CN103555990B - 航空航天领域用合金材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了航空航天领域用合金材料及其制造方法，该合金材料组分中包含镍、锡、铝、锰、铁以及铜，其中合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6-10％，锡6-9％，铝3-6％，锰0.1-0.5％，铁0.02-0.1％，铜74.4-84.88％。本发明利用铜-镍合金材料与铝-锡合金完全融合，实现了代替铍铜合金的铍元素，并且利用多个微量元素的作用，实现了合金材料卓越的性能，材料的屈服强度大于980MPa，从而实现完全取代铍青铜，符合环保健康标准的目标。

Description

航空航天领域用合金材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及合金材料材领域，尤其涉及航空航天领域用替代铍青铜的合金材料及其制造方法。
背景技术
铍青铜由铜铍合金熔合而成，其具有优越的性能，屈服强度可高于965MPa，因此被广泛应用于航空航天领域的衬套等高端产品零部件。然而，美国职业安全与健康管理局呼吁减少铍的使用量，因为铍具有一定的毒性，人体一旦吸入其相应计量的粉尘，将会引起致命性的肺部疾病。工业生产当中，现有的合金材料当中，比如，铝青铜的屈服强度为431MPa，铜-镍-锡合金屈服强度为724MPa，其性能都不能达到铍青铜的程度，因此一直不能够完全被人们接受。基于此，使用可完全取代铍青铜的材料将是未来的发展趋势，其将在市场中占据优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种航空航天领域用替代铍青铜的合金材料及其制造方法，利用本发明在实现替代有毒的铍元素的同时，又改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目的。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
航空航天领域用替代铍青铜的合金材料，其特征在于，该合金材料组分中包含镍、锡、铝、锰、铁以及铜，其中合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6-10％，锡6-9％，铝3-6％，锰0.1-0.5％，铁0.02-0.1％，铜74.4-84.88％。
优选地，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6％，锡6％，铝3％，锰0.1％，铁0.02％，铜84.88％。
优选地，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍8％，锡7％，铝5％，锰0.3％，铁0.06％，铜79.64％。
优选地，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍10％，锡9％，铝6％，锰0.5％，铁0.1％，铜74.4％。
优选地，铜可以是电解铜。
航空航天领域用替代铍青铜的合金材料的制造方法，包括以下步骤：
i.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；
ii.制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；
iii.将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；
iv.锰和铁原材料制作：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；
v.将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中。然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；
vi.用光谱仪对从炉内取出的样品进行次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
vii.采用浇注的方式将合金液体浇灌至相应的模具当中；待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。
进一步地，所述步骤vi.中的光谱仪为斯派克直读光谱仪。
进一步地，所述步骤vi.中的次成分检验次数为三次。
本发明的有益效果是：本发明利用铜-镍合金材料与铝-锡合金完全融合，实现了代替铍-铜合金的铍元素，并且利用多个微量元素的作用，实现了合金材料卓越的性能，材料的屈服强度大于980MPa，从而实现了完全取代铍青铜的目标。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。
实施例1
航空航天领域用替代铍青铜的合金材料，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6％，锡6％，铝3％，锰0.1％，铁0.02％，铜84.88％。
首先，制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；其次，制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；在保温0.5-1小时后，将铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；之后，制作锰和铁原材料：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中。然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；在保温30分钟后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；最后，采用浇注的方式将合金液体浇灌至相应的模具当中；待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。
与现有的合金材料相比，此材料通过铜-镍合金材料与铝-锡合金完全融合，形成多元合金相，达到了相应的强度，并且利用在合金中添加的多个微量元素的作用，使其具有卓越的性能，其屈服强度大于980MPa，可以完全取代铍青铜，而且还符合环保健康标准。
实施例2
航空航天领域用替代铍青铜的合金材料，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍8％，锡7％，铝5％，锰0.3％，铁0.06％，铜79.64％。
首先，制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；其次，制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；在保温0.5-1小时后，将铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；之后，制作锰和铁原材料：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中。然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；在保温30分钟后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；最后，采用浇注的方式将合金液体浇灌至相应的模具当中；待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。
与现有的合金材料相比，此材料通过铜镍合金材料与铝锡合金完全融合，形成多元合金相，达到了相应的强度，并且利用在合金中添加的多个微量元素的作用，使其具有卓越的性能，其屈服强度大于980MPa，可以完全取代铍青铜，而且还符合环保健康标准。
实施例3
航空航天领域用替代铍青铜的合金材料，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍10％，锡9％，铝6％，锰0.5％，铁0.1％，铜74.4％。
首先，制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；其次，制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；在保温0.5-1小时后，将铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；之后，制作锰和铁原材料：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中。然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；在保温30分钟后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；最后，采用浇注的方式将合金液体浇灌至相应的模具当中；待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。
与现有的合金材料相比，此材料通过铜-镍合金材料与铝-锡合金完全融合，形成多元合金相，达到了相应的强度，并且利用在合金中添加的多个微量元素的作用，使其具有卓越的性能，其屈服强度大于980MPa，可以完全取代铍青铜，而且还符合环保健康标准。
与传统铍青铜合金材料相比，本发明中镍、锡和铝的含量与航空航天领域用替代铍青铜的合金材料的屈服强度关系的试验数据如以下表格所示：
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (8)

1.航空航天领域用合金材料，其特征在于，该合金材料组分中包含镍、锡、铝、锰、铁以及铜，其中合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6-10％，锡6-9％，铝3-6％，锰0.1-0.5％，铁0.02-0.1％，铜74.4-84.88％；
其中，所述合金材料的制造方法包括以下步骤：
i.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；
ii.制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；
iii.将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；
iv.锰和铁原材料制作：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；
v.将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中；然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；
vi.用光谱仪对从炉内取出的样品进行次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
vii.采用浇注的方式将合金液体浇灌至相应的模具当中；待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。
2.根据权利要求1所述的航空航天领域用合金材料，其特征在于，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍6％，锡6％，铝3％，锰0.1％，铁0.02％，铜84.88％。
3.根据权利要求1所述的航空航天领域用合金材料，其特征在于，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍8％，锡7％，铝5％，锰0.3％，铁0.06％，铜79.64％。
4.根据权利要求1所述的航空航天领域用合金材料，其特征在于，合金材料各组分组成按重量百分比分别为：镍10％，锡9％，铝6％，锰0.5％，铁0.1％，铜74.4％。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的航空航天领域用合金材料，其特征在于，铜为电解铜。
6.一种权利要求1-4中任一权利要求所述的航空航天领域用合金材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
i.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜、镍、锡置于工频电炉内，加热至900-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；
ii.制造铝锡合金：按照重量配比将铝锭、锡置于工频电炉内，加热至660-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；
iii.将保温完成的铝锡合金溶液添加到铜镍合金当中，用石墨棒搅拌之后升温至1000度；
iv.锰和铁原材料制作：将锰和铁采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径为300-500微米；
v.将研磨完成的锰和铁粉按照重量配比添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散在合金液体当中；然后，将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；
vi.用光谱仪对从炉内取出的样品进行次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
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7.根据权利要求6所述的航空航天领域用合金材料的制造方法，其特征在于，步骤vi.中的光谱仪为斯派克直读光谱仪。
8.根据权利要求6所述的航空航天领域用合金材料的制造方法，其特征在于，步骤vi.的次成分检验次数为三次。
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