一种高性能铍铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能铍铝合金及其制备方法，属于铝合金材料及冶金领域，解决了铍铝合金耐腐蚀性较差的问题；包括限定质量百分比的成分：Be、Ni、Mg、Ag、Si、Sr、Zr、Cr、Sc、SiC、石墨烯，其余为Al和不可避免的杂质；通过将含有以上元素的金属熔融，并加入球磨后的碳化硅、石墨烯和铝粉，混合后经过扒渣、精炼、变质、除气处理，最后浇注得到铸锭；再将铸锭经过均匀化处理和人工时效处理；本发明专利技术显著降低了铍铝合金的密度和力学性能，同时有效的增强了铍铝合金基体的强度和耐腐蚀性，本发明专利技术所述的高性能铍铝合金可应用于电子封装材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铍铝合金及其制备方法
本专利技术属于铝合金材料及冶金领域，特别涉及一种高比强度、高耐腐蚀性的铍铝合金及其制备方法。
技术介绍
铍铝合金具有质量轻，比强度高、比刚度高、热稳定性好、高韧性、抗腐蚀等优良特性。并且结合了铍的低密度与铝的易加工性等许多优良特性，成为了一种越来越重要的合金材料，在航空航天、计算机和汽车等领域得到了广泛的应用。虽然铍铝合金有诸多性能，且工业用途广泛，但是目前铍铝合金的制备技术难度较大，铍铝合金的制备方法有粉末冶金、粉末冷等静压+压力加工和精密铸造技术，前两种方法所得到的铍铝合金的力学性能较好，但是生产成本较高，不利于工业化生产，而后者的生产成本低，但由于铝和铍的熔点相差较大，因此传统的铸造方法会导致铍铝合金的偏析严重、晶粒粗大和微观组织不均匀的缺点，从而导致制得的铍铝合金力学性能较差，难以满足工业需求。因此可以通过引入Ni系，Ag系和Si系元素使得上述问题得到改善。石墨烯由于其具有独特的结构，由一层或几层碳原子紧密堆积成的蜂窝状网络结构，因此具有很多优异性能如：强度、导电导热、透光性和优异的耐腐蚀性，自从被发现以来，就受到了研究者的广泛关注，可被作为增强体提高复合材料的性能。而由于SiC的诸多特性如：高模量，高强度和高导热率，所以SiC也被广泛的作为金属基复合材料的增强体。因此可以通过引入石墨烯和SiC来进一步改善通过铸造方法制得的铍铝合金的综合力学性能和耐腐蚀性。经对现有技术的文献检索发现，专利201710500696.8公开了一种铍铝合金的热等静压液相烧结制备方法，通过将铍粉和铝粉按设计成分比例混合、在模具中冷等静压、在加热炉内进行热等静压液相烧结。改善了在液相烧结制备过程中液态铝和固态铍的湿润性，提高了界面结合强度，提高了铍铝合金的力学性能。专利CN201510390214公开了一种铍铝合金板材及其制备方法，采用近液相线电磁铸造制备铍铝合金铸锭，然后进行固态热压预成形和精密轧制的方法制备铍铝合金板材。有利于形成细小、均匀的非枝晶组织和合金铸态组织，提高了塑性变形抗力等力学性能。专利CN201510171665公开了一种高性能铍铝合金及其制备方法，通过如下步骤制备：在真空感应熔炼炉内铸造得到铍铝母合金、采用真空雾化设备制成铍铝合金粉末、筛分粉末装入模具中、冷等静压、在低碳钢包套内脱气处理后封焊、热等静压并除去包套。通过该方法制备的铍铝合金的抗拉强度、屈服强度、弹性模量、延伸率等力学性能良好。以上专利虽然制得的铍铝合金的力学性能较为良好，但耐腐蚀性较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是目前铍铝合金耐腐蚀性较差的问题，目的提供了一种高强度、高耐腐蚀性的铍铝合金及其制备方法。本专利技术通过加入石墨烯和SiC，对铍铝合金的强度和耐腐蚀性都有一个较为显著的改善，并且有利于工业化推广。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种高性能铍铝合金，包括以下质量百分比的成分：Be：30-45％，Ni：3-4.5％，Mg：3-4.5％，Ag：0.1-1.5％，Si：0.1-3.5％，Sr：0.05-0.2%，Zr：0.05-0.3％，Cr：0.05-0.2%，Sc：0.05-0.3％，SiC：0.9-3.6%，石墨烯：0.1-0.4%，其余为Al和不可避免的杂质。一种高性能铍铝合金的制备方法，包括以下步骤：a）按照如下重量百分比：Be：30-45％，Ni：3-4.5％，Mg：3-4.5％，Ag：0.1-1.5％，Si：0.1-3.5％，Sr：0.05-0.2%，Zr：0.05-0.3％，Cr：0.05-0.2%，Sc：0.05-0.3％，SiC：0.9-3.6%，石墨烯：0.1-0.4%，余量为Al和不可避免的杂质，称取含有以上成分及其含量的金属材料。b）将称取好的所有金属投入高温熔炼炉内使其熔融。c）将碳化硅、石墨烯和铝粉放入球磨机中进行球磨，并将球磨后的粉末加入到熔融的金属液中，充分搅拌；所述的铝粉、碳化硅和石墨烯的质量比为65-70:8-9:1；所述的金属材料的总重量与碳化硅、石墨烯和铝粉的总重量之比为10-15:1。d）搅拌后，依次进行扒渣、精炼、变质、除气处理，最后浇注得到铸锭。e）将铸锭预热后锻造成板坯之后进行均匀化处理；所述的均匀化处理为三级均匀化处理：在340-400℃下保温12-36h完成第一阶段均匀化处理，然后在400-450℃下保温6-24h完成第二阶段均匀化处理，最后在450--500℃下保温6--24h完成第三阶段均匀化处理。f）进行多道次热轧变形，所述的热轧变形的温度为430-500℃。