一种铝合金电枢材料及其制备方法和应用

1.本技术涉及铝合金材料技术领域，具体而言，涉及一种铝合金电枢材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.电磁炮的产生是现代社会时代的产物。由于科学技术的进步，传统的火炮的机动性、精度、射程、速度、杀伤力无法满足现代战争需求，迫切的需要更强的发射技术来满足时代的需求，电磁轨道炮发射技术已成为未来武器研究发展的必然方向。电磁轨道炮采用电磁推力，发射的脉冲动力大约是普通火炮发射力的10倍，并能精确的调整发射速度，安全性和隐蔽性好、可控性高、适配性强。
3.电枢是电磁轨道炮的核心部件，作为发射器推力的载体，将电磁能转化为动能，推动弹丸达到最高速，其性能的优劣将直接影响电磁轨道炮的发射性能与效率。由于电枢长期在强电场、磁场环境下工作，发射时材料要经受复杂的机械、热力、电气作用及强大的侧冲击力，与此同时电磁炮发射时会产生大量的焦耳热，这些热量部分被电枢材料吸收。热量的增加致使温度急剧升高，高温使得电枢材料表面部分材料发生烧损、气化，甚至是电离，这加剧了电枢材料的烧蚀现象，限制了电磁轨道炮在大功率重复发射中的应用。如何保证高电导率的基础上，改善了电枢材料的机械性能，提高电枢材料的强度和耐烧蚀能力，既保证弹丸的发射速度，又能保障电磁轨道炮的发射精度和使用寿命，成为电磁轨道炮的关键技术难题。目前，电枢材料通常采用密度较低的铝合金，材料的电导率、强韧性、抗高温烧蚀性能还难以满足实战化需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种铝合金电枢材料及其制备方法和应用，其改善目前电枢材料在高温下会出现力学性能明显降低的问题。
5.发明人在发明过程中发现：在铝合金电枢材料中添加较多的zr和y元素时，会导致该材料在制备的凝固过程中，zr和y元素会出现偏析，如图2所示，在铝基体中形成近连续的网状结构，没有形成耐热相，导致该材料在高温条件下的力学性能会出现明显降低。
6.第一方面，本技术的实施例提供了一种铝合金电枢材料，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质。
7.为避免该材料在制备的凝固过程中出现zr和y元素的偏析，该铝合金电枢材料通过控制zr和y元素的含量在上述范围，使得该材料在制备的热处理过程中析出al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物作为耐热相，提升该材料的耐热性能，改善了目前电枢材料在高温下会出现力学性能明显降低的问题；同时，al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物能够弥散分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效
地增强了该材料的强度。
8.作为一种可选的实施方式，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.40％～0.60％、ce：8.50％～9.50％、y：0.15％～0.20％、mg：0.45％～0.55％、fe：0.10％～0.15％、mn：0.08％～0.12％、si：0.04％～0.07％，其余为al和不可避免的杂质。
9.作为一种可选的实施方式，所述铝合金电枢材料的微观组织包括：呈网状骨架分布于铝基体的骨架相和弥散分布于铝基体的耐热相；所述骨架相包括al
11
ce3相和/或al(mg)
11
ce3相；所述耐热相包括al3(zr,y)相和/或(al,si)3(zr,y)相。
10.呈网状骨架分布于铝基体的骨架相和弥散分布于铝基体的耐热相共同配合，有效地增强了材料的强度和耐热性。
11.作为一种可选的实施方式，所述铝合金电枢材料的致密度大于99％；和/或
12.所述铝合金电枢材料的质量密度为2.80～2.95g/cm3。
13.作为一种可选的实施方式，在室温条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为260mpa～355mpa、抗拉强度为390mpa～520mpa、延伸率为10％～14％和电导率为35％iacs～40％iacs；和/或
14.在420℃以上温度条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为245mpa～355mpa，抗拉强度为370mpa～488mpa，延伸率为15％～20％，电导率为42％iacs～48％iacs。
15.第二方面，本技术的实施例提供了一种铝合金电枢材料的制备方法，所述方法包括：
16.得到铝合金铸锭，所述铝合金铸锭的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质；
17.把所述铝合金铸锭加工成粉末，后利用选区激光对所述粉末进行熔化凝固成形，得到铝合金电枢材料。
18.在上述实施过程中，利用高冷却速率的激光选区熔化技术进行加工成型，原位自生形成纳米尺度的al
11
ce3和/或al(mg)
11
ce3形成的三维连续网状骨架结构，合金成分中的zr和y在热处理过程中析出al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物，均匀分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效地增强了复合材料的强度和耐热性。
19.作为一种可选的实施方式，所述粉末的体积粒径分布为15～70μm。
20.粉末的体积粒径分布的选择主要是为了配合制备过程所选用的金属打印机有关，选区激光熔化技术成型的能量源为激光，光斑精细，较易熔化细粉，适合采用15～53μm的细粉，同时，发明人发现，添加部分粒径更大的粉末与细粉配比使用，可提高熔融/烧结密度，提升打印质量，故控制粉末的体积粒径分布为15～70μm是较佳的选择。
21.作为一种可选的实施方式，所述粉末呈球形，优选的，所述粉末的球形度大于96％。
22.粉末球形度较差会影响送粉过程的稳定性，同时，球形度越差会导致铺粉过程中越容易出现团聚，导致层厚不均匀，而层厚不均匀会导致成型过程中出现不连续、不规则等缺陷。
