专利名称：一种氧化镧变质剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化镧变质剂的制备方法，属铝硅共晶、亚共晶合金变质剂的制备及应用的技术领域。
背景技术：
铝硅合金是小平面生长物质和非小平面物质组成的合金，在铝-硅合金铸造得到的组织中，随着硅含量的提高，组织中共晶体数量随之增加，虽然铸造性能得到改善，但组织中出现大量的针片状共晶硅，甚至出现粗大的多角形板状初晶硅，严重割裂了合金基体， 并在硅相尖端和棱角部位引起应力集中，合金容易沿晶粒的边界处或板状硅本体开裂而形成裂纹，对合金的性能是不利的，故铝硅合金中硅含量超过6 8%时，必须通过变质处理改变硅的形态，才能提高铝硅共晶合金的性能；传统的方法是采用钠盐作为变质剂，虽然有一定效果，但保温性能及抗衰退性很差，而且在变质过程中产生的氟化铝气体严重污染环境，危害工人健康。目前，这一领域的研究较少，虽然也有一些学者对变质剂做了有益的探讨，但仍然处于研究阶段，还有待进一步的开发利用。
发明内容
发明目的本发明的目的是针对背景技术的状况，制备一种以稀土元素氧化镧为基的变质剂，通过配比、干燥、过筛、混合、焙烧，制成氧化镧变质剂，以使氧化镧变质剂在铝硅合金中
得到更好的应用。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石、氮气，其组合用量如下以克、厘米3为计量单位
氧化镧=La2O3IOOg士0. Ig
氯化钠=NaCl70g士0. Ig
氯化钾=KCl70g士0. Ig
冰晶石=Na3AlF6IlOg士0. Ig
氮气=N220000士50cm3
制备方法如下
(1)精选化学物质材料
对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制
氧化镧固态固体99. 5%
氯化钠固态固体99. 5%
氯化钾固态固体99. 5%
冰晶石固态固体99. 5%
氮气气态气体 99.5%(2)清理焙烧炉①对制备使用的焙烧炉要进行清理，用空气压缩机清除炉内灰尘及有害气物质， 使炉内洁净；②氮气净化，将氮气管伸入焙烧炉，输入氮气，对炉腔进行净化，氮气输入速度 100cm7min，输入时间20min，净化后静置20min ；(3)干燥处理称取氧化镧 IOOg士0. Ig称取氯化钠 70g士0. Ig称取氯化钾 70g士0. Ig称取冰晶石 IlOg士0. Ig分别置于石英产物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥时间60min ；(4)研磨、过筛将干燥后的氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石分别用研磨机研磨，然后用400目筛网过筛；研磨、过筛反复进行，成细粉，细粉颗粒直径< 0. 038mm ；(5)配比、混合将氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石按10 7 7 11比值称取氧化镧IOOg士0.Ig氯化钠70g士 0. Ig氯化钾70g士 0. Ig冰晶石110g士0.Ig然后置于陶瓷容器中，进行混合，用搅拌器搅拌，搅拌转数lOr/min，搅拌时间 30min，搅拌后成四元混合细粉；(6)焙烧①将盛有四元混合细粉的陶瓷容器置于经氮气净化的焙烧炉中；②关闭焙烧炉，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强为_0.075MPa，然后关闭真
