CN105274409B

CN105274409B - 一种轻质高强防护装甲板的制备方法

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Publication number: CN105274409B
Application number: CN201510696797.8A
Authority: CN
Inventors: 李炯利; ***; 戴圣龙; 王胜强; 燕绍九
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CN105274409A

Abstract

本发明提供一种轻质高强防护装甲板的制备方法，装甲板材料为叠层夹心饼干式复合结构，此复合结构中间的防***心层外通过热扩散连接有不同材质和厚度的单边夹层金属板。装甲板的制备方法包括步骤：1)混合原料；2)制备装粉用包套；3)将样品混合粉末装入制备好的包套中；4)粉末物理烧结和金属板材扩热散连接；5)固溶热处理；6)时效热处理。本发明适用于轻型装甲车和武装直升机抗击轻武器和反器材武器攻击所采用的防弹装甲层及其生产制备。

Description

一种轻质高强防护装甲板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种防弹装备板，具体涉及一种轻质高强防护装甲板的制备方法。

背景技术

我国轻型装甲车一直采用钢制防弹装甲，武装直升飞机采用钛合金防弹装甲。但是未来战争对陆军的远程投送能力、武装直升飞机的有效载荷能力都提出越来越高的要求，这就对装备重量提出了严苛要求，使得以前使用的钢制装甲和钛合金装甲已不能满足未来武器装备发展的需要。因此需要提供一种密度低、防弹效果好、抗打击，成本低、容易批量生产，适用于轻型装甲车和武装直升机抗击轻武器和反器材武器攻击的装甲板的技术方案。

发明内容

本发明的目的是：提出一种轻质高强防护装甲板的制备方法，使此种装甲板适用于轻型装甲车和武装直升机抗击轻武器和反器材武器攻击，以满足日益发展的军事装备的要求。

实现本发明目的技术方案如下：

一种轻质高强防护装甲板的制备方法，所述装甲板为叠层复合结构，所述复合结构中间的防***心层外用热扩散连接有不同材质和厚度的单边夹层金属板，其改进之处在于，所述防***心层包括：氧化石墨烯、SiC颗粒和铝合金；所述铝合金含按质量百分比计的下述组份：Cu，1.0～1.6％；Mg，0.6～1.3％；Si，0.2％；Ti，0.1％；Fe，0.3％；Zn，0.25％；Mn，0.1％；Cr，0.1％；Zr，0.04～0.16％；其余为Al。

本发明的第一优选技术方案中，按质量百分比计的氧化石墨烯0.5％～3％和SiC颗粒35％～55％。

本发明的第二优选技术方案中，1.5％～2.0％的氧化石墨烯和35％～55％SiC颗粒。

本发明的第三优选技术方案中，45％～55％的SiC颗粒。

本发明的第四优选技术方案中，2.0％的氧化石墨烯和40％的SiC颗粒。

本发明的第五优选技术方案中，防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1～6:1。

本发明的第六优选技术方案中，防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1～4:1。

本发明的第七优选技术方案中，所述单边夹层金属板为单一或两种复合金属板。

本发明的第八优选技术方案中，SiC颗粒为D50＝3～20μm的SiC颗粒。

本发明提供的轻质高强防护装甲板的制备方法包括如下步骤：1)混合原料；2)制备装粉用包套；3)将样品混合粉末装入制备好的包套中；4)粉末物理烧结和金属板材扩热散连接；5)固溶热处理；6)时效热处理。

本发明提供的制备方法的第一优选方法中，于盛有氧化石墨烯、SiC和所述铝合金粉末的V型混料设备中，按所述混合粉末的体积比为10:1的比例加入乙醇；于10～30转/分钟转速下湿法混合4～14小时得混合粉末料；