23.作为一种可选的实施方式，所述选区激光的工艺参数包括：激光功率为200w～450w，光斑直径70～110μm，扫描速度为800～1600mm/s，扫描间距80～120μm，扫描层厚为10μm～40μm，输入能量密度为55j/mm3～90j/mm3。
24.在上述实施过程中，通过对与激光、扫描、粉末和温度的相关的参数进行控制，适宜于铝合金粉末的加工，能够避免产品内部产生较大的热应力，进而避免导致产品发生翘曲、开裂等不良现象，同时还能避免产生孔隙、球化等缺陷。
25.作为一种可选的实施方式，所述熔化凝固成形过程的气氛为保护气氛；
26.可选的，所述保护气氛为惰性气体气氛；
27.可选的，所述惰性气体气氛为氩气、氮气、氦气和氖气中的至少一种。
28.第三方面，本技术的实施例提供了一种电磁炮，所述电磁炮的电枢材料为第一方面所述的铝合金电枢材料或采用第二方面所述的铝合金电枢材料的制备方法制得的材料。
29.由于以上提供的电枢材料具有较好的机械性能、强度性能和耐热性能，能够较好的应用于电磁炮的制备材料，实现电磁炮的重复使用。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本技术实施例1提供的铝合金电枢材料的扫描电镜图；
33.图2为本技术对比例1提供的铝合金电枢材料的扫描电镜图；
34.图3为本技术实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
37.本技术的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
38.在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本技术说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限
于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
39.发明人在发明过程中发现：在铝合金电枢材料中添加较多的zr和y元素时，会导致该材料在制备的凝固过程中，zr和y元素会出现偏析，在铝基体中形成近连续的网状结构，没有形成耐热相，导致该材料在高温条件下的力学性能会出现明显降低。发明人意图提高铝合金电枢材料在高温条件下的力学性能的保持率，进而保证将其应用于电磁炮时能够使得电磁炮有较好的使用寿命。
40.本技术实施例提供了一种铝合金电枢材料，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质。
41.成分中的zr和y元素主要是为了在热处理过程中析出al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物，该金属间化合物均匀分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效地增强了复合材料的强度和耐热性。si元素主要用于改善zr元素的偏析，y元素还能用于提高铝合金的导电率，同时对铝锆、铝铁、铝硅和铝钇等中间合金含量的控制，主要是为了调整铝合金材料的导电率。
42.为避免该材料在制备的凝固过程中出现zr和y元素的偏析，该铝合金电枢材料通过控制zr和y元素的含量在上述范围，使得该材料在制备的热处理过程中析出al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物作为耐热相，提升该材料的耐热性能，改善了目前电枢材料在高温下会出现力学性能明显降低的问题；同时，al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物能够弥散分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效地增强了该材料的强度。
43.在一些实施例中，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.40％～0.60％、ce：8.50％～9.50％、y：0.15％～0.20％、mg：0.45％～0.55％、fe：0.10％～0.15％、mn：0.08％～0.12％、si：0.04％～0.07％，其余为al和不可避免的杂质。
44.在一些实施例中，如图1所示，铝合金电枢材料的微观组织包括：呈网状骨架分布于铝基体的骨架相和弥散分布于铝基体的耐热相；所述骨架相包括al
11
ce3相和/或al(mg)
11
ce3相；所述耐热相包括al3(zr,y)相和/或(al,si)3(zr,y)相。呈网状骨架分布于铝基体的骨架相和弥散分布于铝基体的耐热相共同配合，有效地增强了材料的强度和耐热性。
45.在一些实施例中，铝合金电枢材料的致密度大于99％；所述铝合金电枢材料的质量密度为2.80～2.95g/cm3。在室温条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为260mpa～355mpa、抗拉强度为390mpa～520mpa、延伸率为10％～14％和电导率为35％iacs
～40％iacs；需要说明的是，室温条件是指在25℃温度下。在420℃以上温度条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为245mpa～355mpa，抗拉强度为370mpa～488mpa，延伸率为15％～20％，电导率为42％iacs～48％iacs。需要说明的是，420℃以上温度条件下的铝合金电枢材料的性能均是在420℃下加热1h测得的，可见，本技术实施例提供的铝合金电枢材料的高温强度残存率大于90％。
46.如图3所示，基于相同的发明构思，本技术实施例提供了一种铝合金电枢材料的制备方法，所述方法包括：
47.s1.得到铝合金铸锭，所述铝合金铸锭的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质；
48.具体而言，本实施例中，将纯度大于或者等于99.7％的铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为720～750℃，向所述铝液中添加锆源、铈源、钇源、镁源、铁源、锰源和硅源等以向铝液中加入zr、ce、y、mg、fe、mn和si等元素，锆源、铈源、钇源、镁源、铁源、锰源和硅源可以选自单质金属块或者合金。调整锆源、铈源、钇源、镁源、铁源、锰源和硅源的比例，然后除气除渣，以使zr、ce、y、mg、fe、mn和si元素达到目标含量，形成合金液，然后将形成的合金液浇铸成铝合金铸锭。
