一种应用于航天工程机械的合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于航天工程机械的合金材料及其制备方法，由以下重量百分数组分组成：镍：6‑7％，锡：2‑3％，铝：13‑16％，锰：2‑4％，镀镍碳化硅：0.5‑1.5％，铁：2‑4％，磷：0.5‑1％，镧：0.02‑0.05％，铈：0.015‑0.0375％，余量为铜。本发明专利技术提供的材料的屈服强度大于1000MPa；在实现替代有毒的铍元素的同时，又改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。

An alloy material used in aerospace engineering machinery and its preparation method

The invention discloses an alloy material applied to space engineering machinery and a preparation method, which is composed of the following weight percentage components: nickel: 6 7%, tin: 2 3%, aluminum: 13 16%, manganese: 2 4%, nickel-plated silicon carbide: 0.5 1.5%, iron: 2 4%, phosphorus: 0.5 1%, lanthanum: 0.02 0.05%, cerium: 0.015. 0.0375%, the allowance is copper. The yielding strength of the material provided by the invention is greater than 1000MPa, while replacing poisonous beryllium element, the performance of the alloy material is improved, thus realizing the goal of completely replacing beryllium bronze.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于航天工程机械的合金材料及其制备方法
本专利技术涉及合金材料领域，特别涉及一种应用于航天工程机械的合金材料及其制备方法。
技术介绍
铜铍合金熔合而成的铍青铜具有优越的性能，比如其屈服强度可实现高于980MPa，因此被广泛应用于航空航天领域的衬套等高端产品零部件。然而，美国职业安全与健康管理局呼吁减少铍的使用量，因为，铍具有一定的毒性，人体一旦吸入相应计量的其粉尘，将会引起致命性的肺部疾病。工业生产当中，现有的几种材料比如铝青铜的屈服强度431MPa,铜-镍-锡合金屈服强度724MPa等材料的性能都不能够达到铍青铜的程度，因此一直不能够完全被人们接受。因此，使用可完全取代铍青铜的材料将是未来的一种趋势并能够在市场中占据优势。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺陷，本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种应用于航天工程机械的合金材料，由以下重量百分数组分组成：镍：6-7％，锡：2-3％，铝：13-16％，锰：2-4％，镀镍碳化硅：0.5-1.5％，铁：2-4％，磷：0.5-1％，镧：0.02-0.05％，铈：0.015-0.0375％，余量为铜。进一步地，由以下重量百分数组分组成：镍：6％，锡：2％，铝：13％，锰：2％，镀镍碳化硅：0.5％，铁：2％，磷：0.5％，镧：0.02％，铈：0.015％，余量为铜。进一步地，由以下重量百分数组分组成：镍：6.5％，锡：2.5％，铝：14.5％，锰：2.5％，镀镍碳化硅：1％，铁：3％，磷：0.75％，镧：0.035％，铈：0.027％，余量为铜。进一步地，由以下重量百分数组分组成：镍：7％，锡：3％，铝：16％，锰：4％，镀镍碳化硅：1.5％，铁：4％，磷：1％，，镧：0.05％，铈：0.0375％，余量为铜。本专利技术提供的一种应用于航天工程机械的合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍﹑锡置于工频电炉内，加热至1100-1150℃，熔炼2.5-3小时，待完全熔化后保温至1050℃，保温时间为0.5小时；2)制备铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至750-800℃，熔炼1.5-2小时，待完全熔化后保温至700℃，保温时间为0.5-1小时；3)将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1200℃；4)锰、碳化硅、磷和铁进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在100-150μm；添加同等粒径的镀镍碳化硅颗粒；5)将研磨完成并均匀混合的粉末按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中；然后将工频电炉保温至1200℃，保温时间为45分钟；6)按照重量比例在合金溶液中添加镧和铈，并在用机器搅拌；7)用光谱仪对从炉内取出的样品进行次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭；到厢式退火炉中进行回火；再用辊轧机将合金锭轧制成规定的规格；8)将轧制完成后的材料放置在厢式退火炉中进行热处理，然后将处理完成后的棒材放入浓度为10％的盐水中冷却；9)冷却完成后的合金材料进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。进一步地，步骤4)中的锰、铁和磷采用研磨的方法进行粉末化处理。进一步地，步骤6)中的搅拌速度为200转/分钟，搅拌时间3-5分钟。进一步地，步骤7)中的光谱仪为斯派克直读光谱仪，次成分检测次数为3-6次。进一步地，步骤7)中回火温度为600-650℃，时间为1.5-2小时。进一步地，步骤8)中热处理的处理温度为400-450℃，时间为1.5-2小时。本专利技术取得的有益效果：本专利技术是利用铜-镍合金材料与铝-锡合金完全融合，能够形成相应的多元合金相达到相应的强度，以实现代替铍-铜合金的铍元素，并且在合金中添加其他微量元素，利用多个微量元素的作用结合相应的轧制及盐水淬火工艺从而实现最终合金材料卓越的性能，此材料的屈服强度大于1000MPa。在实现替代有毒的铍元素的同时，又改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。碳化硅材料经过颗粒细化处理、均匀弥散分布在合金材料中，利用碳化硅高硬度、高耐磨性等特点在合金基体中形成较高的固溶度，从而提高耐腐蚀性及延展性能的同时进一步提升拉伸与屈服强度。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一一种应用于航天工程机械的合金材料，由以下重量百分数组分组成：镍：6％，锡：2％，铝：13％，锰：2％，镀镍碳化硅：0.5％，铁：2％，磷：0.5％，镧：0.02％，铈：0.015％，余量为铜。其制造方法包括如下步骤：1)制备铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍﹑锡置于工频电炉内，加热至1100℃，熔炼2.5小时，待完全熔化后保温至1050℃，保温时间为0.5小时；2)制备铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至750℃，熔炼1.5小时，待完全熔化后保温至700℃，保温时间为0.5小时；3)将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1200℃；4)锰、碳化硅、磷和铁进行粉末化处理，将锰和铁和磷采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在100-150μm；添加同等粒径的镀镍碳化硅颗粒；5)将研磨完成并均匀混合的粉末按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中；然后将工频电炉保温至1200℃，保温时间为45分钟；6)按照重量比例在合金溶液中添加镧和铈，并在用机器搅拌，搅拌速度为200转/分钟，搅拌时间3分钟；7)用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3次次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭；到厢式退火炉中进行回火，回火温度为600℃，时间为1.5-2小时；再用6辊轧机将合金锭轧制成需要的规格；8)将轧制完成后的材料放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为400℃，时间为1.5小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为10％的盐水中冷却；9)冷却完成后的合金材料进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。经检测本实施例得到的合金材料屈服强度大于1000MPa，超过了铍青铜的屈服强度。替代有毒铍元素的同时，改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。实施例二一种应用于航天工程机械的合金材料，由以下重量百分数组分组成：镍：6.5％，锡：2.5％，铝：14.5％，锰：2.5％，镀镍碳化硅：1％，铁：3％，磷：0.75％，镧：0.035％，铈：0.027％，余量为铜。其制造方法包括如下步骤：1)制备铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍﹑锡置于工频电炉内，加热至1125℃，熔炼2.75小时，待完全熔化后保温至1050℃，保温时间为0.5小时；2)制备铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至775℃，熔炼1.75小时，待完全熔化后保温至700℃，保温时间为0.75小时；3)将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1200℃；4)锰、碳化硅、磷和铁进行粉末化处理，将锰和铁和磷采用研磨的方式进行粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于航天工程机械的合金材料，其特征在于，由以下重量百分数组分组成：镍：6‑7％，锡：2‑3％，铝：13‑16％，锰：2‑4％，镀镍碳化硅：0.5‑1.5％，铁：2‑4％，磷：0.5‑1％，镧：0.02‑0.05％，铈：0.015‑0.0375％，余量为铜。

