專利名稱：一種氧化鑭變質劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鑭變質劑的制備方法，屬鋁硅共晶、亞共晶合金變質劑的制備及應用的技術領域。
背景技術：
鋁硅合金是小平面生長物質和非小平面物質組成的合金，在鋁-硅合金鑄造得到的組織中，隨著硅含量的提高，組織中共晶體數量隨之增加，雖然鑄造性能得到改善，但組織中出現大量的針片狀共晶硅，甚至出現粗大的多角形板狀初晶硅，嚴重割裂了合金基體， 并在硅相尖端和棱角部位引起應力集中，合金容易沿晶粒的邊界處或板狀硅本體開裂而形成裂紋，對合金的性能是不利的，故鋁硅合金中硅含量超過6 8%時，必須通過變質處理改變硅的形態，才能提高鋁硅共晶合金的性能；傳統的方法是采用鈉鹽作為變質劑，雖然有一定效果，但保溫性能及抗衰退性很差，而且在變質過程中產生的氟化鋁氣體嚴重污染環境，危害工人健康。目前，這一領域的研究較少，雖然也有一些學者對變質劑做了有益的探討，但仍然處于研究階段，還有待進一步的開發利用。

發明內容
發明目的本發明的目的是針對背景技術的狀況，制備一種以稀土元素氧化鑭為基的變質劑，通過配比、干燥、過篩、混合、焙燒，制成氧化鑭變質劑，以使氧化鑭變質劑在鋁硅合金中
得到更好的應用。
技術方案
本發明使用的化學物質材料為氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石、氮氣，其組合用量如下以克、厘米3為計量單位
氧化鑭=La2O3IOOg士0. Ig
氯化鈉=NaCl70g士0. Ig
氯化鉀=KCl70g士0. Ig
冰晶石=Na3AlF6IlOg士0. Ig
氮氣=N220000士50cm3
制備方法如下
(1)精選化學物質材料
對制備所需的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制
氧化鑭固態固體99. 5%
氯化鈉固態固體99. 5%
氯化鉀固態固體99. 5%
冰晶石固態固體99. 5%
氮氣氣態氣體 99.5%(2)清理焙燒爐①對制備使用的焙燒爐要進行清理，用空氣壓縮機清除爐內灰塵及有害氣物質， 使爐內潔凈；②氮氣凈化，將氮氣管伸入焙燒爐，輸入氮氣，對爐腔進行凈化，氮氣輸入速度 100cm7min，輸入時間20min，凈化后靜置20min ；(3)干燥處理稱取氧化鑭 IOOg士0. Ig稱取氯化鈉 70g士0. Ig稱取氯化鉀 70g士0. Ig稱取冰晶石 IlOg士0. Ig分別置于石英產物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥時間60min ；(4)研磨、過篩將干燥后的氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石分別用研磨機研磨，然后用400目篩網過篩；研磨、過篩反復進行，成細粉，細粉顆粒直徑< 0. 038mm ；(5)配比、混合將氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石按10 7 7 11比值稱取氧化鑭IOOg士0.Ig氯化鈉70g士 0. Ig氯化鉀70g士 0. Ig冰晶石110g士0.Ig然后置于陶瓷容器中，進行混合，用攪拌器攪拌，攪拌轉數lOr/min，攪拌時間 30min，攪拌后成四元混合細粉；(6)焙燒①將盛有四元混合細粉的陶瓷容器置于經氮氣凈化的焙燒爐中；②關閉焙燒爐，開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強為_0.075MPa，然后關閉真