49.s2.把所述铝合金铸锭加工成粉末，后利用选区激光对所述粉末进行熔化凝固成形，得到铝合金电枢材料。
50.在一些实施例中，粉末的体积粒径分布为15～70μm。粉末的体积粒径分布的选择主要是为了配合制备过程所选用的金属打印机有关，选区激光熔化技术成型的能量源为激光，光斑精细，较易熔化细粉，适合采用15～53μm的细粉，同时，发明人发现，添加部分粒径更大的粉末与细粉配比使用，可提高熔融/烧结密度，提升打印质量，故控制粉末的体积粒径分布为15～70μm是较佳的选择。
51.在一些实施例中，粉末呈球形，优选的，所述粉末的球形度大于96％。粉末球形度较差会影响送粉过程的稳定性，同时，球形度越差会导致铺粉过程中越容易出现团聚，导致层厚不均匀，而层厚不均匀会导致成型过程中出现不连续、不规则等缺陷。
52.在一些实施例中，选区激光的工艺参数包括：激光功率为200w～450w，光斑直径70～110μm，扫描速度为800～1600mm/s，扫描间距80～120μm，扫描层厚为10μm～40μm，输入能量密度为55j/mm3～90j/mm3。通过对与激光、扫描、粉末和温度的相关的参数进行控制，适宜于铝合金粉末的加工，能够避免产品内部产生较大的热应力，进而避免导致产品发生翘曲、开裂等不良现象，同时还能避免产生孔隙、球化等缺陷。
53.在一些实施例中，熔化凝固成形过程的气氛为保护气氛；保护气氛为惰性气体气氛；惰性气体气氛可以选自氩气、氮气、氦气和氖气中的至少一种。
54.采用以上方法，利用高冷却速率的激光选区熔化技术进行加工成型，原位自生形成纳米尺度的al
11
ce3和/或al(mg)
11
ce3形成的三维连续网状骨架结构，合金成分中的zr和y在热处理过程中析出al3(zr,y)和/或(al,si)3(zr,y)等金属间化合物，均匀分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效地增强了复合材料的强度和耐热性。
55.基于相同的发明构思，本技术实施例提供了一种电磁炮，电磁炮的电枢材料为如上提供的铝合金电枢材料或采用如上提供的铝合金电枢材料的制备方法制得的材料。
56.下面结合具体的实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
57.实施例1
58.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
59.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为720℃。
60.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为0.15％、铈ce为10.00％、钇y为0.325％、镁mg为0.40％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
61.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为40000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为18μm～55μm，平均粒径为42.7μm，粉末球形度大于99％。
62.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率200w，扫描速度为1200mm/s，光斑直径80μm，扫描间距为110μm，粉层厚度20μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺度的al
11
ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中，其微观组织如图1所示。
63.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.2％，密度为2.88g/cm3，室温屈服强度为286mpa，抗拉强度为416mpa，延伸率为10％，室温电导率为36％iacs。在420℃以上，屈服强度为244mpa，抗拉强度为386mpa，延伸率18％，电导率43％iacs。
64.实施例2
65.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
66.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为750℃。
67.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为0.18％、铈ce为8.00％、钇y为0.30％、镁mg为0.50％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
68.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为45000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为22μm～67μm，平均粒径为48.5μm，粉末球形度大于99％。
69.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率300w，扫描速度为800mm/s，光斑直径70μm，扫描间距为80μm，粉层厚度10μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺度的al
11
ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维
网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中。
70.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.0％，密度为2.80g/cm3，室温屈服强度为260mpa，抗拉强度为390mpa，延伸率为12％，室温电导率为40％iacs。在420℃以上，屈服强度为245mpa，抗拉强度为370mpa，延伸率19％，电导率48％iacs。
