CN110918644A - 一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法，铍片制备方法包括如下步骤；步骤一、对所轧制铍板进行热轧；步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理；步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放入酸洗液中进行剩酸化洗；步骤四、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。本发明制备的铍片的各项技术指标均能达到空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口要求，且合格率高。

Description

一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法
技术领域
本发明属于铍材轧制技术领域，涉及一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法。
背景技术
制作空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口的材料必须是X射线穿透率极高的金属或合金材料，在所有的金属及合金材料中，铍材是X射线穿透率最高的材料，因此铍材经轧制后制备的铍片最适合用作空间天文卫星主探测器窗口。
铍的晶体结构为密排六方，其晶体结构决定了铍材的低塑性，同时，铍材具有脆裂性，因此铍材很难轧制。常用铍片产品的面积尺寸通常在φ50mm以内，平均在φ25mm左右。现有轧制技术可制备的铍片最大面积尺寸为φ80mm，且有效面积、尺寸均匀性、粗糙度、气密性等技术指标均达不到空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口的要求。对于大尺寸铍片来说，因其面积尺寸大，所以较之轧制普通的铍片来说轧制空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口专用大尺寸铍片的难度要大得多，体现在轧制过程极易脆裂、碎裂、裂边等多个方面，从而很难轧制出大尺寸铍片。究其原因，由于其密排六方的晶体结构决定了铍材在轧制时显示出极强的低塑性和脆裂性，在轧制塑性变形过程中不同方向、不同点位极易产生变形速度不均匀与变形程度不均匀，不同方向、不同点。
位变形速度与变形程度的不均匀导致了附加应力的产生，附加应力的大小随着变形程度的增加而增加，附加应力的分布点位随着所轧制铍板面积的加大而增多。要消除或降低轧制过程的脆裂、碎裂和裂边等，就得消除或降低轧制过程产生附加应力。
目前，采用以温轧为主，热轧和冷轧相结合的方式进行铍片轧制。温轧工艺采用常规的单向垂直轧制，单次压下分配较大，两次热处理间的轧制道次较少；采用常规化酸洗进行表面化洗，但得到的铍片表面质量较差，厚度尺寸均匀性较差、气密性较低、产品合格率较低和有效面积尺寸小等；同时，轧制过程中极易脆裂、碎裂、裂边导致很难轧制出面积尺寸较大的铍板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法，该方法在轧制过程中不易脆裂、碎裂、裂边，气密性高，产品合格率高，所轧制铍板有效面积尺寸大，且各项技术指标均能达到空间天文卫星(慧眼) 主探测器窗口要求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法，所述铍片制备方法包括如下步骤；
步骤一、对所轧制铍板进行热轧；
步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理；
步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放入酸洗液中进行剩酸化洗；
步骤四、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。
温轧时，通过在铍板的左右两侧边部进行等间隔距离加工半圆弧加工并进行半圆弧表面处理，使得半圆弧截面光洁和圆滑，保障了塑性变形时产生的附加应力释放的顺畅化、最大化，避免了半圆弧截面的凹凸刀痕、毛刺、接点等机加工缺陷，防止了缺陷处应力集中而导致脆裂、碎裂和裂边等影响大尺寸铍片制备的不利因素在缺陷处出现，从而降低或消除不同方向、不同点位由于变形速度与变形程度的不均匀而导致产生的附加应力，最终降低或消除轧制过程中产生脆裂、碎裂、裂边等影响大尺寸铍片制备的不利因素。
经热轧、温轧、高温热处理后的铍板，其表面因产生氧化而形成一层影响表面质量的氧化膜，本发明通过剩酸化洗，可以均匀地除去铍板表面的氧化膜，且能保障铍片表面粗糙度及气密性能达到空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口要求。
