本發(fā)明屬于合金材料,具體地,涉及一種高性能鈹銅合金及其制備方法。
背景技術(shù):
1、鈹銅合金因其優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、耐磨性和抗疲勞性能,被廣泛應(yīng)用于精密模具、航空航天及電子工業(yè)領(lǐng)域。然而,傳統(tǒng)鈹銅合金在熔煉過程中易受雜質(zhì)元素(如氧、硫、非金屬夾雜物等)的影響,導(dǎo)致材料內(nèi)部缺陷增多,力學(xué)性能和熱疲勞壽命顯著下降。
2、現(xiàn)有技術(shù)中,采用各種精煉劑對(duì)鈹銅合金凈化處理,如磷銅類精煉劑、氟鈣類精煉劑以及硼砂類精煉劑等,強(qiáng)化效果不明顯,存在明顯的技術(shù)瓶頸;而te(碲)為一種高表面活性元素,其與鈹銅合金中的硫、氧等雜質(zhì)具有反應(yīng)能力,是鈹銅合金的優(yōu)異精煉材料,但是,te易氧化失效,在高溫熔煉過程中易被氧化,導(dǎo)致有效成分損失,降低精煉效率,且te殘留易形成脆性相,降低材料的韌性和抗疲勞性能,嚴(yán)重制約了其在高性能鈹銅合金中的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決背景技術(shù)中提到的技術(shù)問題,本發(fā)明的目的在于提供一種高性能鈹銅合金及其制備方法。
2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
3、一種高性能鈹銅合金,其化學(xué)組分為:
4、be:1.7-2.0wt%、co:0.25-0.38wt%、ni:0.32-0.4wt%、ti:0.16-0.23wt%、fe≤0.12wt%、si≤0.08wt%、al≤0.05wt%,余量為cu和不可避免的雜質(zhì)。
5、所述c@sic/te精煉劑由如下方法制備:
6、步驟a1:將硅烷偶聯(lián)劑kh-560和甲醇水溶液預(yù)混,加入丙三醇混勻并用鹽酸酸化至ph值為4,室溫下攪拌水解35-40h,再加入碳化硅微粉攪拌分散后靜置偶聯(lián)24h,去除液相并干燥,得到環(huán)氧化碳化硅;
7、進(jìn)一步地,碳化硅微粉、硅烷偶聯(lián)劑kh-560、丙三醇和甲醇水溶液的投料比為50g:2-2.5ml:0.3-0.4g:120-160ml,硅烷偶聯(lián)劑kh-560水解并偶聯(lián)負(fù)載到碳化硅微粉表面,向表面引入有機(jī)環(huán)氧基團(tuán)。
8、步驟a2:將二乙醇胺、n,n-二異丙基乙胺和無水四氫呋喃預(yù)混,通入干燥氮?dú)獗Wo(hù),冰水浴控制溫度為0-5℃,緩慢加入二苯基二氯硅烷攪拌反應(yīng)8-10h,反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸去除四氫呋喃,底物加水混洗,分離水相并干燥,得到改性劑;
9、進(jìn)一步地,二苯基二氯硅烷、二乙醇胺、n,n-二異丙基乙胺和無水四氫呋喃的投料比為10mmol:11-13mmol:3.5-4ml:25-40ml,在低溫堿性條件下,過量的二乙醇胺與二苯基二氯硅烷取代反應(yīng),形成多苯環(huán)的化合物。
10、步驟a3:將改性劑、十六烷基三甲基溴化銨和二甲基亞砜混溶,再加入環(huán)氧化碳化硅攪拌分散,升溫至85-100℃攪拌反應(yīng)2.5-3h,反應(yīng)結(jié)束離心取沉淀用乙醇清洗并干燥,得到改性基體;
11、進(jìn)一步地,環(huán)氧化碳化硅、改性劑、十六烷基三甲基溴化銨和二甲基亞砜的投料比為50g:7.5-9.2g:0.5-0.7g:80-100ml,十六烷基三甲基溴化銨作為相轉(zhuǎn)移劑和催化劑,促進(jìn)環(huán)氧化碳化硅表面的環(huán)氧基與改性劑分子中的仲胺開環(huán),將改性劑接枝到環(huán)氧化碳化硅表面。
12、步驟a4:將四氯化碲和無水甲苯預(yù)混,通入干燥氮?dú)獗Wo(hù),加入改性基體超聲分散,升溫至70-80℃,緩慢加入三乙胺攪拌反應(yīng)3-4h,反應(yīng)結(jié)束離心取沉淀,置于氮?dú)夥諊鸂t內(nèi),在750-800℃下焙燒5-5.5h,隨爐冷卻出料,得到c@sic/te精煉劑;
13、進(jìn)一步地,改性基體、四氯化碲、三乙胺和無水甲苯的投料比為50g:4.8-5.6g:25-40ml:150-200ml,改性基體表面的改性劑結(jié)構(gòu)中的氮氧鏈段對(duì)四氯化碲形成螯合作用,將四氯化碲富集到改性基體表面,之后與環(huán)氧開環(huán)的羥基反應(yīng),形成碲化物負(fù)載,在無氧高溫焙燒下,改性劑接枝層形成碳化物對(duì)碳化硅包覆,碲化物分解負(fù)載在碳化物表面。
14、一種高性能鈹銅合金的制備方法,包括如下步驟:
15、步驟s1:將電解銅熔融并控制溫度為1300±10℃,加入鎳絲、鈷絲、鈦絲和鈹銅中間合金熔化,待合金液溫度回升至1450℃保溫,分批加入c@sic/te精煉劑進(jìn)行精煉處理11-14min,扒渣后澆鑄冷卻成型,得到合金鑄件;
