摘要：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、抗腐蚀等许多优点，是一种重要的结构材料，被广泛应用于航空航天、计算机、汽车等工业。铍和铝金属之间没有任何金属间化合物生成，且相互固溶的能力极低，实质上是纯铍和纯铝的金属基复合材料。铍铝合金制备方法多采用精密铸造技术、粉末冶金和粉末冷等静压+压力加工方法制造，前者具有生产成本低的优点，后两者力学性能优于前者，但成本较高。本文综述了铍铝合金的特点，铍铝合金的铸造、粉末冶金、挤压/轧制/锻造产品性能和应用领域。评述了铍铝合金铸造过程中不同添加元素的作用，介绍了铍铝合金的焊接方法和性能。最后，分析了我国在铍铝合金研究方面存在的问题和对策，展望了我国铍铝合金的发展前景。
关键词：铍铝合金;熔模铸造;粉末冶金
引言
铍铝合金作为一种年轻的轻合金，具有质量轻(典型洛克合金密度为2.1g/cm3)、比强度高、比刚度高、热稳定性好、高韧性、高模量、抗腐蚀性好等特点，结合了铍的低密度与铝的易加工性和高韧性等许多优良特性，应用广泛，是一种重要的新型轻质高强结构材料。美国的铍铝合金主要有精密铸造、粉末冶金、挤压成形三种成形工艺，国内前两种工艺研究较多，挤压成形工艺则开展较少。由于挤压成形能够大幅度提高合金的力学性能，本文综合评述了高铍铍铝合金的特性、制备工艺方法和应用，对我国铍铝合金研究发展存在的问题进行了分析，并对发展前景进行了展望。
1铍铝合金的特点
1.1铍铝合金的发展
铍铝合金作为一种优质的材料其自1962年在美国被研发出来后经过多年的发展其系统技术也在不断的完善，铍铝合金在发展的过程中最早应用于发达国家，之后在其相关技术不断推进的影响下一些新兴工业国家也开始在航天中应用此种铍铝合金。我国行业发展较快，但是在航天铍铝模板的应用中起步较晚，近些年来才将此系统引入到航天工与军工中。
1.2铍铝合金的性质
铍的特性是密度低、弹性模量高，然而，作为一种航空材料铍也具有一些缺点。如断裂韧性小。而加入铝的铍合金不仅能提高其断裂韧性，还能加工制造。通常认为，当此合金中铝的含量范围在30%～40%时，可达到延性的提高和更能接受的断裂模式。美国早在1961年就开始铍铝合金的研究，最早商业化的铍铝合金是由美国Nuclear公司(现Starmet公司)和LockheedMartinElectronicsandMissiles公司合作开发的Lock-alloy(Be-38Al)。该合金密度为2．1g•cm－3，稍高于铍，而力学性能优异(σb=524MPa，σ0．2=479MPa，δ=3．7%)，在航空结构合金材料业备受关注。早期合金采用预合金化粉、冷热等静压的工艺制备，因该工艺复杂、成本高，20世纪70年代后期停止生产。20世纪90年代以来，粉末热等静压和精密铸造法制备铍铝合金的工艺技术均取得了许多新进展，铍铝合金制造成本大幅下降，铍铝合金的生产进入工业化阶段。现在铍铝合金大多都是基于此合金而开发。
2铍铝合金的制备
2.1铍铝合金的粉末冶金
典型的粉末冶金铍铝合金是美国Materion公司AlBeMet162(含铍62%)合金，其力学性能优于铸造产品。铍铝合金的粉末冶金制备方法是用62%(质量分数)商业纯铍粉和38%的商业纯铝粉混合后，先冷等静压成型，再热等静压处理，热等静压的成型参数为温度、压力和保温保压时间，合适的工艺参数对改善与提高合金的性能有益，其中尤以温度参数最为重要。
2.2铍铝合金精密铸造
熔模精密铸造工艺是铍铝合金重要的制备方法，该方法可以大幅降低铍铝合金生产成本，精密铸造也减少了后续加工环节，节省加工成本和时间。美国Starmet公司开发了Berylcast族铍铝合金，而Brush•Wellman公司则开发了AlBeCast系列铍铝合金。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆整个工艺生产过程按照铝合金熔模铸造技术，在真空条件下进行铍铝合金熔模铸造的生产。
