[发明专利]一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法，包括：将铝锭加热熔化成铝液；向铝液中添加以下质量百分含量的元素：Ce为6～12％、Y为5～9.5％、Zr为0.5～3％、Mg为0.1～2.5％、RE为0.15～2.5％、Fe为0.15～0.25％、Mn为0.05～0.15％、Si为0.1～0.5％；形成合金液，浇铸成合金铸锭；将合金铸锭加工成球形合金粉末；将球形合金粉末利用选区激光熔化凝固成形，以制成在铝基体中呈网状骨架结构分布的纳米尺度的Al₁₁Ce₃、Al₃(Y,Zr)和/或Al₃RE金属间化合物的材料。本发明的材料具有密度低、耐高温、能量吸收率高及导电性优良等特点，室温和高温力学性能优异。

技术领域

本发明涉及耐热铝合金材料领域，具体地，涉及一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法。

背景技术

电磁轨道炮是一种利用电磁能驱动带电流的电枢滑动至超高速并推动弹丸发射的新概念动能武器。与常规火炮相比具有初速高、威力大、安全性高、可控性强、操纵简单、效费比高等优点，在未来战争中具有极大的战略和战术应用价值。随着电磁轨道炮逐步向实战应用方向发展，其服役寿命成了难以突破的技术难点之一。在电磁轨道炮发射电枢的过程中，电枢和轨道的滑动电接触状况十分恶劣，枢轨界面间会产生复杂的机械、热力、电气作用及强大的侧冲击力，因此提高电枢材料综合性能成为了电磁轨道炮的关键技术。

目前，电磁轨道炮电枢材料通常采用密度较低的铝合金。然而，铝合金材料存在以下几个主要问题难以解决：1、现有合金组织中存在大量热稳定性较差的析出相，这些相在高温下会逐渐长大并失去其析出强化效果，传统手段很难调控组织以抑制这些析出相的大量出现；2、常规手段加工成型的合金的铸造性能和力学性能以及导电性能难以兼顾；3、合金的室温性能和高温性能难以兼顾。这些铝合金材料仍不能满足在电磁轨道炮枢轨上超高速滑动。另外，在不明显降低热导率和电导率的前提下，材料的耐磨损、抗高温烧蚀性能还不能满足电磁轨道炮实战化需求。因此，研究高强韧、导电性优良、耐磨耐烧蚀及耐高温的新型电枢材料成为了未来的发展方向，是从根本上解决电磁轨道炮不同发射条件下电枢材料失效问题最可靠的途径。

结合电磁轨道炮电枢温升机理，电枢材料的选择应从以下几个方面考虑：为使电枢质量最小，电枢材料密度要较低，以提高发射效率；电枢材料能耐高温，有较高的能量吸收率，以提高接触点转移的临界温度，防止产生电弧和软化；具有高导电性，以减少欧姆热的产生，保证散热良好。电枢材料有如下特点：在发射过程中电枢处于电流回路中，大电流从电枢中流过，并伴随着升温及融化等现象；枢轨界面在接触状态不良时，会出现转捩、烧蚀等现象，进一步会发生枢轨材料的刨削现象；电枢作为发射过程中的主要受力部件，与战斗部、弹托等部件共同组成电磁轨道炮弹丸，电枢质量应该尽量小，以提高战斗部的终点毁伤能力。目前报道的铝合金导体材料，无论是从强度还是耐热性上都无法很好地满足电磁轨道炮电枢材料的使用要求，有待进一步提高综合性能和高温稳定性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法。

本发明第一个方面，提供一种高强韧耐热铝合金电枢材料的制备方法，包括：按照以下步骤执行：

S1，在气氛保护下，将铝锭加热熔化成铝液，温度为760℃～780℃；

S2，向所述铝液中添加以下质量百分含量的元素：Ce为6.00％～12.00％、Y为5.00％～9.50％、Zr为0.50％～3.00％、Mg为0.10％～2.50％、RE为0.15％～2.50％、Fe为0.15％～0.25％、Mn为0.05％～0.15％、Si为0.10％～0.50％，其他杂质含量小于0.1％；调整各元素比例，除气除渣，使之达到预设成分，形成合金液，之后将形成的所述合金液浇铸成合金铸锭；

S3，将得到的所述合金铸锭加工成球形合金粉末；