16、步驟s2:將合金鑄件依次進(jìn)行熱鍛處理、固溶處理和時(shí)效處理,即得到高性能鈹銅合金。
17、進(jìn)一步地,c@sic/te精煉劑的用量為合金液的0.18-0.21wt%。
18、進(jìn)一步地,熱鍛處理的始鍛溫度為850℃,終鍛溫度為750℃,鍛造比為2.5-3。
19、進(jìn)一步地,固溶處理溫度為790-820℃,處理時(shí)間為2.8-3.5h。
20、進(jìn)一步地,時(shí)效處理溫度為300-350℃,處理時(shí)間為2.5-3h。
21、本發(fā)明的有益效果:
22、本發(fā)明采用一種c@sic/te精煉劑對(duì)鈹銅合金進(jìn)行精煉凈化,其以碳化硅為載體,熱穩(wěn)定性優(yōu)異,可充分排渣脫離雜質(zhì),采用硅烷偶聯(lián)劑kh-560處理后在表面接枝有機(jī)環(huán)氧基團(tuán),由二乙醇胺與二苯基二氯硅烷取代反應(yīng),制成具有鏈狀多苯環(huán)結(jié)構(gòu)的改性劑,將改性劑與碳化硅微粒表面的環(huán)氧基開環(huán),將改性劑包覆于碳化硅表面,利用改性劑結(jié)構(gòu)中的氮氧鏈段對(duì)四氯化碲形成螯合作用,將四氯化碲富集到改性基體表面,之后與環(huán)氧開環(huán)的羥基反應(yīng),形成碲化物負(fù)載,在無氧高溫焙燒下,改性劑的多苯環(huán)碳化形成碳基層,碲化物分解負(fù)載在碳基層上;與現(xiàn)有的精煉劑相比,由多苯環(huán)結(jié)構(gòu)碳化形成的碳基層具有多孔結(jié)構(gòu),為碲的負(fù)載提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),同時(shí),碳基層作為保護(hù)層,優(yōu)先與氧反應(yīng),防止碲氧化,確保在精煉過程中碲保持高活性,充分與硫、氧及其夾雜相反應(yīng),起到高效除雜精煉作用,精煉后的碲化物隨精煉渣排出,減少合金液中的碲殘留,避免碲與銅長(zhǎng)時(shí)間高溫反應(yīng)形成脆性相,減輕碲對(duì)合金材料的力性能的影響;c@sic/te精煉劑通過“碳層保護(hù)-te高效去雜-低殘留設(shè)計(jì)”三重協(xié)同機(jī)制,顯著提升鈹銅合金的綜合性能。
1.一種高性能鈹銅合金,其特征在于,其化學(xué)組分為:be:1.7-2.0wt%、co:0.25-0.38wt%、ni:0.32-0.4wt%、ti:0.16-0.23wt%,主要雜質(zhì)組分控制為:fe≤0.12wt%、si≤0.08wt%、al≤0.05wt%,其中,鈹銅中間合金為鈹原料,余量為cu和不可避免的雜質(zhì),合金化熔煉后采用c@sic/te精煉劑進(jìn)行精煉處理;
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種高性能鈹銅合金,其特征在于,碳化硅微粉、硅烷偶聯(lián)劑kh-560、丙三醇和甲醇水溶液的投料比為50g:2-2.5ml:0.3-0.4g:120-160ml。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種高性能鈹銅合金,其特征在于,二苯基二氯硅烷、二乙醇胺、n,n-二異丙基乙胺和無水四氫呋喃的投料比為10mmol:11-13mmol:3.5-4ml:25-40ml。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種高性能鈹銅合金,其特征在于,環(huán)氧化碳化硅、改性劑、十六烷基三甲基溴化銨和二甲基亞砜的投料比為50g:7.5-9.2g:0.5-0.7g:80-100ml。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種高性能鈹銅合金,其特征在于,改性基體、四氯化碲、三乙胺和無水甲苯的投料比為50g:4.8-5.6g:25-40ml:150-200ml。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的高性能鈹銅合金的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能鈹銅合金的制備方法,其特征在于,c@sic/te精煉劑的用量為合金液的0.18-0.21wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能鈹銅合金的制備方法,其特征在于,熱鍛處理的始鍛溫度為850℃,終鍛溫度為750℃,鍛造比為2.5-3。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能鈹銅合金的制備方法,其特征在于,固溶處理溫度為790-820℃,處理時(shí)間為2.8-3.5h。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能鈹銅合金的制備方法,其特征在于,時(shí)效處理溫度為300-350℃,處理時(shí)間為2.5-3h。