度为60g/l，控制表面活性剂的浓度为2.0g/l，最终电解液中：锰离子浓度为35g/l，硫酸铵浓度为140g/l，硫酸浓度为35g/l，ph值控制在6.8；控制电沉积条件，在阴极得到含纳米颗粒电解金属锰片，其中，电沉积条件为：电流密度为8a/dm²，槽电压6伏，电解温度为40℃，电解周期为24小时。

步骤c、含纳米颗粒电解金属锰锭的制备：将步骤b得到的含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂加入感应炉中重熔后浇铸得到含纳米颗粒电解金属锰锭，(具体本实施例中，含纳米颗粒电解金属锰片和炉渣全部重熔后，熔炼14分钟再静置4分钟后浇铸)制备的含纳米颗粒电解金属锰锭中纳米颗粒的体积比为10％，其中，造渣剂成分为：23wt％cao、17wt％caf2、24wt％al2o3和36wt％mno，造渣剂的添加量为含纳米颗粒电解金属锰片与造渣剂总质量的5％。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。