高性能鈹鋁合金及其制備方法
【專利說明】
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技術領域： 本發(fā)明涉及合金材料及其制備領域，特別是一種高性能鈹鋁合金及其制備方法。
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【背景技術】： 鈹鋁合金繼承了鈹?shù)妮p質、高彈性模量和鋁的高韌性和易加工性，具有質量輕、比剛度 高、比強度高、熱穩(wěn)定性好、高韌性、抗腐蝕等許多優(yōu)良特性，在航空航天工業(yè)、計算機制造 業(yè)、汽車工業(yè)、高精度高速度電焊機器制造業(yè)等領域有著廣闊的應用前景，在國內外已成為 一種倍受關注的新型材料。
[0003] 雖然鈹鋁合金具有一系列優(yōu)點及廣闊的應用前景，但是鈹鋁合金的制備技術，特 別是高性能鈹鋁合金的制備技術難度較大?，F(xiàn)有技術中鈹鋁合金的制備方法主要為普通砂 型、精密熔模等鑄造工藝。然而，鈹（1289°C )和鋁（660°C )熔點相差較大，鈹鋁合金凝固溫 度范圍較寬(大約550°C )，金屬液補縮較為困難，導致最終產(chǎn)品中出現(xiàn)大量的縮孔和氣孔； 鈹和鋁之間的相互可溶解非常有限，鈹和鋁獨立存在，隨著鋁含量的增加，鋁在鈹鋁合金界 面富集，弱化了界面的結合力，鈹鋁合金偏析嚴重、晶粒粗大和顯微組織不均勻，顯示出高 度的取向性，使得鈹鋁合金材料強度低、韌性差。
[0004] 解決鈹鋁合金的制備問題，提高鈹鋁合金力學性能。目前常用的方法有兩種：第 一，通過引入第三種金屬元素形成三元合金或是加入銀、鈷、鍺、硅等微量元素改善鈹鋁合 金的脆性；第二，采用粉末冶金工藝來細化晶粒、改變組織狀態(tài)，減少合金成分的偏聚，克服 縮孔缺陷，提高鈹鋁合金的綜合強度水平。但這兩種方法都存在一定的問題。第一種方法， 普通鑄造工藝很難保證引入元素在鈹鋁合金中分布均勻性，仍然會出現(xiàn)成分偏析，另外，金 屬液補縮留下的縮孔、氣孔缺陷及晶粒粗大問題仍然存在；第二種方法雖然能夠解決金屬 液補縮缺陷和晶粒粗大問題，但是因為鈹、鋁及添加元素密度相差較大，在混料過程中，容 易出現(xiàn)輕質元素上浮，密度較大的元素下沉，無法解決合金成分的偏析問題。
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【發(fā)明內容】
： 本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有技術中存在的不足之處，提供一種高性能鈹 鋁合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明為解決技術問題所采取的技術方案是： 一種高性能鈹鋁合金，其特征在于，按質量百分比，鈹含量為55~85%，鋁含量為10~ 35%，鎳含量為3~5%，其余1~5%為銀、鈷、鍺、硅元素中的一種或多種。
[0007] 所述的高性能鈹鋁合金，鈹為純度大于99. 5%的鈹珠，鋁為純度大于99. 99%鋁錠、 鎳為純度大于99. 95%的電解鎳，微量元素銀、鈷、鍺、硅均為分析純，在鈹鋁合金中添加鎳 可以提高其力學性能，添加微量銀、鈷、鍺、硅元素，可以減少成分偏析，降低鑄造缺陷。