空泵；③开启氮气阀、氮气瓶，向炉内输入氮气，氮气输入速度100cm3/min，使炉内压强恒定在-0. 025Mpa ；④开启焙烧炉加热器，炉温温度由25°C逐渐升至280°C 士2°C，在此温度恒温、保温、焙烧 120min±5min ；⑤然后，关闭焙烧炉加热器，使四元混合细粉随炉自然冷却至25°C ；⑥关闭氮气瓶，停止输氮气；⑦打开焙烧炉，取出陶瓷容器及其内的四元混合细粉，即为终产物氧化镧变质剂粉末；(7)检测、化验、分析、表征对制备的氧化镧变质剂的形貌、色泽、纯度、粒度、化学物理性能、力学性能进行检测，化验、分析和表征；
用BT-9300H型激光式粒度分布仪进行氧化镧变质剂粒度分析；用D/max-2500型X射线衍射仪进行组分及结构分析；用JX-3D型金属相图测控装置进行步冷曲线分析；用PDA7000光电直读光谱仪进行杂质化学成分分析；结论氧化镧变质剂为白色粉末，颗粒直径< 0. 038mm,产物纯度好，达99%，杂质含量< 1 %，熔点范围为635°C 780°C，在< 300°C范围内，化学物理性能稳定，便于长期储存、运输；(8)产物储存对制备的氧化镧变质剂白色粉末储存于无色透明的玻璃容器中，密闭保存于阴凉、干燥、洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20°C 士2°C，相对湿度彡10%。有益效果本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对铝硅共晶、亚共晶合金的应用特性，而制备的稀土氧化镧变质剂，通过化学物质配比，经干燥、研磨、过筛、混合、氮气保护焙烧，制得氧化镧变质剂产物，此制备方法工艺先进，数据详实准确，制备快捷，产物纯度好，达99%，杂质含量之和< 1 %，是铝硅共晶、亚共晶合金优良的变质剂，是十分理想的制备氧化镧变质剂的方法。
图1为氧化镧变质剂焙烧状态2为氧化镧变质剂焙烧温度与时间坐标关系3为氧化镧变质剂形貌4为氧化镧变质剂粉体粒度分布状态5为氧化镧变质剂衍射强度图谱图6为氧化镧变质剂步冷曲线7为氧化镧变质剂杂质含量化学成分表图中所示，附图标记清单如下1、微波焙烧炉，2、工作台，3、炉盖，4、出气口，5、陶瓷容器，6、四元混合粉末，7、氮气瓶，8、氮气阀，9、氮气管，10、真空泵，11、真空管，12、电控箱，13、显示屏，14、指示灯，15、 电源开关，16、真空泵开关，17、加热调控旋钮，18、导线，19、氮气，20、微波发生器，21、微波控制器，22、炉腔。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步说明图1所示，为氧化镧变质剂焙烧状态图，各部位置、联接关系要正确，按量配比，按需操作。制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、厘米3为计量单位，化学物质中的氧化镧可在15g 130g之间浮动选择，氯化钾可在60g 150g之间浮动选择，氯化钠可在50g 180g之间浮动选择，冰晶石可在60g OOg之间浮动选择，工业化制取时以千克、米3为计量单位。
氧化镧变质剂的焙烧是在微波焙烧炉中进行的，微波焙烧炉1为矩形，上部为炉盖3，在炉盖3上设有出气口 4，微波焙烧炉内部为炉腔22，在炉腔22中间位置为工作台2， 在工作台2上置放陶瓷容器5，陶瓷容器5内为四元混合细粉6，微波焙烧炉1外部为微波发生器20 ；在微波焙烧炉1的左外下部设有真空泵10，真空泵10通过真空管11联接微波焙烧炉1内的炉腔22，并抽取炉内空气；在微波焙烧炉1的左外部设有电控箱12，在电控箱12上设有显示屏13、指示灯 14、电源开关15、真空泵开关16、加热调控旋钮17、微波控制器21 ；在微波焙烧炉1的右部设有氮气瓶7，氮气瓶7通过氮气阀8、氮气管9联接微波焙烧炉1的炉腔22，并向微波焙烧炉1内输入氮气19 ；电控箱12通过导线18联接微波焙烧炉1的微波发生器20、真空泵10。图2所示，为氧化镧变质剂焙烧温度与时间坐标关系图，加热温度由25°C开始升温，即A点，以80C /min的速度升至280°C 士2°C，即B点，在此温度恒温保温120min士5min， 即B-C区段，然后关闭微波加热器，使其自然冷却至25°C，即D点，温度与时间成正比。