2.3铍铝合金的加工
铍铝合金加工方法和铝合金一样，主要有挤压轧制和锻造，在加工过程中考虑到铍的脆性，轧制、挤压、锻造时的工艺较Al合金不同。美国Materion公司用于挤压和轧制的铍铝合金包括AlBeMet162和AlBeMet140(含铍40%)，AlBe-Met162可用来锻造。铍铝合金材料的加工工艺是，首先用惰性气体雾化法制取铍铝合金粉末，冷等静压到相当于理论密度的80%，再装入包套中进行热挤压成棒材，可用这种棒材直接加工零件。也可锯成一段，作为轧制薄板的坯料。挤压过程中最小挤压比为4∶1，挤压圆棒最大直径为101．6mm，长条截面尺寸为38．1mm×215．9mm。轧制产品规格:1.60～7．95mm×635．00mm，长度可根据要求定制。轧制时，应用钢板或铜板包封，轧制温度为370～510℃。
2.4铍铝合金的焊接
研究铍铝合金的焊接技术对铍铝的发展具有非常重要的意义，对于许多形状复杂，性能要求较高的铍铝产品来说，单纯的铸造已不能满足性能需求，可以通过高性能铍铝部件进行焊接组装获得近净形产品。电子束焊接因不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。采用电子束焊接技术对铍铝合金进行焊接处理，焊接强度达到或超过基体。
2.5铍铝合金挤压成形
铍铝合金挤压试验采用的是热挤压技术，所用坯料是100kg真空中频感应炉熔铸得到的二次熔炼铸锭，化学成分:Be62%+Al38%，添加微量元素银、钴、锗等。铸锭尺寸约Φ160×250mm，切除锭头，机械加工去皮到Φ150×200mm;铸锭坯料外包钢包套，厚度2～6mm。由于铍铝合金的低温变形能力较差，挤压前在450～550℃温度保温时间3h，因此在热挤压前退火锭在350℃保温3h，模具在450～480℃下保温3h，挤压温度450～550℃;挤压速度15～30mm/s，突破力约12MPa。试验用挤压设备室是太重1630T挤压机，挤压棒材最终尺寸Φ85×500mm。
3展望
铍铝合金因其优异的性能，作为结构材料已得到广泛应用，并且其潜在的应用领域也非常广泛，但在国内，铍铝合金的应用屈指可数，目前主要在航空航天器件上进行试用，基本没有形成产业化应用。与国外相比，我国铍铝合金发展存在主要问题是:铍的毒性限制了其发展。首先，铍的防护问题增加企业生产成本，造成产品价格高。此外使用单位对铍毒性没有正确的认识，对铍铝合金的使用存有顾虑。研发起步晚，产品规格和性能都较美国存在差距。我国铍铝产业研究只有十几年时间，目前产品仅为航空航天客户提供铸造和粉末冶金铍铝实验件，未能形成产业化。缺少专业技术人才队伍，铍铝合金研发主要集中在西北稀有金属材料研究院，地理环境、待遇和铍的毒性使愿意投身该项工作的技术人员不多，人才流失现象严重。市场认知度低，由于我国铍铝合金起步晚，市场宣传不到位，限制了铍铝合金推广应用。铍铝合金研究手段落后。我国铍铝合金精密铸造没有专用设备，受制于现有设备性能，一些铸件无法生产。铍铝合金的加工、焊接等方面的研究基本没有开展。
结语
从以上分析可以看出铍铝合金非常适合应用于航天和军工设中，其应用特点可以弥补传统航天和军工材料中的不足，但是在铍铝合金系统的应用中有优势也有缺陷，因此对于铍铝合金模板系统还需要不断的进行研究及改善。
参考文献
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论文作者:蓝东华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/13
标签：铝合金论文; 合金论文; 粉末冶金论文; 静压论文; 工艺论文; 美国论文; 电子束论文; 《基层建设》2017年第24期论文;