一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種防彈裝備板，具體講涉及一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)輕型裝甲車一直采用鋼制防彈裝甲，武裝直升飛機(jī)采用鈦合金防彈裝甲。但 是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)陸軍的遠(yuǎn)程投送能力、武裝直升飛機(jī)的有效載荷能力都提出越來(lái)越高的要 求，這就對(duì)裝備重量提出了嚴(yán)苛要求，使得以前使用的鋼制裝甲和鈦合金裝甲已不能滿足 未來(lái)武器裝備發(fā)展的需要。因此需要提供一種密度低、防彈效果好、抗打擊，成本低、容易批 量生產(chǎn)，適用于輕型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊的裝甲板的技術(shù)方 案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：提出一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，使其適用于輕 型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊，以滿足日益發(fā)展的軍事裝備的要 求。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下：
[0005] -種新型輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金防護(hù)裝甲板及其制備方法，所述裝甲板為疊層復(fù)合結(jié) 構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中間的防彈夾心層外用熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)和厚度的單邊夾層金屬 板，其改進(jìn)之處在于，所述防彈夾心層包括：氧化石墨烯、SiC顆粒和鋁合金；所述鋁合金含 按質(zhì)量百分比計(jì)的下述組份：Cu，5. 3~6. 4% ;Mg，0. 05~0· 40% ;Si，0. 25% ;Ti，0. 02~ 0· 10% ;Fe，0. 30% ;Ζη，0· 10% ;Μη，0· 1 ~0· 5% ;Zr，0. 10 ~0· 25%;余量為常規(guī)雜質(zhì)和 Al〇
[0006] 本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案中，按質(zhì)量百分比計(jì)的氧化石墨稀0.5%~3%和SiC 顆粒35%~55%。
[0007] 本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，1. 5%~2. 0%的氧化石墨烯。
[0008] 本發(fā)明的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，45 %~55 %的SiC顆粒。
[0009] 本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，2. 0%的氧化石墨烯和40%的SiC顆粒。
[0010] 本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為 3:1~6:1〇
[0011] 本發(fā)明的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為 3:1 ~4:1〇
[0012] 本發(fā)明的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述單邊夾層金屬板為單一或兩種復(fù)合金屬板。
[0013] 本發(fā)明的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，SiC顆粒為D50 = 3~20um的SiC顆粒。本發(fā)明 提供的輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法包括如下步驟：1)混合原料；2)制備裝粉用包套； 3)將樣品混合粉末裝入制備好的包套中；4)粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接；5)固溶 熱處理；6)時(shí)效熱處理。
[0014] 進(jìn)一步的，于盛有氧化石墨烯、SiC和所述鋁合金粉末的V型混料設(shè)備中，按所述 混合粉末的體積比為10:1的比例加入乙醇；于10~30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下混合4~14小時(shí) 得混合粉末料；
[0015] 烘干所述粉末后，在V型混料設(shè)備中以10~30轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速混合4~14小時(shí) 得混合粉末。
[0016] 本發(fā)明提供的制備方法的第二優(yōu)選方法中，所述裝粉用包套的長(zhǎng)度和寬度較最終 產(chǎn)品大5 %，包套金屬的厚度與中間空腔厚度的比例為3:1~6:1。
[0017] 本發(fā)明提供的制備方法的第三優(yōu)選方法中，所得粉末振實(shí)密度至2. 0~2. 4g/cm3。
[0018] 本發(fā)明提供的制備方法的第四優(yōu)選方法中，所述熱擴(kuò)散條件：壓力90MPa~ 300MPa，溫度400°C~500°C，時(shí)間30分鐘~2小時(shí)。