空泵；③開啟氮氣閥、氮氣瓶，向爐內輸入氮氣，氮氣輸入速度100cm3/min，使爐內壓強恒定在-0. 025Mpa ；④開啟焙燒爐加熱器，爐溫溫度由25°C逐漸升至280°C 士2°C，在此溫度恒溫、保溫、焙燒 120min±5min ；⑤然后，關閉焙燒爐加熱器，使四元混合細粉隨爐自然冷卻至25°C ；⑥關閉氮氣瓶，停止輸氮氣；⑦打開焙燒爐，取出陶瓷容器及其內的四元混合細粉，即為終產物氧化鑭變質劑粉末；(7)檢測、化驗、分析、表征對制備的氧化鑭變質劑的形貌、色澤、純度、粒度、化學物理性能、力學性能進行檢測，化驗、分析和表征；
用BT-9300H型激光式粒度分布儀進行氧化鑭變質劑粒度分析；用D/max-2500型X射線衍射儀進行組分及結構分析；用JX-3D型金屬相圖測控裝置進行步冷曲線分析；用PDA7000光電直讀光譜儀進行雜質化學成分分析；結論氧化鑭變質劑為白色粉末，顆粒直徑< 0. 038mm,產物純度好，達99%，雜質含量< 1 %，熔點范圍為635°C 780°C，在< 300°C范圍內，化學物理性能穩定，便于長期儲存、運輸；(8)產物儲存對制備的氧化鑭變質劑白色粉末儲存于無色透明的玻璃容器中，密閉保存于陰涼、干燥、潔凈環境，要防潮、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20°C 士2°C，相對濕度彡10%。有益效果本發明與背景技術相比具有明顯的先進性，是針對鋁硅共晶、亞共晶合金的應用特性，而制備的稀土氧化鑭變質劑，通過化學物質配比，經干燥、研磨、過篩、混合、氮氣保護焙燒，制得氧化鑭變質劑產物，此制備方法工藝先進，數據詳實準確，制備快捷，產物純度好，達99%，雜質含量之和< 1 %，是鋁硅共晶、亞共晶合金優良的變質劑，是十分理想的制備氧化鑭變質劑的方法。


圖1為氧化鑭變質劑焙燒狀態2為氧化鑭變質劑焙燒溫度與時間坐標關系3為氧化鑭變質劑形貌4為氧化鑭變質劑粉體粒度分布狀態5為氧化鑭變質劑衍射強度圖譜圖6為氧化鑭變質劑步冷曲線7為氧化鑭變質劑雜質含量化學成分表圖中所示，附圖標記清單如下1、微波焙燒爐，2、工作臺，3、爐蓋，4、出氣口，5、陶瓷容器，6、四元混合粉末，7、氮氣瓶，8、氮氣閥，9、氮氣管，10、真空泵，11、真空管，12、電控箱，13、顯示屏，14、指示燈，15、 電源開關，16、真空泵開關，17、加熱調控旋鈕，18、導線，19、氮氣，20、微波發生器，21、微波控制器，22、爐腔。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步說明圖1所示，為氧化鑭變質劑焙燒狀態圖，各部位置、聯接關系要正確，按量配比，按需操作。制備使用的化學物質的量值是按預先設置的范圍確定的，以克、厘米3為計量單位，化學物質中的氧化鑭可在15g 130g之間浮動選擇，氯化鉀可在60g 150g之間浮動選擇，氯化鈉可在50g 180g之間浮動選擇，冰晶石可在60g OOg之間浮動選擇，工業化制取時以千克、米3為計量單位。
氧化鑭變質劑的焙燒是在微波焙燒爐中進行的，微波焙燒爐1為矩形，上部為爐蓋3，在爐蓋3上設有出氣口 4，微波焙燒爐內部為爐腔22，在爐腔22中間位置為工作臺2， 在工作臺2上置放陶瓷容器5，陶瓷容器5內為四元混合細粉6，微波焙燒爐1外部為微波發生器20 ；在微波焙燒爐1的左外下部設有真空泵10，真空泵10通過真空管11聯接微波焙燒爐1內的爐腔22，并抽取爐內空氣；在微波焙燒爐1的左外部設有電控箱12，在電控箱12上設有顯示屏13、指示燈 14、電源開關15、真空泵開關16、加熱調控旋鈕17、微波控制器21 ；在微波焙燒爐1的右部設有氮氣瓶7，氮氣瓶7通過氮氣閥8、氮氣管9聯接微波焙燒爐1的爐腔22，并向微波焙燒爐1內輸入氮氣19 ；電控箱12通過導線18聯接微波焙燒爐1的微波發生器20、真空泵10。圖2所示，為氧化鑭變質劑焙燒溫度與時間坐標關系圖，加熱溫度由25°C開始升溫，即A點，以80C /min的速度升至280°C 士2°C，即B點，在此溫度恒溫保溫120min士5min， 即B-C區段，然后關閉微波加熱器，使其自然冷卻至25°C，即D點，溫度與時間成正比。