由于铍材轧制时显示极强的脆裂性和低塑性，压下分配过大时极易出现脆裂、碎裂、裂边，同时轧制出的铍板其表面质量、气密性、厚度尺寸均匀性均较差。本发明采用小压下分配、多道次轧制的轧制方法，可使每道次的压下均匀化，可使道次塑性变形及延伸均匀化，从而保证了厚度尺寸的均匀分布及表面质量、气密性的提高；可使塑性变形过程中不同方向、不同点位的变形速度与变形程度均匀化，从而降低或消除了不同方向、不同点位由于变形速度与程度的不均匀而导致产生的附加应力，从而降低了轧制脆裂、碎裂、裂边，最终大大增加了所轧制铍板的有效面积。
进一步的，步骤一中，所述热轧的工艺条件为：热轧温度为700～950℃，保温时间25～60分钟，热轧总加工率为70～85％，道次加工率为10～20％。
进一步的，步骤二中，所述等间隔距离为20～25mm；所述半圆弧的尺寸为φ3～5mm。
进一步的，步骤三中，所述温轧的工艺条件为：
温轧温度为500～800℃，首次加热保温30～70分钟；其后每道次加热保温 20～50分钟；
单次压下加工率1～2％，单次压下轧制道次5～10，压下分配次数5～10 次，两次热处理间总轧制道次25～100次，两次热处理间轧制总加工率5～20％。
进一步的，步骤三中，所述去应力热处理的工艺条件为：
保温温度为650～850℃，保温时间为60～180分钟。
进一步的，步骤四中，所述剩酸化洗的时间为5～60分钟。
进一步的，步骤三中，所述酸洗液包括磷酸、铬酐、甘油、酒精和氢氟酸；
所述磷酸、甘油、酒精和氢氟酸的体积比为500～2000：30～200：10～50： 5～40；所述铬酐和磷酸的体积质量比为50～300g：500～2000ml。
进一步的，步骤四中，所述成品热处理的工艺条件为：
保温温度为350～800℃；保温时间为60～180分钟。
进一步的，步骤三和步骤四之间，所述铍片制备方法还包括：
重复步骤三，直至得到所需厚度尺寸的铍板。
本发明的有益技术效果：
1、本发明铍片的表面质量好、厚度尺寸均匀、气密性高、产品合格率高且有效面积尺寸大，各项技术指标均能达到空间天文卫星(慧眼)主探测器窗口要求。
2、本发明铍片的平面度为0.1mm～0.2mm，粗糙度Ra为0.4μm～0.6μm；厚度尺寸偏差为-5％H≤△H≤+5％H；且不漏光；且合格率达到80％；最大有效面积可达到220mm×260mm。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作出详细说明。
实施例1：
步骤一、对所轧制铍板进行热轧，其中，热轧温度为700℃，保温时间60 分钟，热轧总加工率为70％，道次加工率为10％。
步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理。等间隔距离为20mm；半圆弧的尺寸为φ3mm。
步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放置在按500ml磷酸+50g铬酐+30ml甘油+10ml酒精+5ml氢氟酸配方配制的已起过剧烈化学反应且剧烈化学反应发生后2小时的剩酸液里进行化洗，化洗时间5分钟。
其中，温轧温度为500℃，首次加热保温70分钟；其后每道次加热保温50 分钟；单次压下加工率1.3％，单次压下轧制道次7，压下分配次数8次，两次热处理间总轧制道次56次，两次热处理间轧制总加工率10％。
去应力热处理的工艺条件为：保温温度为650℃，保温时间为180分钟。
步骤四、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。其中，成品热处理的工艺条件为：保温温度为350℃；保温时间为180分钟。
依据客户对产品形状及外形尺寸的具体要求编制程序，进行线切割。
本实施例制备的铍片各个技术指标如下：
(1)表面质量：平面度为0.1，粗糙度Ra为0.5μm；
(2)厚度尺寸偏差：-5％H≤△H≤+5％H
(3)气密性：不漏气
(4)所轧制铍板最大有效面积尺寸：220mm×260mm。
实施例2：
步骤一、对所轧制铍板进行热轧，其中，热轧温度为800℃，保温时间45 分钟，热轧总加工率为75％，道次加工率为15％。
步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理。等间隔距离为22mm；半圆弧的尺寸为φ4mm。
步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放置在按1500ml磷酸+200g 铬酐+200ml甘油+30ml酒精+25ml氢氟酸配方配制的已起过剧烈化学反应且剧烈化学反应发生后3.5小时的剩酸液里进行化洗，化洗时间50分钟。
其中，温轧温度为650℃，首次加热保温50分钟；其后每道次加热保温40 分钟；单次压下加工率1％，单次压下轧制道次5，压下分配次数5次，两次热处理间总轧制道次25次，两次热处理间轧制总加工率5％。
去应力热处理的工艺条件为：保温温度为800℃，保温时间为120分钟。
步骤四、重复步骤三，直至得到所需厚度尺寸的铍板
步骤五、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。其中，成品热处理的工艺条件为：保温温度为550℃；保温时间为120分钟。
