一、纳米氮化钛在合金上的应用

1、纳米合金变质剂晶粒细化的机理

  纳米合金变质剂具有高硬度、耐高温、粒度小和分散好的特点。表面ZETA电位:-18.0mV，与金属具有非常优秀的结合力。在钢水结晶过程中成为晶核相，大大增加成晶数量和减少晶粒尺寸。达到细化合金晶粒的效果，改善合金性能的目的。晶粒越细，单位体积内的晶粒界面越多，由于晶界间原子排列比晶粒内部的排列更加紊乱，因而位错密度较高，致使晶界对正常晶格的滑移位错产生缠结，不易穿过晶界继续滑移，变形抗力增大，表现为强度提高。

  纳米晶合金打破了常规合金生产中的一些定律，即硬度提高必然伴随韧性下降的结论，对于小尺寸晶粒，纳米合金变质剂的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒与晶粒合并的驱动力同时减小。在合金中形成晶须结构，明显提高合金硬度及韧性。

  纳米合金变质剂弥散强化的机理是弥散强化：一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。研究了机械合金化过程中纳米合金变质剂颗粒形貌、尺寸的变化,以及增强相的含量对复合材料抗拉强度、硬度及显微结构的影响。结果表明, 纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,当纳米合金变质剂的质量百分含量为0.1%时,强化效果较佳,抗拉强度可达495MPa,性能较优。

2、纳米合金变质剂特点：

  大幅度的降低能耗，达到节能的效果；细化晶粒，增强合金的韧性和硬度减少一定的稀贵金属用量。（例：铬，钼，镍，钒等）合金中形成晶须结构，明显增加合金韧性能在不增加生产成本情况下同时大幅度提高的产品性能。

3、项目实验性能

                                     性能指标及金相图

3、参与前期纳米合金变质剂的应用的企业有（排名不分先后）

   广州有色金属研究院

   天津立鑫晟精细铸造有限公司

   合肥水泥研究设计院设备及金属材料工程公司

   宁国东盛耐磨材料有限公司

   铜陵有色金神耐磨材料有限责任公司

   铜陵市明诚铸造有限责任公司

   合肥水泥研究设计院

   鞍山永信耐磨合金铸件有限公司

   山西中条山建筑有限公司机电设备制造安装分公司

   上海海军厂慈溪钢厂

   上海东佳铸锻厂

   徐州中通机械公司

综合上述公司的前期的试验结果显示，纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,各项指标普遍都提高了三度以上。据了解目前这些企业中绝大部分已经进入中试，距大规模的应用也只是时间长短的问题。

二、纳米合金变质剂在钢铁中的应用

1、纳米合金变质剂晶粒细化的机理

纳米合金变质剂具有高硬度、耐高温、粒度小和分散好的特点。表面ZETA电位:-18.0mV，与金属具有非常优秀的结合力。在钢水结晶过程中成为晶核相，大大增加成晶数量和减少晶粒尺寸。达到细化合金晶粒的效果，改善合金性能的目的。晶粒越细，单位体积内的晶粒界面越多，由于晶界间原子排列比晶粒内部的排列更加紊乱，因而位错密度较高，致使晶界对正常晶格的滑移位错产生缠结，不易穿过晶界继续滑移，变形抗力增大，表现为强度提高。

纳米晶合金打破了常规合金生产中的一些定律，即硬度提高必然伴随韧性下降的结论，对于小尺寸晶粒，纳米合金变质剂的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒与晶粒合并的驱动力同时减小。在合金中形成晶须结构，明显提高合金硬度及韧性。

2、纳米合金变质剂弥散强化的机理

  弥散强化：一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段，研究了机械合金化过程中纳米合金变质剂颗粒形貌、尺寸的变化,以及增强相的含量对复合材料抗拉强度、硬度及显微结构的影响。结果表明, 纳米合金变质剂对于铁是一种有效的增强相,当纳米合金变质剂的质量百分含量为0.1%时,强化效果较佳,抗拉强度可达495MPa,性能较优。

3、纳米合金变质剂晶特点

l 细化晶粒，增强合金的韧性和硬度

l 减少一定的稀贵金属用量。（例：铬，钼，镍，钒等）

l 合金中形成晶须结构，明显增加合金韧性

4、性能指标及金相图

5、成功案例：

n S250板锤(高铬,添加量为450公斤加入50克)

n Cr26（锰钢系列、空白样）

Cr26（空白样）  

Cr26（加变质剂）

试验表明：晶枝明显打断，晶粒达到细化效果。 

综上所述纳米合金变质剂使合金的各项力学性能同时得到提高。此项工艺技术可广泛应用于金属冶炼、陶瓷烧结、粉末冶金等行业，在为企业节约大量的成本同时也提高产品的品质，所产生的经济和社会效益将非?？晒?。