圖3所示，為氧化鑭變質劑形貌圖，氧化鑭變質劑為白色粉末，呈不規則堆積，粉體顆粒直徑< 0. 038mm。圖4所示，為氧化鑭變質劑粉體粒度分布圖，橫坐標為粒度μ m，左縱坐標為累計百分含量，對應圖中曲線，右縱坐標區間百分含量，對應圖中分布圖。圖5所示，為氧化鑭變質劑衍射強度圖譜，縱坐標為衍射強度，橫坐標為衍射角2Θ，圖中可知在氧化鑭變質劑粉體中，氯化鉀對應衍射角觀.345°、40.507 °、 58.640° ,66. 381°，氯化鈉對應衍射角 31. 702 ° ,45. 446° ,56. 470° ,66. 224°，冰晶石對應衍射角31. 772°、45. 525° ,66. 368°，氧化鑭對應衍射角觀.036 °、39. 855°、 66.953°，其峰值強度與氧化鑭變質劑中組分含量的多少、多峰的疊加相關，氯化鉀、氯化鈉對應衍射主峰、次峰強度高，冰晶石第一衍射峰與氯化鈉主峰一致，兩者疊加強度高，其他次峰相較于主峰低，氧化鑭第一衍射峰與氯化鉀主峰一致，兩者疊加強度高，其他次峰強度不高，說明經充分混合焙燒后，氯化鉀、氯化鈉、冰晶石及氧化鑭都保持了原配組分的成分及結構，物理化學性能穩定。圖6所示，為氧化鑭變質劑步冷曲線圖，橫坐標為時間，縱坐標為溫度，圖中可知，在氧化鑭變質劑配比范圍內，變質劑熔點曲線a為635°C 685°C，曲線b為685°C 725曲線c為710V 740°C，均完全符合鋁硅合金變質劑熔點要求。圖7所示，為氧化鑭變質劑雜質含量化學成分表，圖中可知，氧化鑭變質劑化學成分中雜質含量之和< 1%，完全能用于鋁硅亞共晶、共晶合金中，且不會給合金帶入有害雜質成分。
權利要求
1.使用的化學物質材料為氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石、氮氣，其組合用量如下 以克、厘米3為計量單位氧化鑭=Lei2O3 IOOg士0. Ig 氯化鈉NaCl 70g士0. Ig 氯化鉀KC1 70g士0. Ig 冰晶石=Nei3AIF6 IlOg士0. Ig 氮氣 20000 士 50cm3制備方法如下(1)精選化學物質材料對制備所需的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制 氧化鑭固態固體 99.5% 氯化鈉固態固體 99.5% 氯化鉀固態固體 99.5% 冰晶石固態固體 99.5% 氮氣氣態氣體 99.5%(2)清理焙燒爐①對制備使用的焙燒爐要進行清理，用空氣壓縮機清除爐內灰塵及有害氣物質，使爐內潔凈；②氮氣凈化，將氮氣管伸入焙燒爐，輸入氮氣，對爐腔進行凈化，氮氣輸入速度IOOcm3/ min，輸入時間20min，凈化后靜置20min ；(3)干燥處理稱取氧化鑭 IOOg士0. Ig 稱取氯化鈉 70g士0. Ig 稱取氯化鉀 70g士0. Ig 稱取冰晶石 IlOg士0. Ig分別置于石英產物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥時間60min ；(4)研磨、過篩將干燥后的氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石分別用研磨機研磨，然后用400目篩網過篩；研磨、過篩反復進行，成細粉，細粉顆粒直徑< 0. 038mm ；(5)配比、混合將氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石按10 :7:7: 11比值稱取氧化鑭:100g士0. Ig氯化鈉:70g 士 0. Ig氯化鉀:70g士0. Ig冰晶石:110g士0. Ig然后置于陶瓷容器中，進行混合，用攪拌器攪拌，攪拌轉數lOr/min，攪拌時間30min， 攪拌后成四元混合細粉；(6)焙燒①將盛有四元混合細粉的陶瓷容器置于經氮氣凈化的焙燒爐中；②關閉焙燒爐，開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強為-0.075MPa，然后關閉真空泵；③開啟氮氣閥、氮氣瓶，向爐內輸入氮氣，氮氣輸入速度100cm7min，使爐內壓強恒定在-0. 