[发明专利]一种铍铝锆系多元合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铍铝锆系多元合金及其制备方法，目的在于解决目前采用粉末热等静压制备铍铝合金，其工艺复杂、成本很高，极大地限制了铍铝合金应用的问题。该铍铝锆系多元合金采用如下重量百分比的原料制备而成：54~80%的金属铍，17~45%的金属铝，0.2~2%的金属锆，0.1~1.0%的添加元素。本发明中，以现有铍铝合金为基础，添加金属锆及其它合金化元素，先制备出铍铝合金基材，之后通过真空感应熔炼法制备预合金化铍铝锆系多元合金，最后通过后续重熔，得到铍铝锆系多元合金。本发明通过对铍铝合金进行锆及其它元素的多元合金化，可以得到组织细化、尺寸均匀的等轴晶合金，减少组织缺陷和成分偏析，改善合金塑性，使得合金力学性能大幅度提高，具有优良的综合性能。

技术领域

本发明涉及有色金属合金领域，尤其是铍铝合金制造领域，具体为一种铍铝锆系多元合金及其制备方法。

背景技术

尽管历经40余年的发展，铍铝合金仍是目前发展较快的一种轻质高强合金。铍铝合金充分结合了金属铍的低密度、高强度，及金属铝的高塑性和优良机加性能，具有较好的韧性与易加工性，是一种独特的质轻、刚性、高阻尼性和高稳定性的材料。虽然铍铝合金的综合性能略逊于金属铍，但由于铍铝合金中铍含量的减少，使得材料原料成本大幅下降，加工性能显著提高。相比铍而言，铍铝合金的应用领域非常灵活，在性能不是最突出要求的应用领域，铍铝合金比铍更具竞争力。未来，铍铝合金与金属铍将以既竞争又互补的形式发展。

在铍铝合金中，铍和铝两相之间相互固溶度很低，存在较大亚稳态混溶间隙，使得这两种材料在凝固过程中相互分离。同时，铍的熔点为1287℃，铝的熔点为660℃，两者的熔点相差很大，因此，两者有着很宽的固液两相区（凝固区间），这就引起了金属补缩的问题，也造成最终产品中的收缩缺陷和孔隙，以及组织的宏观、微观偏析。另外，铸态合金中铍相组织往往表现为粗大的柱状树枝晶，因此，常规铸造方法难以得到性能良好的铍铝合金。此外，作为优先凝固相的铍具有密排六方晶体结构，在凝固过程中往往存在各向异性取向，从而进一步降低了铍铝合金的综合性能。

目前，普遍采用铍铝预合金化和粉末冶金、后续冷/热变形加工（轧制）及添加其它合金元素的方式，实现铍铝两相晶粒细化、提升综合性能的目的。但如上所述，该法工艺复杂、成本很高，制备过程中氧化物夹杂难以控制，且无法生产复杂结构部件，合金仍易出现成分偏析，极大地限制了该方法在铍铝合金中的深入应用。

为此，迫切需要一种新的方法或产品，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前采用粉末热等静压制备铍铝合金，其工艺复杂、成本很高，极大地限制了铍铝合金应用的问题，提供一种铍铝锆系多元合金及其制备方法。本发明中，以现有铍铝合金为基础，添加金属锆及其它合金化元素，先制备出铍铝合金基材，之后通过真空感应熔炼法制备预合金化铍铝锆系多元合金，最后通过后续重熔，得到铍铝锆系多元合金。本发明通过对铍铝合金进行锆及其它元素的多元合金化，可以得到组织细化、尺寸均匀的等轴晶合金，使得合金力学性能大幅度提高，具有优良的综合性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铍铝锆系多元合金，采用如下重量百分比的原料制备而成：54~80%的金属铍，17~45%的金属铝，0.2~2%的金属锆，0.1~1.0%的添加元素。

所述添加元素为镍、钛、镁、锰、铜、锌、铪、铌、钽、钒、钪、铂中的一种或多种。

所述金属铍为铍珠或铍锭且纯度高于99.0%，所述金属铝为铝锭、铝棒且金属铝的纯度高于99.9%，所述金属锆为锆片或锆锭且纯度高于99.5%。

前述铍铝锆系多元合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）分别按配比称取金属铍、金属铝、金属锆、添加元素，并将称取的金属铍、金属铝置于真空感应熔炼炉或真空电弧熔融炉中进行铸造，得到铍铝合金铸锭；