[0019] 本發(fā)明提供的制備方法的第五優(yōu)選方法中，于490~500°C下固溶熱處理2~4小 時(shí)，冷水淬火。
[0020] 本發(fā)明提供的制備方法的第六優(yōu)選方法中，于185~195°C下時(shí)效熱處理8~10 小時(shí)。
[0021] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：
[0022] 1、密度低，防護(hù)效果好。本發(fā)明制備的防彈裝甲板密度低于3.lg/cm3,僅是防彈鋼 板的三分之一，防彈鈦合金板的三分之二。經(jīng)過(guò)實(shí)際打靶測(cè)試，本發(fā)明制備的防護(hù)裝甲板， 其防彈效果和抗多次打擊能力明顯好于同等厚度的防彈鈦合金板，也優(yōu)于同等厚度的防彈 鋼板。
[0023] 2、每使用1公斤本發(fā)明所涉及的防彈裝甲板，相比于使用舊材料，可使輕型裝甲 車和武裝直升機(jī)減重〇. 5~1. 5公斤，減重效果非常明顯，為提升我國(guó)輕型裝甲車輛遠(yuǎn)程投 送能力、提升武裝直升飛機(jī)有效載荷做出有益貢獻(xiàn)。
[0024] 3、生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備，同時(shí)操作工藝簡(jiǎn)便，利于生產(chǎn)控制。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] -種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板制備方法，混合氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉末，再 經(jīng)過(guò)熱物理燒結(jié)制備高阻尼超硬防彈夾心層，并采用兩層或四層不同厚度和材質(zhì)的金屬與 該防彈夾心層進(jìn)行熱擴(kuò)散連接，最終形成三層或五層的夾心餅干式復(fù)合結(jié)構(gòu)，得密度低于 3.lg/cm3的輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板。
[0027] 制備步驟如下：
[0028] (1)于10~30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速的，裝有0.5%~3%的氧化石墨稀，質(zhì)量百分比為 35%~55%的SiC，及剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁合金粉末的V型混料設(shè)備中，按積比為10 :1的比 例加入乙醇溶液，進(jìn)行濕法混合，混合4~14小時(shí)，;再然后烘干濕法混合制備的混合粉末， 待完全干燥后在V型混料設(shè)備中進(jìn)行干法混合，混合4~14小時(shí)，轉(zhuǎn)速為10~30轉(zhuǎn)/分 鐘。
[0029] (2)將混合好的粉末裝入鋁合金包套中，至粉末振實(shí)密度到2. 0~2. 4g/cm3。
[0030] (3)于90MPa~300Mpa壓力和400°C~500°C下處理30分鐘~2小時(shí)，同步完成 粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)散連接。
[0031] (4)將制備好的裝甲板材首先進(jìn)行固溶熱處理，熱處理溫度為490~500°C，時(shí)間 2~4小時(shí)，冷水淬火，然后進(jìn)行人工時(shí)效處理，熱處理溫度為185~195°C，時(shí)間8~10小 時(shí)。
[0032] 實(shí)施例1:采用4mm厚LF21錯(cuò)合金-12mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為3:1 ;
[0033] 實(shí)施例2:采用4mm厚LF21錯(cuò)合金-16mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為4:1 ;
[0034] 實(shí)施例3:采用4mm厚LF21錯(cuò)合金-24mm厚高阻尼超硬防彈夾心層，二層結(jié)構(gòu)，高 阻尼超硬防彈夾心層厚度與單邊夾層金屬板的厚度比例為6:1 ;
[0035] 不同成分下裝甲板的防彈化效果見(jiàn)表。另有說(shuō)明除外，表中百分含量均為質(zhì)量分 數(shù)。
[0036] 表1不同成分防彈板防彈效果對(duì)比（夾心層厚度：?jiǎn)芜厡雍穸?3:1)
[0037]
[0038] 表2不同成分防彈板防彈效果對(duì)比（夾心層厚度：?jiǎn)芜厡雍穸?4:1)
[0039]
[0040] 表3不同成分防彈板防彈效果對(duì)比（夾心層厚度：?jiǎn)芜厡雍穸?6:1)
[0041 ]
[0042] 通過(guò)表1、表2和表3的數(shù)據(jù)展示，充分說(shuō)明經(jīng)本發(fā)明方法制備的防彈裝甲板具備 低密度和高效防彈的效果。
[0043] 本發(fā)明中提供的一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板及其制備方法，僅采用單邊金屬層 與防彈夾心層復(fù)合，即可達(dá)到密度低、自身體重輕、防彈效果優(yōu)異，且防彈效果和抗多次打 擊能力明顯好于同等厚度的防彈鈦合金板，也優(yōu)于同等厚度的防彈鋼板，同時(shí)生產(chǎn)成本低， 容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備，同時(shí)操作工藝簡(jiǎn)便，利于生產(chǎn)控制。