烘干所述粉末后，在V型混料设备中以10～30转/分钟的转速干法混合4～14小时得混合粉末。

本发明提供的制备方法的第一优选方法中，所述湿法混合在20转/分钟转速下混合10小时得混合粉末料；

所述干法混合在20转/分钟转速混合8小时得混合粉末。

本发明提供的制备方法的第二优选方法中，所述步骤2)中，所述装粉用包套的长度和宽度较最终产品大5％，包套金属的厚度与中间空腔厚度的比例为3:1～6:1。

本发明提供的制备方法的第三优选方法中，所述步骤3)中，所得粉末振实密度至2.0～2.4g/cm3。

本发明提供的制备方法的第四优选方法中，所述步骤4)中，所述热扩散条件：压力90MPa～300MPa，温度400℃～500℃，时间30分钟～2小时。

本发明提供的制备方法的第五优选方法中，所述热扩散条件：压力200MPa。

本发明提供的制备方法的第六优选方法中，所述热扩散条件：温度450℃。

本发明提供的制备方法的第七优选方法中，所述热扩散条件：时间为1.2小时。

本发明提供的制备方法的第八优选方法中，所述热扩散条件：压力200MPa，温度450℃，时间为1.2小时。

本发明提供的制备方法的第九优选方法中，所述步骤5)中，于495～505℃下热处理1～2小时。

本发明提供的制备方法的第十优选方法中，所述热处理时间为1.5小时。

本发明提供的制备方法的第十一优选方法中，所述步骤6)中，于185～195℃下热处理15～17小时。

本发明提供的制备方法的第十二优选方法中，所述热处理时间为16小时。

和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、密度低，防护效果好。本发明制备的防弹装甲板密度低于3.1g/cm³，仅是防弹钢板的三分之一，防弹钛合金板的三分之二。经过实际打靶测试，本发明制备的防护装甲板，其防弹效果和抗多次打击能力明显好于同等厚度的防弹钛合金板，也优于同等厚度的防弹钢板。

2.每使用1公斤本发明所涉及的防弹装甲板可使轻型装甲车和武装直升机减重0.5～1.5公斤，减重效果非常明显，为提升我国轻型装甲车辆远程投送能力、提升武装直升飞机有效载荷做出有益贡献。

3、生产成本低，容易实现工业化制备，同时操作工艺简便，利于生产控制。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一种轻质高强防护装甲板的制备方法，混合氧化石墨烯、SiC和铝合金粉末，再经过热物理烧结制备高阻尼超硬防***心层，并采用两层或四层不同厚度和材质的金属与该防***心层进行热扩散连接，最终形成三层或五层的夹心饼干式复合结构，得密度低于3.1g/cm³的轻质高强防护装甲板。

制备步骤如下：

(1)于10～30转/分钟转速的，装有质量百分比为0.5％～3％的氧化石墨烯，35％～55％的SiC，及剩余质量分数的铝合金粉末的V型混料设备中，按积比为10：1的比例加入乙醇溶液，进行湿法混合，混合4～14小时，；再然后烘干湿法混合制备的混合粉末，待完全干燥后在V型混料设备中进行干法混合，混合4～14小时，转速为10～30转/分钟。

(2)将混合好的粉末装入铝合金包套中，至粉末振实密度到2.0～2.4g/cm³。

(3)于90MPa～300Mpa压力和400℃～500℃下处理30分钟～2小时，同步完成粉末物理烧结和金属板材扩散连接。

(4)将制备好的装甲板材首先进行固溶热处理，热处理温度为495～505℃，时间1～2小时，冷水淬火，然后进行人工时效处理，热处理温度为185～195℃，时间15～17小时。

实施例1：采用2mm厚LF21铝合金-24mm厚高阻尼超硬防***心层-2mm厚LF21铝合金，两层结构，高阻尼超硬防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1；固溶热处理时间为1h，时效热处理时间为15h。

实施例2：采用2mm厚LF21铝合金-24mm厚高阻尼超硬防***心层-2mm厚LF21铝合金，两层结构，高阻尼超硬防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1；固溶热处理时间为1h，时效热处理时间为17h。