71.实施例3
72.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
73.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为750℃。
74.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为0.80％、铈ce为10.00％、钇y为0.05％、镁mg为0.60％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
75.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为35000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为25μm～70μm，平均粒径为49.7μm，粉末球形度大于96％。
76.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率450w，扫描速度为1600mm/s，光斑直径110μm，扫描间距为120μm，粉层厚度40μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺度的al
11
ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中。
77.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.0％，密度为2.80g/cm3，室温屈服强度为310mpa，抗拉强度为490mpa，延伸率为14％，室温电导率为36％iacs。在420℃以上，屈服强度为298mpa，抗拉强度为452mpa，延伸率20％，电导率44％iacs。
78.实施例4
79.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
80.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为750℃。
81.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为0.6％、铈ce为10.00％、钇y为0.10％、镁mg为0.40％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
82.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为40000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为16μm～57μm，平均粒径为40.2μm，粉末球形度大于99％。
83.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率300w，扫描速度为1000mm/s，光斑直径80μm，扫描间距为110μm，粉层厚度20μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺
度的al
11
ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中。
84.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.3％，密度为2.95g/cm3，室温屈服强度为355mpa，抗拉强度为520mpa，延伸率为13％，室温电导率为35％iacs。在420℃以上，屈服强度为355mpa，抗拉强度为488mpa，延伸率18％，电导率42％iacs。
85.实施例5
86.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
87.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为750℃。
88.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为0.2％、铈ce为8.00％、钇y为0.05％、镁mg为0.40％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
89.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为45000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为15μm～45μm，平均粒径为38.2μm，粉末球形度大于99％。
90.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率300w，扫描速度为1200mm/s，光斑直径80μm，扫描间距为110μm，粉层厚度20μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺度的al
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ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中。
91.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.2％，密度为2.92g/cm3，室温屈服强度为348mpa，抗拉强度为510mpa，延伸率为14％，室温电导率为37％iacs。在420℃以上，屈服强度为342mpa，抗拉强度为466mpa，延伸率20％，电导率46％iacs。
92.对比例1
93.本实施例提供一种高强耐热高导稀土增强原位纳米铝基复合电枢材料的制备方法，具体步骤包括：
94.s1在高纯氩气的保护下，将99.7％工业纯铝锭在感应电炉中加热熔化成铝液，温度为720℃。