[0044] 以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些 未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，所述裝甲板為疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合 結(jié)構(gòu)中間的防彈夾心層外用熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)和厚度的單邊夾層金屬板，所述防彈夾 心層包括：氧化石墨烯、SiC顆粒和鋁合金；所述鋁合金含按質(zhì)量百分比計(jì)的下述組份：Cu， 5. 3 ~6. 4% ;Mg，0. 05 ~0? 40% ;Si，0. 25% ;Ti，0. 02 ~0? 10% ;Fe，0. 30% ;Zn，0. 10% ; Mn，0. 1~0. 5% ;Zr，0. 10~0. 25% ;余量為常規(guī)雜質(zhì)和Al,其特征在于，所述制備方法的 步驟如下： 1) 混合原料； 2) 制備裝粉用包套； 3) 將混合粉末裝入包套中； 4) 粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接； 5) 固溶熱處理； 6) 時(shí)效熱處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，按照一定的比例選取 氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉末進(jìn)行混合； (1) 將氧化石墨烯、SiC和鋁合金粉末組成的混合粉末加入V型混料設(shè)備中，并倒入乙 醇溶液，進(jìn)行濕法混合； (2) 將上一步制備的混合粉末進(jìn)行烘干，待完全干燥后在V型混料設(shè)備中進(jìn)行干法混 合。3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述混合粉末與乙醇溶液的體積比為 10 :1〇4. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述濕法混合和所述干法混合要根據(jù) 粉末重量混合時(shí)間選擇4~14小時(shí)，根據(jù)粉末比例選擇V型混料桶的轉(zhuǎn)速為10~30轉(zhuǎn)/ 分鐘。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述裝粉用包套的長(zhǎng) 度和寬度較最終產(chǎn)品大5%，包套金屬的厚度與中間空腔厚度的比例為3:1~6:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，將所得粉末振實(shí)密度 至 2. 0 ~2. 4g/cm3。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中，所述熱擴(kuò)散條件：壓 力90MPa~300MPa，溫度400°C~500°C，時(shí)間30分鐘~2小時(shí)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：壓力220MPa。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：溫度460°C。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：時(shí)間1小時(shí)。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散條件：壓力220MPa，溫度 460°C，時(shí)間1小時(shí)。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟5)中，于490~500°C下 固溶熱處理2~4小時(shí)，冷水淬火。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中，于185~195°C下 時(shí)效熱處理8~10小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型輕質(zhì)高強(qiáng)防護(hù)裝甲板的制備方法，裝甲板為多層的夾心餅干式復(fù)合結(jié)構(gòu)，此復(fù)合結(jié)構(gòu)中間的通過(guò)熱擴(kuò)散連接有不同材質(zhì)厚度的單邊夾層金屬板。裝甲板的制備方法包括步驟：1)混合原料；2)制備裝粉用包套；3)將樣品混合粉末裝入制備好的包套中；4)粉末物理燒結(jié)和金屬板材擴(kuò)熱散連接；5)固溶熱處理；6)時(shí)效熱處理。本發(fā)明適用于輕型裝甲車和武裝直升機(jī)抗擊輕武器和反器材武器攻擊所采用的防彈裝甲層及其生產(chǎn)制備。
【IPC分類】C22F1/05, C22F1/057, C22C21/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105238975
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510698468
【發(fā)明人】王旭東, 李炯利, 戴圣龍, 王勝?gòu)?qiáng), 湯珣
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月23日