【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种的铍/铝复合材料细丝的制备方法。
技术介绍
1、铍/铝复合材料因其高比强度、高比刚度的优异性能，在航空航天领域备受关注。铍/铝复合材料在航空航天领域的主要应用为复杂形状薄壁构件，若采用坯料进行精加工的方法生产构件会造成原材料的大量浪费，同时铍/铝复合材料的价格高昂，使得生产成本急剧增加。制备此类构件可以通过精密铸造法实现近净成形，但精密铸造法制备的铍/铝复合材料容易产生缩孔、缩松、热裂和偏析等典型的铸造缺陷，造成材料力学性能低、成品率低的问题。因此，通过增材制造来生产复杂形状薄壁构件是一种有前景的方法。
2、由于铍粉的毒性，使用粉末为原料的增材制造方法，例如铺粉烧结、喷射成型等，具有危险性，且不环保。以铍/铝复合材料细丝作为原料，使用电弧熔化的方法更加安全。如何生产合适的铍/铝复合材料细丝又成了一个新的问题。
3、铸造的铍/铝复合材料坯料无法满足增材制造原料的长度需求，因此需要对铸造铍/铝复合材料进行加工，若直接通过挤压的方式制备，由于增材制造用铍/铝复合材料细丝的直径较小，挤压比大，则需要的挤压压力也大，生产难度高。若直接通过旋锻的方式生产铍/铝复合材料细丝，由于每次旋锻加工变形量有限，会导致生产步骤多，生产周期长的问题。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的铍/铝复合材料细丝的生产难度高、生产周期长的问题，提出一种铍/铝复合材料细丝的制备方法，采用热挤压和热旋锻的方法结合，高效且低成本地制备铍/铝复合材料细丝，为电弧熔化增材制造制
2、本专利技术铍/铝复合材料细丝的制备方法按照以下步骤进行：
3、步骤一：铍/铝复合材料的制备
4、采用自排气压力浸渗法制备铍/铝复合材料；所述铍/铝复合材料中铍粉的体积分数为20％～70％；铍/铝复合材料中铝金属为纯铝或铝合金；
5、所述自排气压力浸渗法的工艺为：
6、①、按体积分数20-70％铍粉和余量的铝金属，将铍粉装入钢制模具中压制成预制体，压制的保压压力为80-110kn，保压时间2-4min；然后将装有铍粉预制体的钢模具放入预热炉中，在510-560℃下预热2h；
7、②、将铝金属在温度为820-860℃下熔化，得到液态铝，然后将液态铝倒入步骤①预热后的钢模具中；
8、③、压头施加20-35mpa的压力和以5mm/min的速度向下运动，使液态铝浸渗到铍粉的间隙中，并在20-35mpa的压力下保压3-4min，然后通过循环水冷却，得到铍/铝复合材料；
9、步骤二：铍/铝复合材料及热挤压的模具的预热
10、先将铍/铝复合材料预热至温度为400℃～600℃，然后在温度为400℃～600℃的条件下保温0.5h～6h；热挤压模具在低于铍/铝复合材料预热温度10℃～50℃下保温0.5h～6h；
11、步骤三：热挤压制备铍/铝复合材料棒材
12、将预热后的铍/铝复合材料装入热挤压模具中，用压力机进行热挤压，热挤压速率为30～120mm/min，一次性得到多根铍/铝复合材料棒材；
13、所述挤压模具中，挤压嘴为多孔挤压嘴，孔径为3mm～10mm，孔的数量为2～10个；所述预热后的铍/铝复合材料的直径为34～36mm；
14、步骤四：铍/铝复合材料棒材退火处理
15、将步骤三得到的铍/铝复合材料棒材加热至200～600℃，然后在温度为200～600℃的条件下保温0.5h～6h；
16、步骤五：热旋锻制备铍/铝复合材料细丝
17、使用旋锻机对铍/铝复合材料棒材进行多道次旋锻，得到直径为1～2.5mm的铍/铝复合材料细丝；
18、所述多道次旋锻工艺为：旋锻温度为200～600℃，每道次变形量为1％～10％，进料速率为10～200mm/min，旋锻频率为10～100hz，每道次旋锻后进行退火处理，退火温度与旋锻温度相同，退火时间为19～21min。
19、本专利技术具备以下有益效果：
20、1、本专利技术在中高温下采用多道次旋锻的方法对热挤压后的铍/铝复合材料棒材进行加工，避免铍/铝复合材料在室温下延伸率低、可加工性差的缺点，并在加工道次间对铍/铝复合材料进行退火，消除加工强化，提高材料的可加工性，制备出可用于增材制造的铍/铝复合材料细丝；
21、2、本专利技术先对铸造铍/铝复合材料进行挤压加工，得到棒状铍/铝复合材料，再通过旋锻加工进一步减小棒材直径，得到铍/铝复合材料细丝，能够实现高效且低成本的制备。该方法工艺简单、易操作、复合材料性能优异，易于实现产业化生产及应用。
22、3、本专利技术制备的高强韧铍/铝复合材料的性能优异。在中高温下进行多道次变形，并且每道次变形过程中间进行退火处理以提高材料变形能力，保证材料的完整性。挤压加工后可细化基体晶粒，同时使增强体产生定向排列，提高材料性能。后续的多道次旋锻加工过程，可进一步细化基体晶粒，产生极细晶，同时增加增强体的长径比，提高载荷传递强化能力，进一步提高材料性能。屈服强度超过540mpa，抗拉强度超过660mpa，延伸率超过6.5％。
