高性能铍铝合金及其制备方法
【专利说明】
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技术领域： 本发明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。
[0002]
【背景技术】： 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。
[0003] 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°C )和铝（660°C )熔点相差较大，铍铝合金凝固温 度范围较宽(大约550°C )，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。
[0004] 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。
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【发明内容】
： 本发明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。
[0006] 本发明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。
[0007] 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。
[0008] 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； (5) 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； (6) 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； ⑴取出包套，机加工去除包套，即得到高性能铍铝合金。
[0009] 在步骤⑴中，所述铍铝母合金的铸造工艺包括：真空度为IX KT1~IX KT2Pa,熔 炼温度为1350~1450°C，熔炼时间5~10分钟，浇注温度为1250~1300°C，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。
[0010] 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。
[0011] 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96~15〇Mm之间 的粉料为60~75%，粒径范围在10~45Mm的粉料为25~40%。
[0012] 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。
[0013] 在步骤(5)中，脱气处理工艺包括：一次脱气处理温度为500~600°C，真空度为 IX KT1~IX 10-2Pa,时间为1~1. 5小时；二次脱气处理温度为650~750°C，真空度为 I X 10_3~I X 10 _4Pa，时间为0. 5~1小时。
[0014] 在步骤(6)中，热等静压处理的工艺参数：升降速度是5~KTC /分钟，成型温度为 750~900°C，成型压力70~llOMPa，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。
[0015] 本发明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。
[0016] 本发明的积极有益效果如下： 本发明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。
[0017] 本发明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。
[0018] 本发明在粉末冶金过程中，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。
[0019] 本发明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