图3所示，为氧化镧变质剂形貌图，氧化镧变质剂为白色粉末，呈不规则堆积，粉体颗粒直径< 0. 038mm。图4所示，为氧化镧变质剂粉体粒度分布图，横坐标为粒度μ m，左纵坐标为累计百分含量，对应图中曲线，右纵坐标区间百分含量，对应图中分布图。图5所示，为氧化镧变质剂衍射强度图谱，纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2Θ，图中可知在氧化镧变质剂粉体中，氯化钾对应衍射角观.345°、40.507 °、 58.640° ,66. 381°，氯化钠对应衍射角 31. 702 ° ,45. 446° ,56. 470° ,66. 224°，冰晶石对应衍射角31. 772°、45. 525° ,66. 368°，氧化镧对应衍射角观.036 °、39. 855°、 66.953°，其峰值强度与氧化镧变质剂中组分含量的多少、多峰的叠加相关，氯化钾、氯化钠对应衍射主峰、次峰强度高，冰晶石第一衍射峰与氯化钠主峰一致，两者叠加强度高，其他次峰相较于主峰低，氧化镧第一衍射峰与氯化钾主峰一致，两者叠加强度高，其他次峰强度不高，说明经充分混合焙烧后，氯化钾、氯化钠、冰晶石及氧化镧都保持了原配组分的成分及结构，物理化学性能稳定。图6所示，为氧化镧变质剂步冷曲线图，横坐标为时间，纵坐标为温度，图中可知，在氧化镧变质剂配比范围内，变质剂熔点曲线a为635°C 685°C，曲线b为685°C 725曲线c为710V 740°C，均完全符合铝硅合金变质剂熔点要求。图7所示，为氧化镧变质剂杂质含量化学成分表，图中可知，氧化镧变质剂化学成分中杂质含量之和< 1%，完全能用于铝硅亚共晶、共晶合金中，且不会给合金带入有害杂质成分。
权利要求
1.使用的化学物质材料为氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石、氮气，其组合用量如下 以克、厘米3为计量单位氧化镧=Lei2O3 IOOg士0. Ig 氯化钠NaCl 70g士0. Ig 氯化钾KC1 70g士0. Ig 冰晶石=Nei3AIF6 IlOg士0. Ig 氮气 20000 士 50cm3制备方法如下(1)精选化学物质材料对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制 氧化镧固态固体 99.5% 氯化钠固态固体 99.5% 氯化钾固态固体 99.5% 冰晶石固态固体 99.5% 氮气气态气体 99.5%(2)清理焙烧炉①对制备使用的焙烧炉要进行清理，用空气压缩机清除炉内灰尘及有害气物质，使炉内洁净；②氮气净化，将氮气管伸入焙烧炉，输入氮气，对炉腔进行净化，氮气输入速度IOOcm3/ min，输入时间20min，净化后静置20min ；(3)干燥处理称取氧化镧 IOOg士0. Ig 称取氯化钠 70g士0. Ig 称取氯化钾 70g士0. Ig 称取冰晶石 IlOg士0. Ig分别置于石英产物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥时间60min ；(4)研磨、过筛将干燥后的氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石分别用研磨机研磨，然后用400目筛网过筛；研磨、过筛反复进行，成细粉，细粉颗粒直径< 0. 038mm ；(5)配比、混合将氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石按10 :7:7: 11比值称取氧化镧:100g士0. Ig氯化钠:70g 士 0. Ig氯化钾:70g士0. Ig冰晶石:110g士0. Ig然后置于陶瓷容器中，进行混合，用搅拌器搅拌，搅拌转数lOr/min，搅拌时间30min， 搅拌后成四元混合细粉；(6)焙烧①将盛有四元混合细粉的陶瓷容器置于经氮气净化的焙烧炉中；②关闭焙烧炉，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强为-0.075MPa，然后关闭真空泵；③开启氮气阀、氮气瓶，向炉内输入氮气，氮气输入速度100cm7min，使炉内压强恒定在-0. 