[发明专利]一种铍铝合金表面复合强化改性层的制备方法

说明书

本发明公开了一种铍铝合金表面氧化铍/氧化铝双相颗粒复合强化改性层的制备方法。采用在铍铝合金表面预烧微米金属铝粉、纳米氧化铝粉与纳米氧化铍粉三元预混复合粉体的方式，结合电子束重熔与后续热处理获得了高硬度与强化相颗粒梯度式分布的合金表面改性层。采用上述技术路线可避免使用金属铍粉造成的不利影响与表面改行层的开裂失效，实现了改性层与合金基体之间的冶金结合，保证了表面改性层的结构稳定性。该方法工艺路线简便可行，可有效解决铸造铍铝合金用作电子包封材料时对表面涂层热物性能的要求，具有良好的实际工程应用前景。

技术领域

本发明涉及有色金属材料表面改性领域，尤其是铍铝合金表面改性与涂层制备，具体为一种铍铝合金表面复合强化改性层的制备方法。

背景技术

高的热导率与能够匹配基体材料的热膨胀系数(CTE)是对电子元器件集成包封材料的首要性能要求。此外，日益发展的电子技术与产业对包封材料的密度、强度、尺寸稳定性、阻尼性能乃至表面状态(涂层、镀层等)等均提出了越来越高的要求。在满足条件的诸多候选材料中，铍、铜、钨、铝金属基复合材料具有各自独特的优势，其中铍-氧化铍(E材料)与铍铝合金体系因具有高的阻尼特性、热性能与比刚度而表现出相当大的竞争优势。通过氧化铍(BeO)颗粒增强的金属铍基复合材料普遍具有不低于240W/m·k的高热导率与不高于6.1ppm/K的CTE值，以及较好的宽温度范围的尺寸稳定性，是较为理想的电子包封材料之一，然而其制备工艺及成本限制了其广泛应用，主要表现在：需制备球形铍粉并以类似粉末冶金方式将铍粉与氧化皮粉颗粒均匀混合、冷热等静压等途径获得，为降低铍粉的毒性与高防氧化要求需配套复杂的设备与工序。

铍铝合金材料具有与上述E材料相近的热导率、CTE值(～210W/m·k、～8.7ppm/K)和尺寸稳定性。其中，铸造铍铝合金具有比粉冶合金相对更高的阻尼性能、机加性能与大幅降低的制备成本。铍铝合金实质是由金属铍和铝构成的双相金属基复合材料，实际工程应用中，在克服了铸造铍铝合金中铍柱状枝晶与凝固缺陷问题的前提下，还需进一步解决铍铝合金表面涂层或镀层的技术难题。由于铍和铝的相电化学性能差异大且标准电化学势均较低，常规阳极氧化、微弧氧化等表面改性处理过程中，两相的氧化成膜能力存在较大差别，工艺尚不成熟。此外，表面化学镀层往往存在硬度/强度不高、与基体CTE参数不匹配等问题。

发明内容

通过冶金结合与增加复合强化相的方式可获得硬度高、导热性与热稳定好、与基体结合强度高的表面强化层，实现方式包括激光、电子束、电弧或等离子体表面熔覆。通过合理选择强化相材料并结合上述方式可在铸造铍铝合金表面制备厚度在数微米至数百微米的重熔层，并表现出独特的微观组织与热物性能，从而辅助实现铍铝合金用于电子包封材料。由于与铍铝合金基体优良的组织与性能相容性，氧化铍与氧化铝颗粒可作为铍铝合金理想的颗粒强化相。据申请人所知，目前国内外关于通过表面覆熔处理实现氧化铍/氧化铝复合强化铍铝合金表面的相关文献报导极少，相关研究与应用领域仍处于空白。

本发明的目的在于：本发明提供了一种铍铝合金表面复合强化改性层的制备方法，解决了目前铸造铍铝合金用于电子元器件包封材料时面临的部分问题或不足。在保留铸造铍铝合金良好的热物性能、阻尼性能、尺寸稳定性和低密度等特性的基础上，进一步改性合金表面状态，改善合计表面微观组织并提高合金表面硬度，避免表面化学镀层带来的不利因素。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种铍铝合金表面复合强化改性层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.预混复合粉体制备：将微米金属铝粉、纳米氧化铝粉与纳米氧化铍粉按一定重量比例，在高纯氩气或氦气中进行干式球磨混粉，得到均匀混合的预混复合粉体；

S2.铍铝合金表面预处理：对铍铝合金表面进行打磨、抛光，先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，结束后风干备用，得到铍铝合金基板；