[发明专利]一种空间引力波探测用金铂合金材料致密均匀化处理方法

说明书

本发明属于金属材料领域，具体地说是一种空间引力波探测用金铂合金材料致密均匀化处理方法。金铂合金材料中元素铂的质量百分含量为5～35wt.％。首先，对纯度不低于99.99wt.％的金和铂原材料进行超声清洗和加热烘干；然后，采用真空感应熔炼设备，将原材料金和铂置于在熔炼坩埚中加热熔化成液态；其次，机械搅拌坩埚中的金铂合金熔体，将合金熔体先保温再低温浇铸到带有电磁搅拌作用金属模中制成金铂合金铸锭；再其次，对金铂合金铸锭进行热等静压，消除金铂合金铸锭内部的缩松、缩孔等凝固缺陷，使其内部组织致密；随后，对热等静压后的金铂合金坯料进行锻造；最后，对坯料进行均匀化热处理，使合金材料内部成分均匀分布。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体地说是一种空间引力波探测用金铂合金材料致密均匀化处理方法。

背景技术

检验质量(Testing Mass)是空间引力波探测器的核心部件。在纯引力轨道设计中，检验质量受到的非引力加速度噪声的影响程度，直接决定了引力波探测器的测量精度。检验质量在轨过程中受到的非引力加速度噪声干扰主要来源于宇宙射线、太阳光压、杂散电场、空间电磁场、热冲击等。检验质量的材料属性是抑制检验质量加速度噪声的关键，其密度越大，总体加速度噪声越小。空间电磁场对检验质量的干扰最大。

据此，降低检验质量磁化率是减小其加速度噪声干扰的主要途径。在2004年美国NASA 发射的引力探测任务GP-B卫星采用的检验质量是由抗磁性的金和顺磁性的铂合成的合金材料。2015年欧洲ESA发射的技术验证卫星LISA探路者(LISA Pathfinder)采用的检验质量也是由抗磁性的金和顺磁性的铂合成的金铂合金材料。金铂合金是一种宽温域易偏析合金，在制备过程中易产生缩松缩孔、枝晶偏析等冶金缺陷。检验质量金铂合金表面的面形精度和表面粗糙度对杂散力抑制水平起到决定性作用。尤其是，金铂合金材料内部的致密度和成分均匀性是决定检验质量的磁化率、质心形心重合度、可后续超精加工性能等重要指标的关键参数。空间引力波探测用检验质量对金铂合金材料的综合性能提出了前所未有的要求。

中国专利(申请号201510315537.1，公布号CN104898174A)，《新型纯引力轨道验证质量及其制备方法》公布了采用金铱(Au-Ir)合金作为纯引力轨道检验质量的材料，并且其发明人的学术期刊论文(题目《Low magnetic disturbance analysis and testing of anovel proof mass type for gravitational reference sensor system》，期刊Advancesin Mechanical Engineering，第11卷(2期)，2019年)公布了金粉和铱粉经过“球磨—混粉—高温烧结”粉末冶金技术路线制备金铱合金。金属元素金与铱的熔点、密度和弹性模量差距较大(金的熔点、密度和弹性模量分别为1063℃、19.30g/cm³和78.7GPa，铱的熔点、密度和弹性模量分别为2454℃和22.56g/cm³和527.6GPa)，且金铱合金是组元难混溶合金(即金与铱两组元在液态和固态下互不混溶)，导致粉末冶金技术制备的金铱合金的显微组织中存在较多的孔洞以及组元金与铱分布不均匀，无法实现组元间的固溶，进而导致金铱合金检验质量很难达到超低磁化率和剩磁矩，很难实现材料表面后续超精加工，以及形心/质心重合度低等难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间引力波探测用金铂合金材料致密和均匀化处理方法，解决我国空间引力波探测用检验质量在金铂合金材料制备与加工方面的技术瓶颈问题。

本发明的技术方案是：

一种空间引力波探测用金铂合金材料致密均匀化处理方法，按以下步骤进行：

步骤1：对纯度不低于99.99wt.％的金和铂原材料进行超声清洗和加热烘干；

步骤2：采用真空感应熔炼设备，将原材料金和铂置于在石英坩埚中，在真空下加热到1450℃～1650℃使之熔化成液态，形成金铂合金熔体；