【技术特征摘要】
1.一种应用于航天工程机械的合金材料，其特征在于，由以下重量百分数组分组成：镍：6-7％，锡：2-3％，铝：13-16％，锰：2-4％，镀镍碳化硅：0.5-1.5％，铁：2-4％，磷：0.5-1％，镧：0.02-0.05％，铈：0.015-0.0375％，余量为铜。2.根据权利要求1所述的一种应用于航天工程机械的合金材料，其特征在于，由以下重量百分数组分组成：镍：6％，锡：2％，铝：13％，锰：2％，镀镍碳化硅：0.5％，铁：2％，磷：0.5％，镧：0.02％，铈：0.015％，余量为铜。3.根据权利要求1所述的一种应用于航天工程机械的合金材料，其特征在于，由以下重量百分数组分组成：镍：6.5％，锡：2.5％，铝：14.5％，锰：2.5％，镀镍碳化硅：1％，铁：3％，磷：0.75％，镧：0.035％，铈：0.027％，余量为铜。4.根据权利要求1所述的一种应用于航天工程机械的合金材料，其特征在于，由以下重量百分数组分组成：镍：7％，锡：3％，铝：16％，锰：4％，镀镍碳化硅：1.5％，铁：4％，磷：1％，镧：0.05％，铈：0.0375％，余量为铜。5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种应用于航天工程机械的合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍﹑锡置于工频电炉内，加热至1100-1150℃，熔炼2.5-3小时，待完全熔化后保温至1050℃，保温时间为0.5小时；2)制备铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至750-800℃，熔炼1.5-2小时，待完全熔化后保温至700℃，保温时间为0.5-1小时；3)将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞，赵勇，埃里克斯·高登，
申请(专利权)人：苏州天兼新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32