CN107236949A - 一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，属于材料制备和增材制造技术领域。该方法为：先将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；然后采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层；最后通过机械加工方法去除仿形基体，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。可实现二元/多元活性金属体系的共沉积，通过改变活性金属粉末的尺寸、配比及喷涂工艺参数，可灵活调控所制备的活性金属构件中活性组分的含量、分布和组织结构，实现活性金属药性罩能量释放特性的调控，所制备的药型罩连续致密，气孔率低于1％。

Description

一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法
技术领域
本发明涉及一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，具体涉及一类二元或多元反应组分含能金属药型罩的低温近净尺寸成型制备方法，属于材料制备和增材制造技术领域。
背景技术
聚能药型罩是对******能量产生聚能效应的关键部件，在毁伤性武器和石油射孔弹上得到了广泛应用。根据药型罩结构与装药的不同，可以产生三种类型的毁伤元：聚能射流、***成型弹丸和杆式侵彻体。典型的锥形药型罩在受到******产生的高速、高压爆轰波作用时，药型罩上受到的高压力使药型罩材料以约104/s～107/s的高应变速率变形并发生压溃效应，沿药型罩轴线形成头部速度6km/s～12km/s的高速射流，射流与目标作用时通过侵彻过程形成穿孔。
传统聚能药型罩材料选择准则主要遵循高密度、高熔点、高强度和良好的延展性，以提高射流的连续性、射流头部速度和射流的质量，从而实现对目标的最大侵彻深度，纯铜具有良好的塑性、较高的密度和良好的加工性能，成为最为常用的药型罩材料，在实际中得到广泛应用。但是在进行混凝土、岩土等硬质目标的侵彻开孔应用时，除了要求获得一定的侵彻深度外，还要求侵彻孔直径进一步增大，同时破孔形状规则，破孔后不形成杵体，而传统的铜药型罩存在开孔直径较小、侵彻过程中容易形成杵堵、孔径形状不规则等不足。近年来，含能活性金属药型罩因其具有特殊的释能特性，且不形成杵堵，能够兼顾侵彻深度和侵彻孔径，在军事上和石油开孔弹方面具有广泛的应用前景，获得了极大的关注。
含能活性金属药型罩是将活性金属(如Al、Mg、Ti等)和在特定条件下能够与之发生活性化学反应的其它金属、非金属成型为具有一定密度、强度和释能特性的新型药型罩。在******形成的射流侵彻目标时，含能活性金属药型罩中的反应组分之间或材料与外界的氧化性气氛间发生强烈的化学反应，同时释放大量的能量(热、光、***波等)并形成最终产物，提高射流温度，能够实现大的侵彻孔径和较高的侵彻深度，显著提高侵彻通道的容积。
含能活性金属药型罩在冲击载荷下的化学反应速率和能量释放效率与材料中各活性组分的比例、分布形态密切相关，通常要求材料中的活性反应组分能实现充分混合，且各组分分布均匀，同时材料还应具备较高的强度，以获得合理的结构力学性能。目前含能活性金属药型罩加工制备方法以粉末成型为主，包括粉末压制、粉末冶金以及粉体注塑成型等(CN 103328764B，CN 102182432A)。但是粉末压制和粉体注塑成型时，各组分粉末在成型过程中由于受力容易滑移产生局部聚集，导致药型罩中各活性组分的分布出现宏观不均匀性，同时所成型的复杂形状构件存在较高的气孔率，严重影响活性金属材料的结构力学性能。粉末冶金过程中为了获得高的力学性能和较高的致密度，一般需要在成型过程中通过提高烧结温度来实现，由于含能药型罩的组分对温度和氧均较为敏感，其反应温度较低，烧结温度超过反应温度，容易出现各活性在加工阶段的反应，难以在获得高的强度和致密度的情况下兼备化学组分含能特性的完整性。另外，以上传统粉末成型工艺在制备大尺寸、薄壁形状构件方面存在成型难题，尤其是对于药型罩这类复杂曲面的薄壁构件，其成型制备问题严重制约着含能活性金属药型罩的研制和实际应用。
发明内容
针对传统粉末成型方法在含能活性金属药型罩制备技术方面的不足，本发明的目的在于提供一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法利用各反应组分的粉末材料，通过调控粉末粒度和配比，结合制备工艺参数的控制，采用冷喷涂技术实现含能活性金属药型罩的低温近净成型；所述方法能够有效提高二元或多元反应组分含能活性金属药型罩的理论密度和结构力学性能，获得接近于材料理论密度的致密结构，同时保证各反应组分分散均匀，有效避免各反应组分在制备过程中相互反应的问题，在聚能战斗部和石油射孔弹用活性金属药型罩方面具有很好的应用潜力。
本发明的目的采用以下技术方案实现。
