高性能铍铝合金及其制备方法技术

发本发明专利技术公开了一种高性能铍铝合金及其制备方法，该高性能铍铝合金，按质量百分比，铍含量为55～85%，铝含量为10～35%，镍含量为3～5%，其余1～5%为银、钴、锗、硅元素中的一种或多种，制备方法包括：①采用真空感应熔炼炉制备铍铝母合金；②采用真空雾化设备将铍铝母合金制成粉末；③取不同粒径范围的粉末，装入模具中；④放入冷等静压设备的高压容器，按一定加压制度，将粉末压制成铍铝合金坯体；⑤将坯体直接放入低碳钢包套内，经脱气处理后封焊；⑥将包套放入热等静压设备的高温高压容器，按照一定的温度和压力制度，进行热等静压处理；⑦取出包套，机加工去除包套，即得到高性能铍铝合金。采用本发明专利技术制备的高性能铍铝合金具有良好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
高性能铍铝合金及其制备方法
：本专利技术涉及合金材料及其制备领域，特别是一种高性能铍铝合金及其制备方法。
技术介绍
：铍铝合金继承了铍的轻质、高弹性模量和铝的高韧性和易加工性，具有质量轻、比刚度高、比强度高、热稳定性好、高韧性、抗腐蚀等许多优良特性，在航空航天工业、计算机制造业、汽车工业、高精度高速度电焊机器制造业等领域有着广阔的应用前景，在国内外已成为一种倍受关注的新型材料。虽然铍铝合金具有一系列优点及广阔的应用前景，但是铍铝合金的制备技术，特别是高性能铍铝合金的制备技术难度较大。现有技术中铍铝合金的制备方法主要为普通砂型、精密熔模等铸造工艺。然而，铍（1289℃）和铝（660℃）熔点相差较大，铍铝合金凝固温度范围较宽（大约550℃），金属液补缩较为困难，导致最终产品中出现大量的缩孔和气孔；铍和铝之间的相互可溶解非常有限，铍和铝独立存在，随着铝含量的增加，铝在铍铝合金界面富集，弱化了界面的结合力，铍铝合金偏析严重、晶粒粗大和显微组织不均匀，显示出高度的取向性，使得铍铝合金材料强度低、韧性差。解决铍铝合金的制备问题，提高铍铝合金力学性能。目前常用的方法有两种：第一，通过引入第三种金属元素形成三元合金或是加入银、钴、锗、硅等微量元素改善铍铝合金的脆性；第二，采用粉末冶金工艺来细化晶粒、改变组织状态，减少合金成分的偏聚，克服缩孔缺陷，提高铍铝合金的综合强度水平。但这两种方法都存在一定的问题。第一种方法，普通铸造工艺很难保证引入元素在铍铝合金中分布均匀性，仍然会出现成分偏析，另外，金属液补缩留下的缩孔、气孔缺陷及晶粒粗大问题仍然存在；第二种方法虽然能够解决金属液补缩缺陷和晶粒粗大问题，但是因为铍、铝及添加元素密度相差较大，在混料过程中，容易出现轻质元素上浮，密度较大的元素下沉，无法解决合金成分的偏析问题。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的不足之处，提供一种高性能铍铝合金及其制备方法。本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案是：一种高性能铍铝合金，其特征在于，按质量百分比，铍含量为55～85%，铝含量为10～35%，镍含量为3～5%，其余1～5%为银、钴、锗、硅元素中的一种或多种。所述的高性能铍铝合金，铍为纯度大于99.5%的铍珠，铝为纯度大于99.99%铝锭、镍为纯度大于99.95%的电解镍，微量元素银、钴、锗、硅均为分析纯，在铍铝合金中添加镍可以提高其力学性能，添加微量银、钴、锗、硅元素，可以减少成分偏析，降低铸造缺陷。所述高性能铍铝合金的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：⑴将铍、铝、镍原材料以及微量元素一起放入真空感应熔炼炉内，铸造得到铍铝母合金；⑵将铍铝母合金，采用真空雾化设备制成铍铝合金粉末；⑶将铍铝合金粉末，进行筛分，取不同粒径范围的粉末，装入橡胶或浸渍乳胶或聚氯乙烯制成的模具中；⑷将装满粉末的模具，放入冷等静压设备的高压容器中，按一定加压制度，将粉末压制成铍铝合金坯体；⑸将铍铝合金坯体，直接放入低碳钢包套内，经脱气处理后封焊；⑹将铍铝合金坯体低碳钢包套，放入热等静压设备的高温高压容器中，按照一定的温度和压力制度，进行热等静压处理；⑺取出包套，机加工去除包套，即得到高性能铍铝合金。在步骤⑴中，所述铍铝母合金的铸造工艺包括：真空度为1×10-1～1×10-2Pa，熔炼温度为1350～1450℃，熔炼时间5～10分钟，浇注温度为1250～1300℃，采用真空熔炼工艺，可以降低母合金的含气量和氧含量，提高母合金的质量。在步骤⑴中，采用电磁搅拌器或其他搅拌方式对熔液进行正反方向搅拌，电磁搅拌可以加快铍原料的熔化以及合金液的成分均匀，将进一步降低铍铝合金母合金的成分偏析和铸造缺陷。在步骤⑶中，所选用的铍铝合金粉末，按质量百分比，粒径范围在96～150µm之间的粉料为60～75%，粒径范围在10～45µm的粉料为25～40%。在步骤⑷中，冷等静压设备中的加压制度，预压时间5～10秒，保压时间30～90秒，成型压力100～160MPa，冷等静压后的铍铝合金坯体密实度高，能达到铍铝合金理论密度的85%以上。