025Mpa ；④開啟焙燒爐加熱器，爐溫溫度由25°C逐漸升至280°C士2°C，在此溫度恒溫、保溫、焙燒 120min士5min ；⑤然后，關閉焙燒爐加熱器，使四元混合細粉隨爐自然冷卻至25°C；⑥關閉氮氣瓶，停止輸氮氣；⑦打開焙燒爐，取出陶瓷容器及其內的四元混合細粉，即為終產物氧化鑭變質劑粉末；(7)檢測、化驗、分析、表征對制備的氧化鑭變質劑的形貌、色澤、純度、粒度、化學物理性能、力學性能進行檢測， 化驗、分析和表征；用BT-9300H型激光式粒度分布儀進行氧化鑭變質劑粒度分析； 用D/max-2500型X射線衍射儀進行組分及結構分析； 用JX-3D型金屬相圖測控裝置進行步冷曲線分析； 用PDA7000光電直讀光譜儀進行雜質化學成分分析；結論氧化鑭變質劑為白色粉末，顆粒直徑< 0. 038mm，產物純度好，達99%，雜質含量之和< 1%，熔點范圍為635°C 780°C，在< 300°C范圍內，化學物理性能穩定，便于長期儲存、運輸；(8)產物儲存對制備的氧化鑭變質劑白色粉末儲存于無色透明的玻璃容器中，密閉保存于陰涼、干燥、潔凈環境，要防潮、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20°C 士2°C，相對濕度彡10%。
2.根據權利要求1所述的一種氧化鑭變質劑的制備方法，其特征在于氧化鑭變質劑的焙燒是在微波焙燒爐中進行的，微波焙燒爐(1)為矩形，上部為爐蓋(3)，在爐蓋(3)上設有出氣口 G)，微波焙燒爐內部為爐腔(22)，在爐腔02)中間位置為工作臺0)，在工作臺(2)上置放陶瓷容器(5)，陶瓷容器(5)內為四元混合細粉(6)，微波焙燒爐外部為微波發生器(20)；在微波焙燒爐(1)的左外下部設有真空泵(10)，真空泵(10)通過真空管(11)聯接微波焙燒爐(1)的爐腔(22)，并抽取爐內空氣；在微波焙燒爐(1)的左外部設有電控箱(12)，在電控箱(1 上設有顯示屏(13)、指示燈(14)、電源開關(15)、真空泵開關(16)、加熱調控旋鈕(17)、微波控制器(21)；在微波焙燒爐(1)的右部設有氮氣瓶(7)、氮氣瓶(7)通過氮氣閥(8)、氮氣管(9)聯接微波焙燒爐⑴的爐腔(22)，并向微波焙燒爐⑴內輸入氮氣(19)；電控箱(12)通過導線(18)聯接微波焙燒爐⑴的微波發生器(20)，真空泵(10)。
3.根據權利要求1所述的一種氧化鑭變質劑的制備方法，其特征在于變質劑焙燒溫度與時間坐標關系為加熱溫度由25 °C開始升溫，即A點，以8°C /min的溫度升至 2800C 士2°C，即B點，在此溫度恒溫保溫120min士5min，即B-C區段，然后關閉微波加熱器， 停止升溫，使其隨爐自然冷卻至25°C，即D點，溫度與時間成正比。
全文摘要
本發明涉及一種氧化鑭變質劑的制備方法，是針對鋁硅共晶、亞共晶合金的應用特性，而制備的稀土氧化鑭變質劑，通過嚴格的化學物質配比，在氧化鑭中配入氯化鈉、氯化鉀、冰晶石，經干燥、研磨、過篩、混合、氮氣保護、微波加熱焙燒，制成氧化鑭變質劑產物，此制備方法工藝先進，工藝流程短，使用設備少，產物純度好，達99％，雜質含量之和≤1％，是鋁硅共晶、亞共晶合金優良的變質劑，是十分理想的制備氧化鑭變質劑的方法。
文檔編號C22C21/04GK102312115SQ20111028695
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者劉春蓮, 宋偉, 宋秀安, 宋鵬, 張蕾蕾 申請人:太原理工大學