实施例3：采用2mm厚LF21铝合金-24mm厚高阻尼超硬防***心层-2mm厚LF21铝合金，两层结构，高阻尼超硬防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1；固溶热处理时间为2h，时效热处理时间为15h。

实施例4：采用2mm厚LF21铝合金-24mm厚高阻尼超硬防***心层-2mm厚LF21铝合金，两层结构，高阻尼超硬防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1；固溶热处理时间为2h，时效热处理时间为17h。

实施例5：采用2mm厚LF21铝合金-24mm厚高阻尼超硬防***心层-2mm厚LF21铝合金，两层结构，高阻尼超硬防***心层厚度与单边夹层金属板的厚度比例为3:1；固溶热处理时间为1.5h，时效热处理时间为16h。

不同成分下装甲板的防弹化效果见表；表中百分含量均为质量分数。

表1不同成分防弹板防弹效果对比

(注：固溶热处理时间为1h，时效热处理时间为15h)

表2不同成分防弹板防弹效果对比

(注：固溶热处理时间为1h，时效热处理时间为17h)

表3不同成分防弹板防弹效果对比

(注：固溶热处理时间为2h，时效热处理时间为15h)

表4不同成分防弹板防弹效果对比

(注：固溶热处理时间为2h，时效热处理时间为17h)

表5不同成分防弹板防弹效果对比

(注：固溶热处理时间为1.5h，时效热处理时间为16h)

通过表1至表5的数据展示，固溶热处理时间为1.5h，时效热处理时间为16h，提高装甲板材的韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，得到的防弹装甲板的抗击穿能力最优，说明经本发明提供的技术方案的防弹装甲板具备低密度和高效防弹的效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种轻质高强防护装甲板的制备方法，所述装甲板为叠层复合结构，所述复合结构中间的防***心层外用热扩散连接有不同材质和厚度的单边夹层金属板，所述防***心层由0.5％～3％的氧化石墨烯，35％～55％的SiC，及剩余质量分数的铝合金粉末构成，所述铝合金含按质量百分比计的下述组份：Cu，1.0～1.6％；Mg，0.6～1.3％；Si，0.2％；Ti，0.1％；Fe，0.3％；Zn，0.25％；Mn，0.1％；Cr，0.1％；Zr，0.04～0.16％；其余为Al；其特征在于，

所述装甲板的制备方法，步骤如下：

1)混合原料；

于盛有氧化石墨烯、SiC和所述铝合金粉末的V型混料设备中，按所述混合粉末的体积比为10:1的比例加入乙醇；于10～30转/分钟转速下湿法混合4～14小时得混合粉末料；

烘干所述粉末后，在V型混料设备中以10～30转/分钟的转速干法混合4～14小时得混合粉末；

2)制备装粉用包套；

3)将混合粉末装入包套中；

4)粉末物理烧结和金属板材热扩散连接，所述热扩散条件：压力90MPa～300MPa，温度400℃～500℃，时间30分钟～2小时；

5)进行固溶热处理，于495～505℃下热处理1～2小时，冷水淬火；

6)进行时效热处理，于185～195℃下热处理15～17小时。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述湿法混合在20转/分钟转速下混合10小时得混合粉末料；

所述干法混合在20转/分钟转速混合8小时得混合粉末。

3.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述装粉用包套的长度和宽度较最终产品大5％，包套金属的厚度与中间空腔厚度的比例为3:1～6:1。

4.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所得粉末振实密度至2.0～2.4g/cm³。

5.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述热扩散条件：压力200MPa。

6.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述热扩散条件：温度450℃。

7.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述热扩散条件：时间为1.2小时。

8.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述热扩散条件：压力200MPa，温度450℃，时间为1.2小时。

9.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述固溶热处理时间为1.5小时。

10.根据权利要求1所述的一种轻质高强防护装甲板的制备方法，其特征在于，所述时效热处理时间为16小时。