依据客户对产品形状及外形尺寸的具体要求编制程序，进行线切割。
本实施例制备的铍片各个技术指标如下：
(1)表面质量：平面度为0.2mm，粗糙度Ra为0.4μm；
(2)厚度尺寸偏差：-3％H≤△H≤+3％H
(3)气密性：不漏气
(4)所轧制铍板最大有效面积尺寸：225mm×250mm。
实施例3：
步骤一、对所轧制铍板进行热轧，其中，热轧温度为950℃，保温时间25 分钟，热轧总加工率为85％，道次加工率为20％。
步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理。等间隔距离为25mm；半圆弧的尺寸为φ5mm。
步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放置在按2000ml磷酸+300g 铬酐+100ml甘油+50ml酒精+40ml氢氟酸配方配制的已起过剧烈化学反应且剧烈化学反应发生后3.5小时的剩酸液里进行化洗，化洗时间60分钟。
其中，温轧温度为800℃，首次加热保温30分钟；其后每道次加热保温20 分钟；单次压下加工率2％，单次压下轧制道次10，压下分配次数10次，两次热处理间总轧制道次100次，两次热处理间轧制总加工率20％。
去应力热处理的工艺条件为：保温温度为850℃，保温时间为60分钟。
步骤四、重复步骤三，直至得到所需厚度尺寸的铍板
步骤五、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。其中，成品热处理的工艺条件为：保温温度为800℃；保温时间为60分钟。
依据客户对产品形状及外形尺寸的具体要求编制程序，进行线切割。
本实施例制备的铍片各个技术指标如下：
(1)表面质量：平面度为0.15mm，粗糙度Ra为0.6μm；
(2)厚度尺寸偏差：-2％H≤△H≤+2％H
(3)气密性：不漏气
(4)所轧制铍板最大有效面积尺寸：230mm×245mm。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。***、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用作空间天文卫星主探测器窗口的铍片制备方法，其特征在于，所述铍片制备方法包括如下步骤；
步骤一、对所轧制铍板进行热轧；
步骤二、将热轧后的铍板左右两侧边部进行等间隔距离半圆弧加工后进行半圆弧表面处理；
步骤三、采用小压下分配和多道次轧制，对半圆弧表面处理后的铍板进行温轧；并将温轧后的铍板进行去应力热处理后水平放入酸洗液中进行剩酸化洗；
步骤四、对剩酸化洗后的铍板依次进行成品热处理和产品线切割。
2.根据权利要求1所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤一中，所述热轧的工艺条件为：热轧温度为700～950℃，保温时间25～60分钟，热轧总加工率为70～85％，道次加工率为10～20％。
3.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤二中，所述等间隔距离为20～25mm；所述半圆弧的尺寸为φ3～5mm。
4.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤三中，所述温轧的工艺条件为：
温轧温度为500～800℃，首次加热保温30～70分钟；其后每道次加热保温20～50分钟；
单次压下加工率1～2％，单次压下轧制道次5～10，压下分配次数5～10次，两次热处理间总轧制道次25～100次，两次热处理间轧制总加工率5～20％。
5.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤三中，所述去应力热处理的工艺条件为：
保温温度为650～850℃，保温时间为60～180分钟。
6.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤四中，所述剩酸化洗的时间为5～60分钟。
7.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤三中，所述酸洗液包括磷酸、铬酐、甘油、酒精和氢氟酸；
所述磷酸、甘油、酒精和氢氟酸的体积比为500～2000：30～200：10～50：5～40；所述铬酐和磷酸的体积质量比为50～300g：500～2000ml。
8.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤四中，所述成品热处理的工艺条件为：
保温温度为350～800℃；保温时间为60～180分钟。
9.根据权利要求1或2所述的铍片制备方法，其特征在于，步骤三和步骤四之间，所述铍片制备方法还包括：
重复步骤三，直至得到所需厚度尺寸的铍板。
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