在步骤⑸中，脱气处理工艺包括：一次脱气处理温度为500～600℃，真空度为1×10-1～1×10-2Pa，时间为1～1.5小时；二次脱气处理温度为650～750℃，真空度为1×10-3～1×10-4Pa，时间为0.5～1小时。在步骤⑹中，热等静压处理的工艺参数：升降速度是5～10℃/分钟，成型温度为750～900℃，成型压力70～110MPa，保压时间1～3小时，采用热等静压制备的铍铝合金，致密度高，成分偏析少，缩孔缺陷低，综合强度水平高。本专利技术采用真空熔炼的方法制备高性能铍铝合金，在铍铝合金中添加第三元镍及银、钴、锗、硅等微量元素，同时，通过电磁搅拌的方式，以提高铍铝合金组织均匀性和性能；采用真空雾化设备将铍铝合金制备成粉末，而后采用粉末冶金的方法将铍铝合金粉末制备成铍铝合金，在粉末冶金过程中，采用冷等静压方法制备铍铝合金粉末制成坯体，以提高坯体的密实度，采用热等静压方法对坯体进行烧结，不仅可以使材料进一步致密化，而且其较低的烧结温度不易使晶粒聚集长大，进一步提高材料的力学性能。本专利技术的积极有益效果如下：本专利技术在铍铝母合金制备过程中，增加电磁搅拌，可以加快铍原料的熔化以及合金液的成分均匀，将进一步降低铍铝合金母合金的成分偏析和铸造缺陷。本专利技术在铍铝母合金中添加镍可以提高其力学性能，添加微量银、钴、锗、硅元素，可以减少成分偏析，降低铸造缺陷。本专利技术在粉末冶金过程中，选用真空雾化制备的铍铝合金粉末，而非铍、铝单质粉末，避免了混料过程中，铍铝密度相差较大，容易出现轻质元素上浮，密度较大的元素下沉，造成合金成分的偏析问题。本专利技术采用冷等静压的方法制备铍铝合金坯体，有利于提高铍铝合金坯体的密实度，采用热等静压烧结工艺不仅可以使材料进一步致密化，而且其较低的烧结温度不易使晶粒聚集长大，进一步提高材料的力学性能。采用本专利技术制备方法制备的铍铝合金具有良好的力学性能，抗拉强度为300～350MPa，屈服强度为240～270MPa，弹性模量为210～250GPa，延伸率为4.8～6.9%具体实施方式：本专利技术以下将结合具体实施例作进一步描述：本专利技术提供的高性能铍铝合金，按质量百分比，铍含量为55～85%，铝含量为10～35%，镍含量为3～5%，其余1～5%为银、钴、锗、硅元素中的一种或多种。本专利技术提供的高性能铍铝合金的制备方法，包括以下步骤：⑴将铍、铝、镍原材料以及微量元素一起放入真空感应熔炼炉内，铸造得到铍铝母合金，因铸造温度较高，铝的烧损量较大，所以铝的加入量要比设计的合金成分高1～2%，铍铝母合金铸造工艺：真空度为1×10-1～1×10-2Pa，熔炼温度为1350～1450℃，熔炼时间5～10分钟，浇注温度为1250～1300℃。在铸造过程中，采用电磁搅拌器或其他搅拌方式对熔液进行正反方向搅拌，电磁搅拌可以加快铍原料的熔化以及合金液的成分均匀，将进一步降低铍铝合金母合金的成分偏析和铸造缺陷。⑵将铍铝母合金，采用真空雾化设备制成铍铝合金粉末；⑶将铍铝合金粉末，进行筛分，选用的铍铝合金粉末，按质量百分比，粒径范围在96～150µm之间的粉料为60～75%，粒径范围在10～45µm的粉料为25～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能铍铝合金，其特征在于：按质量百分比，铍含量为55～85%，铝含量为10～35%，镍含量为3～5%，其余1～5%为银、钴、锗、硅元素中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种高性能铍铝合金的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：⑴将铍、铝、镍原材料以及微量元素一起放入真空感应熔炼炉内，铸造得到铍铝母合金；⑵将铍铝母合金，采用真空雾化设备制成铍铝合金粉末；⑶将铍铝合金粉末，进行筛分，取不同粒径范围的粉末，装入橡胶或浸渍乳胶或聚氯乙烯制成的模具中；⑷将装满粉末的模具，放入冷等静压设备的高压容器中，按一定加压制度，将粉末压制成铍铝合金坯体；⑸将铍铝合金坯体，直接放入低碳钢包套内，经脱气处理后封焊；⑹将铍铝合金坯体低碳钢包套，放入热等静压设备的高温高压容器中，按照一定的温度和压力制度，进行热等静压处理；⑺取出包套，机加工去除包套，即得到高性能铍铝合金；在步骤⑴中，所述铍、铝、镍原材料以及微量元素的质量百分比如下：铍含量为55～85%，铝含量为10～35%，镍含量为3～5%，其余1～5%的微量元素为银、钴、锗、硅元素中的一种或多种；其中：铍为纯度大于99.5%的铍珠，铝为纯度大于99.99%铝锭，镍为纯度大于99.95%的电解镍，微量...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴恒，姚栋嘉，方鹏，孙国栋，牛利伟，
申请(专利权)人：河南泛锐复合材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41