95.s2向铝液中添加以下质量百分含量的元素：锆zr为2.00％、铈ce为10.00％、钇y为8.00％、镁mg为0.40％、铁fe为0.05～0.20％、锰mn为0.05～0.15％、si为0.01～0.10％，其他杂质含量小于0.1％。使用石墨棒缓慢充分搅拌，除气除渣，将形成的合金液浇铸成合金铸锭。
96.s3利用等离子旋转电极法制备球形合金粉末，旋转速度为40000rpm，制备过程在氩气保护下进行，得到球形粉末粒径分布为18μm～55μm，平均粒径为42.7μm，粉末球形度大于99％。
97.s4利用激光选区熔化成形技术，激光功率200w，扫描速度为1200mm/s，光斑直径80
μm，扫描间距为110μm，粉层厚度20μm。将上述复合材料粉末快速熔化凝固成型，得到纳米尺度的al
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ce3、al3(zr,y)耐热高强高导铝基电枢材料，其组织具有原位自生纳米尺度al3re三维网状骨架，al3(zr,y)析出相弥散分布在铝基体当中，其微观组织如图1所示。
98.经检测：得到的高强耐热高导铝合金电枢材料组织致密、无缺陷，致密度大于99.2％，密度为2.79g/cm3，室温屈服强度为287mpa，抗拉强度为445mpa，延伸率为11％，室温电导率为36％iacs。在420℃以上，屈服强度为190mpa，抗拉强度为280mpa，延伸率16％，电导率41％iacs。
99.对实施例1至5和对比例1提供的铝合金电枢材料进行性能检测，结果如下表所示：
[0100][0101][0102]
由上表可得，采用本技术实施例提供的方法制备的铝合金电枢材料具有密度低、高强韧、导电优良等优点，特别的是，其在高温条件下具有较好的强度残存率。
[0103]
以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铝合金电枢材料，其特征在于，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝合金电枢材料，其特征在于，所述铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：zr：0.40％～0.60％、ce：8.50％～9.50％、y：0.15％～0.20％、mg：0.45％～0.55％、fe：0.10％～0.15％、mn：0.08％～0.12％、si：0.04％～0.07％，其余为al和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的铝合金电枢材料，其特征在于，所述铝合金电枢材料的微观组织包括：呈网状骨架分布于铝基体的骨架相和弥散分布于铝基体的耐热相；所述骨架相包括al
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ce3相和/或al(mg)
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ce3相；所述耐热相包括al3(zr,y)相和/或(al,si)3(zr,y)相。4.根据权利要求1所述的铝合金电枢材料，其特征在于，所述铝合金电枢材料的致密度大于99％；和/或所述铝合金电枢材料的质量密度为2.80～2.95g/cm3。5.根据权利要求1所述的铝合金电枢材料，其特征在于，在室温条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为260～355mpa、抗拉强度为390～520mpa、延伸率为10％～14％和电导率为35％iacs～40％iacs；和/或在420℃以上温度条件下，所述铝合金电枢材料的性能满足：屈服强度为245～355mpa，抗拉强度为370～488mpa，延伸率为15％～20％，电导率为42％iacs～48％iacs。6.一种铝合金电枢材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：得到铝合金铸锭，所述铝合金铸锭的化学成分以质量分数计包括：zr：0.14％～0.80％、ce：7.50％～10.00％、y：0.04％～0.30％、mg：0.35％～0.60％、fe：0.04％～0.20％、mn：0.04％～0.15％、si：0.008％～0.10％，其余为al和不可避免的杂质；把所述铝合金铸锭加工成粉末，后利用选区激光对所述粉末进行熔化凝固成形，得到铝合金电枢材料。7.根据权利要求6所述的铝合金电枢材料的制备方法，其特征在于，所述粉末的体积粒径分布为15～70μm；和/或所述粉末呈球形，优选的，所述粉末的球形度大于96％。8.根据权利要求6所述的铝合金电枢材料的制备方法，其特征在于，所述选区激光的工艺参数包括：激光功率为200～450w，光斑直径70～110μm，扫描速度为800～1600mm/s，扫描间距80～120μm，扫描层厚为10～40μm，输入能量密度为55～90j/mm3。9.根据权利要求6所述的铝合金电枢材料的制备方法，其特征在于，所述熔化凝固成形过程的气氛为保护气氛；可选的，所述保护气氛为惰性气体气氛；可选的，所述惰性气体气氛为氩气、氮气、氦气和氖气中的至少一种。10.一种电磁炮，其特征在于，所述电磁炮的电枢材料为权利要求1至5中任一项所述的铝合金电枢材料或采用权利要求6至9中任一项所述的铝合金电枢材料的制备方法制得的材料。

技术总结
一种铝合金电枢材料及其制备方法和应用，属于铝合金材料技术领域；铝合金电枢材料的化学成分以质量分数计包括：Zr：0.14％～0.80％、Ce：7.50％～10.00％、Y：0.04％～0.30％、Mg：0.35％～0.60％、Fe：0.04％～0.20％、Mn：0.04％～0.15％、Si：0.008％～0.10％，其余为Al和不可避免的杂质；通过控制Zr和Y元素的含量在上述范围，使得该材料在制备的热处理过程中析出耐热相，提升该材料的耐热性能，改善了目前电枢材料在高温下会出现力学性能明显降低的问题；同时，耐热相弥散分布于铝基体中，可钉扎位错和晶界，阻碍位错和晶界的移动，有效地增强了该材料的强度。地增强了该材料的强度。地增强了该材料的强度。


技术研发人员：王宇飞 高海燕 缪姚军 吕海洋 彭朋 冯婷 王俊 孙宝德
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/12