[0008] 所述高性能鈹鋁合金的制備方法，其特征在于，包括下述步驟： ⑴將鈹、鋁、鎳原材料以及微量元素一起放入真空感應熔煉爐內，鑄造得到鈹鋁母合 金； ⑵將鈹鋁母合金，采用真空霧化設備制成鈹鋁合金粉末； ⑶將鈹鋁合金粉末，進行篩分，取不同粒徑范圍的粉末，裝入橡膠或浸漬乳膠或聚氯乙 烯制成的模具中； ⑷將裝滿粉末的模具，放入冷等靜壓設備的高壓容器中，按一定加壓制度，將粉末壓制 成鈹鋁合金坯體； (5) 將鈹鋁合金坯體，直接放入低碳鋼包套內，經(jīng)脫氣處理后封焊； (6) 將鈹鋁合金坯體低碳鋼包套，放入熱等靜壓設備的高溫高壓容器中，按照一定的溫 度和壓力制度，進行熱等靜壓處理； ⑴取出包套，機加工去除包套，即得到高性能鈹鋁合金。
[0009] 在步驟⑴中，所述鈹鋁母合金的鑄造工藝包括：真空度為IX KT1~IX KT2Pa,熔 煉溫度為1350~1450°C，熔煉時間5~10分鐘，澆注溫度為1250~1300°C，采用真空熔 煉工藝，可以降低母合金的含氣量和氧含量，提高母合金的質量。
[0010] 在步驟⑴中，采用電磁攪拌器或其他攪拌方式對熔液進行正反方向攪拌，電磁攪 拌可以加快鈹原料的熔化以及合金液的成分均勻，將進一步降低鈹鋁合金母合金的成分偏 析和鑄造缺陷。
[0011] 在步驟⑶中，所選用的鈹鋁合金粉末，按質量百分比，粒徑范圍在96~15〇Mm之間 的粉料為60~75%，粒徑范圍在10~45Mm的粉料為25~40%。
[0012] 在步驟⑷中，冷等靜壓設備中的加壓制度，預壓時間5~10秒，保壓時間30~90 秒，成型壓力100~160MPa，冷等靜壓后的鈹鋁合金坯體密實度高，能達到鈹鋁合金理論 密度的85%以上。
[0013] 在步驟(5)中，脫氣處理工藝包括：一次脫氣處理溫度為500~600°C，真空度為 IX KT1~IX 10-2Pa,時間為1~1. 5小時；二次脫氣處理溫度為650~750°C，真空度為 I X 10_3~I X 10 _4Pa，時間為0. 5~1小時。
[0014] 在步驟(6)中，熱等靜壓處理的工藝參數(shù)：升降速度是5~KTC /分鐘，成型溫度為 750~900°C，成型壓力70~llOMPa，保壓時間1~3小時，采用熱等靜壓制備的鈹鋁合金， 致密度高，成分偏析少，縮孔缺陷低，綜合強度水平高。
[0015] 本發(fā)明采用真空熔煉的方法制備高性能鈹鋁合金，在鈹鋁合金中添加第三元鎳及 銀、鈷、鍺、硅等微量元素，同時，通過電磁攪拌的方式，以提高鈹鋁合金組織均勻性和性能； 采用真空霧化設備將鈹鋁合金制備成粉末，而后采用粉末冶金的方法將鈹鋁合金粉末制備 成鈹鋁合金，在粉末冶金過程中，采用冷等靜壓方法制備鈹鋁合金粉末制成坯體，以提高坯 體的密實度，采用熱等靜壓方法對坯體進行燒結，不僅可以使材料進一步致密化，而且其較 低的燒結溫度不易使晶粒聚集長大，進一步提高材料的力學性能。
[0016] 本發(fā)明的積極有益效果如下： 本發(fā)明在鈹鋁母合金制備過程中，增加電磁攪拌，可以加快鈹原料的熔化以及合金液 的成分均勻，將進一步降低鈹鋁合金母合金的成分偏析和鑄造缺陷。
[0017] 本發(fā)明在鈹鋁母合金中添加鎳可以提高其力學性能，添加微量銀、鈷、鍺、硅元素， 可以減少成分偏析，降低鑄造缺陷。
[0018] 本發(fā)明在粉末冶金過程中，選用真空霧化制備的鈹鋁合金粉末，而非鈹、鋁單質粉 末，避免了混料過程中，鈹鋁密度相差較大，容易出現(xiàn)輕質元素上浮，密度較大的元素下沉， 造成合金成分的偏析問題。
[0019] 本發(fā)明采用冷等靜壓的方法制備鈹鋁合金坯體，有利于提高鈹鋁合金坯體的密實 度，采用熱等靜壓燒結工藝不僅可以使