025Mpa ；④开启焙烧炉加热器，炉温温度由25°C逐渐升至280°C士2°C，在此温度恒温、保温、焙烧 120min士5min ；⑤然后，关闭焙烧炉加热器，使四元混合细粉随炉自然冷却至25°C；⑥关闭氮气瓶，停止输氮气；⑦打开焙烧炉，取出陶瓷容器及其内的四元混合细粉，即为终产物氧化镧变质剂粉末；(7)检测、化验、分析、表征对制备的氧化镧变质剂的形貌、色泽、纯度、粒度、化学物理性能、力学性能进行检测， 化验、分析和表征；用BT-9300H型激光式粒度分布仪进行氧化镧变质剂粒度分析； 用D/max-2500型X射线衍射仪进行组分及结构分析； 用JX-3D型金属相图测控装置进行步冷曲线分析； 用PDA7000光电直读光谱仪进行杂质化学成分分析；结论氧化镧变质剂为白色粉末，颗粒直径< 0. 038mm，产物纯度好，达99%，杂质含量之和< 1%，熔点范围为635°C 780°C，在< 300°C范围内，化学物理性能稳定，便于长期储存、运输；(8)产物储存对制备的氧化镧变质剂白色粉末储存于无色透明的玻璃容器中，密闭保存于阴凉、干燥、洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20°C 士2°C，相对湿度彡10%。
2.根据权利要求1所述的一种氧化镧变质剂的制备方法，其特征在于氧化镧变质剂的焙烧是在微波焙烧炉中进行的，微波焙烧炉(1)为矩形，上部为炉盖(3)，在炉盖(3)上设有出气口 G)，微波焙烧炉内部为炉腔(22)，在炉腔02)中间位置为工作台0)，在工作台(2)上置放陶瓷容器(5)，陶瓷容器(5)内为四元混合细粉(6)，微波焙烧炉外部为微波发生器(20)；在微波焙烧炉(1)的左外下部设有真空泵(10)，真空泵(10)通过真空管(11)联接微波焙烧炉(1)的炉腔(22)，并抽取炉内空气；在微波焙烧炉(1)的左外部设有电控箱(12)，在电控箱(1 上设有显示屏(13)、指示灯(14)、电源开关(15)、真空泵开关(16)、加热调控旋钮(17)、微波控制器(21)；在微波焙烧炉(1)的右部设有氮气瓶(7)、氮气瓶(7)通过氮气阀(8)、氮气管(9)联接微波焙烧炉⑴的炉腔(22)，并向微波焙烧炉⑴内输入氮气(19)；电控箱(12)通过导线(18)联接微波焙烧炉⑴的微波发生器(20)，真空泵(10)。
3.根据权利要求1所述的一种氧化镧变质剂的制备方法，其特征在于变质剂焙烧温度与时间坐标关系为加热温度由25 °C开始升温，即A点，以8°C /min的温度升至 2800C 士2°C，即B点，在此温度恒温保温120min士5min，即B-C区段，然后关闭微波加热器， 停止升温，使其随炉自然冷却至25°C，即D点，温度与时间成正比。
全文摘要
本发明涉及一种氧化镧变质剂的制备方法，是针对铝硅共晶、亚共晶合金的应用特性，而制备的稀土氧化镧变质剂，通过严格的化学物质配比，在氧化镧中配入氯化钠、氯化钾、冰晶石，经干燥、研磨、过筛、混合、氮气保护、微波加热焙烧，制成氧化镧变质剂产物，此制备方法工艺先进，工艺流程短，使用设备少，产物纯度好，达99％，杂质含量之和≤1％，是铝硅共晶、亚共晶合金优良的变质剂，是十分理想的制备氧化镧变质剂的方法。
文档编号C22C21/04GK102312115SQ20111028695
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者刘春莲, 宋伟, 宋秀安, 宋鹏, 张蕾蕾 申请人:太原理工大学