g）将得到的热轧变形铸锭进行热等静压处理；处理工艺参数为530-590℃，110-140Mpa，时间为1-3h。h）然后进行固溶和人工时效处理。优选的，所述的高温熔炼炉中的熔炼温度为730-790℃。优选的，所述的球磨参数为：球料比为5-7:1，转速为300-400r/min，球磨时间为3-5h。优选的，所述的铝粉、碳化硅和石墨烯的质量比为70:9:1。优选的，所述的球磨后的粉末通过氮气吹粉机吹入至熔融的金属液，气压为0.2-0.4Mpa。优选的，所述的扒渣、精炼、变质分别是加入除渣剂、精炼剂、变质剂进行处理，所述的除渣剂、精炼剂、变质剂的重量分别是金属原料的0.2-0.3%、0.3-0.4%、0.05-0.1%。优选的，所述的除气处理是向铝金属液中通入氮气，气压为0.2-0.4Mpa。优选的，所述的固溶处理为：在温度为450-520℃下保温1-2h，然后在室温下水冷；人工时效处理为：60-120℃下保温5-10h，然后在130-200℃下保温12-48h。一种高性能铍铝合金在电子封装材料中的应用。本专利技术通过增加铍的含量使得整个合金的密度降低，加入SiC提高合金的强度，石墨烯使得铝合金的强度、耐腐蚀性、导电导热性及其它整体性能都得到改善。Be的加入使铝合金的密度降低，Mg和Cr提高了铝合金的强度，其中Mg同时还提高了其耐腐蚀性，Ni，Si，Ag消除铸件的缩松、缩孔、偏析等铸造缺陷，提高铝合金的铸造性能和力学性能，Sr的加入提高了铝合金的延展性，Zr的加入可以形成弥散相，提高合金的断裂抗力，稀土元素Sc的加入提高了铝合金的强度和耐腐蚀性，并且可以抑制再结晶、细化晶粒。与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过铍的加入，显著降低了铍铝合金的密度，SiC的加入显著提高了铍铝合金的力学性能，石墨烯的加入有效的增强了铍铝合金基体的强度和耐腐蚀性，并且工艺上采用三级均匀化处理和双级人工时效处理，可以作为一种电子封装材料有效的支撑和保护芯片、免受大气中水汽、化学气氛等的腐蚀，且有利于工业化的推广，在其他铝合金行业，如船舶、汽车等邻域也有推广和借鉴价值。具体实施方式下面结合实施例详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。实施例11）备料：先按照重量称取含有以下成分及其含量的金属材料：Be：40％，Ni：4％，Mg4％，Ag：0.5％，Si：2％，Sr：0.15%，Zr：0.15％，Cr：0.15%，Sc：0.2％，余量为Al和不可避免的杂质。2）将上述金属材料投入高温熔炼炉内加热，使其熔融，熔炼温度为750℃并检验炉内各个成分的含量，不断调整，以达到所述的各个元素的含量范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能铍铝合金，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：Be：30‑45％，Ni：3‑4.5％，Mg：3‑4.5％，Ag：0.1‑1.5％，Si：0.1‑3.5％，Sr：0.05‑0.2%，Zr：0.05‑0.3％，Cr：0.05‑0.2%，Sc：0.05‑0.3％，SiC：0.9‑3.6%，石墨烯：0.1‑0.4%，其余为Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高性能铍铝合金，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：Be：30-45％，Ni：3-4.5％，Mg：3-4.5％，Ag：0.1-1.5％，Si：0.1-3.5％，Sr：0.05-0.2%，Zr：0.05-0.3％，Cr：0.05-0.2%，Sc：0.05-0.3％，SiC：0.9-3.6%，石墨烯：0.1-0.4%，其余为Al和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的一种高性能铍铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a）按照如下重量百分比：Be：35-50％，Ni：3.5-5％，Mg：3.5-5％，Ag：0.1-2％，Si：0.2-4.5％，Sr：0.1-0.25%，Zr：0.1-0.35％，Cr：0.1-0.25%，Sc：0.1-0.35％，余量为Al和不可避免的杂质，称取含有以上成分及其含量的金属材料；b）将称取好的所有金属投入高温熔炼炉内使其熔融；c）将碳化硅、石墨烯和铝粉放入球磨机中进行球磨，并将球磨后的粉末加入到熔融的金属液中，充分搅拌；所述的铝粉、碳化硅和石墨烯的质量比为65-70:8-9:1；所述的金属材料的总重量与碳化硅、石墨烯和铝粉的总重量之比为10-15:1；d）搅拌后，依次进行扒渣、精炼、变质、除气处理，最后浇注得到铸锭；e）将铸锭预热后锻造成板坯之后进行均匀化处理；所述的均匀化处理为三级均匀化处理：在340-400℃下保温12-36h完成第一阶段均匀化处理，然后在400-450℃下保温6-24h完成第二阶段均匀化处理，最后在450--500℃下保温6--24h完成第三阶段均匀化处理；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘和平，高一波，程少磊，孙凤儿，侯华，裴海祥，胡保全，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14