[发明专利]一种高性能铍铝-稀土合金的制备方法及其制备的产品

说明书

本发明公开了一种新型高性能铍铝‑稀土合金的制备方法及其制备的产品，目的在于解决目前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，该法工艺复杂、成本很高，且难以生产复杂结构部件，合金仍易出现成分偏析的问题。本发明提供一种新的铍铝‑稀土合金的制备方法，该方法以金属铍、铝和稀土元素为原料，通过真空感应熔炼、预合金化、磁悬浮熔炼、重熔和快速冷却的结合，以及反应条件的合理调整，成功制备出组织细小均匀的非枝晶合金，该合金晶粒细小致密，力学性能高，成分偏析程度低，具备良好的塑性与加工成型性，具有较好的应用前景。同时，本发明的生产工艺简单，成本低，能够制备出复杂结构的部件。

技术领域

本发明涉及合金制备领域，尤其是有色金属合金及其制备领域，进一步涉及铍铝合金领域，具体为一种高性能铍铝-稀土合金的制备方法及其制备的产品。

背景技术

金属铍具有低密度（理论密度1.842g/cm3）、高熔点（1287℃）、高比刚度、比强度，及优异的核性能、热性能与光学特性等优良性能，在核能等领域具有较高的应用价值。然而，铍自身存在价格昂贵、脆性、有毒等缺陷，极大的限制了其在工业上的大规模应用。同时，金属铍质脆、不易加工，难以制成复杂的结构件，这也极大限制了铍的应用范围。为了弥补金属铍的这一缺陷，早在上世纪六十年代，美国国家航空航天局就致力于开发塑性铍基材料，这也是开发铍铝合金的原因。

铍铝合金继承并结合了金属铍的高强度和金属铝的高塑性，具有较好的韧性、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，Be-Al合金的综合性能略逊于金属Be，但由于铍铝合金中Be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。相比金属Be而言，Be-Al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，Be-Al合金比金属Be本身更具竞争力。未来，Be-Al合金与金属Be将以既竞争又互补的形式发展。

目前，Be-Al合金的生产方法主要有包括：粉末冶金法、精密铸造法和锻(挤)压成形法。不同制备方法制得的合金，其组织具有显著差异，导致合金的性能有所不同。其中，铸态合金的拉伸强度是最低的；而锻压态铍铝合金的拉伸强度和延伸率均有大幅度提高，其比铸造合金具有更好的力学性能。粉末冶金法制备的Be-Al合金的强度也有明显改善，不同的是，经冷等静压/挤压的铍铝合金的力学性能要明显优于热等静压态铍铝合金。

其中，粉末冶金法制备铍铝合金的主要流程如下：在1350℃至约1450ºC的温度范围内，对金属铝和金属铍进行真空熔炼，以达到预合金化，之后利用高速惰性气体进行雾化冷却，得到预制的合金粉末；预合金粉经冷等静压至理论密度的约80%，再经热等静压成型，最后经挤压进一步提高密度，挤压温度通常为370-510ºC，从而得到铍铝合金。采用粉末冶金法制得的合金具有各向同性特性，但其生产工艺复杂，生产成本高。

虽然粉末热等静压制备的铍铝合金性能较精密铸造要好，但精密铸造方法工艺简单、成本较低，并且能后生产粉末冶金法无法生产的结构复杂零部件，而这对于铍铝合金在航空航天上的应用十分重要。

然而，Be和Al之间非常有限的溶解度使得这两种材料在凝固过程中相互分离，且Be和Al的熔点相差很大（Be为1287℃，Al为660℃），两者具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，也导致最终产品中的收缩缺陷和孔隙以及组织的宏观和微观偏析，因此，常规铸造方法难以得到性能良好的铍铝合金。

针对该问题，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。但正如上所述，该法工艺复杂、成本很高，并且难以生产复杂结构部件，而合金仍易出现成分偏析。

为此，迫切需要一种新的材料和/或方法，以解决上述问题。

发明内容