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1.一种铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：铍/铝复合材料细丝的制备方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述的铍粉的纯度大于99％，平均粒径为5～800μm。
3.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述铍粉为无规则形状、球形及铍车削屑中的一种或几种的任意比组合。
4.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述自排气压力浸渗法的工艺为：
5.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.
6.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤二先将铍/铝复合材料预热至温度为530℃，然后在温度为530℃的条件下保温2h；热挤压模具在510℃下保温3h。
7.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤三将预热后的铍/铝复合材料装入热挤压模具中，用压力机进行热挤压，热挤压速率为50mm/min，一次性得到多根铍/铝复合材料棒材。
8.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤三所述挤压模具中，挤压嘴为多孔挤压嘴，孔径为4mm，孔的数量为4个；所述预热后的铍/铝复合材料的直径为35mm。
9.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤四将步骤三得到的铍/铝复合材料棒材加热至540℃，然后在温度为540℃的条件下保温2h。
10.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤五所述多道次旋锻工艺为：旋锻温度为540℃，每道次变形量为3％，进料速率为60mm/min，旋锻频率为30Hz，每道次旋锻后进行退火处理，退火温度与旋锻温度相同，退火时间为19～21min。
...【技术特征摘要】
1.一种铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：铍/铝复合材料细丝的制备方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述的铍粉的纯度大于99％，平均粒径为5～800μm。
3.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述铍粉为无规则形状、球形及铍车削屑中的一种或几种的任意比组合。
4.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述自排气压力浸渗法的工艺为：
5.根据权利要求1所述的铍/铝复合材料细丝的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝合金为al-si合金、al-cu合金、al-mg合金、al-si-cu合金、al-si-mg合金、al-cu-mg合金、al-zn-cu合金、al-zn-mg-cu合金、al-be合金、al-li合金及al-si-cu-mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；所述al-si合金中si的质量分数为0.5％～25％；al-cu合金中cu的质量分数为0.5％～53％；al-mg合金中mg的质量分数为0.5％～38％；al-si-cu合金中si的质量分数为0.5％～25％，cu的质量分数为0.5％～53％；al-si-mg合金中si的质量分数为0.5％～25％，mg的质量分数为0.5％～38％；al-cu-mg合金中cu的质量分数为0.5％～53％，mg的质量分数为0.5％～38％；al-zn-cu合金中zn的质量分数为0.5％～55％，cu的质量分数为0.5％～53％；al-zn-mg-cu...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏一骁，杨文澍，陈国钦，鞠渤宇，武高辉，
申请(专利权)人：哈工大郑州研究院，
类型：发明
国别省市：
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