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤为：
首先将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；然后采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层；最后通过机械加工方法去除仿形基体，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
其中，所述Al基活性粉末为Al或Al合金粉末，所述金属粉末为Ni、Ni合金、Fe、Fe合金、W和W合金中的一种以上，以所述活性金属混合粉末总质量为100％计，其中Al或Al合金的质量分数为7％～60％，优选Al或Al合金的质量分数为40％；
所述Al或Al合金粉末粒径为5μm～50μm，粉末形状为球形或近球形；优选Al或Al合金粉末粒度为10μm～45μm，形状为球形。所述Ni、Ni合金、Fe、Fe合金、W和W合金粉末粒度为5μm～45μm，粉末形状为近球形或不规则形状；优选Ni粉为近球形，粒度为10μm～38μm；优选Fe粉为近球形，粒度为10μm～38μm；优选W粉形状为近球形，粒度为5μm～12μm。
优选所述混合为机械混合。
所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小300μm～500μm，优选小300μm；所述仿形基体的材料可采用Al、钢或Cu，优选为Al；
所述仿形基体外表面的清理可采用化学纯的丙酮试剂进行超声清洗，以去除仿形件外表面的油污及污染物，清洗温度为30℃，清洗时间不低于10min，超声清洗后在105℃烘干30min；
所述药型罩形状为圆锥形、球缺形或双锥形；
所述冷喷涂是通过将一定温度和压力的气体利用拉法尔喷嘴进行加速形成高速气体射流，将送入射流的活性金属粉末加热、加速后使活性金属粉末高速撞击基体表面，利用固态活性金属粉末与基体发生强烈塑性变形而形成沉积的方法；所述冷喷涂的工作和送粉气体分别独立为氮气或氦气，气体压力为0.48MPa～1.2MPa，气体温度为100℃～300℃，送粉速率为7g/min～25g/min，喷嘴出口距离仿形基体表面10mm～40mm，喷嘴轴线与仿形基体表面夹角为70°～90°，通过调整喷枪的移动速度与仿形基体的旋转速度，使喷嘴与仿形基体外表面切线方向的相对移动速度为30mm/s～150mm/s，单遍沉积厚度为0.4mm～2mm。
优选冷喷涂的工作气体为氦气，优选的工作气体压力为0.62MPa，工作气体温度为150℃，送粉速率为11g/min，喷嘴出口距离仿形基体表面15mm；喷嘴轴线与仿形基体表面夹角为90°。
优选喷嘴与仿形基体外表面切向的相对移动速度为80mm/s，单遍沉积厚度为0.8mm。
优选的机械加工方法为车削加工；优选的药型罩车削加工次序为：先加工外表面至药型罩设计尺寸，然后去除仿形基体，并将药型罩内表面的尺寸加工至最终尺寸；优选车刀的进刀速度为0.1mm/s～1mm/s，单道进刀深度为0.1mm～0.3mm。
有益效果
1.本发明提供的含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，可实现二元/多元活性金属体系的共沉积。通过改变活性金属粉末的尺寸、配比及喷涂工艺参数，可灵活调控所制备的活性金属构件中活性组分的含量、分布和组织结构，实现活性金属药型罩能量释放特性的调控，所制备的药型罩连续致密，气孔率低于1％；
2.本发明提供的含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，可适用于多种含Al、Mg等活性金属的含能材料体系，制备过程中涂层及仿形基体的温度低于150℃，远低于各活性组分间的反应起始温度，可有效避免各活性组粉间的反应及氧化；
3.本发明提供的含能活性金属药型罩的近净成型制备过程中，活性金属粉末材料颗粒高速撞击基体后会发生强烈塑性变形，材料产生明显的应变强化效应，所制备的含能活性材料强度明显优于传统粉末方法，药型罩具有良好的结构力学性能；
4.本发明提供的含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，通过合理的加工余量设计，可实现大尺寸薄壁含能活性药型罩的近净尺寸成型，生产效率高，工艺控制简单，适合于批量生产；
5.本发明提供的含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所制备的药型罩针对金属、岩土、混凝土目标开孔时，除了对******能量的利用外，还能在侵彻过程中利用活性组分反应释放产生的化学能形成增压效果，所开孔道形状规则，无杵堵，相比传统的药型罩具有更高的开孔直径。
附图说明
图1为喷枪在仿形基体上进行冷喷涂的工作示意图。
图2为喷涂在仿形基体表面的Al基含能活性金属涂层示意图。
图3为实施例1所获得的Al基含能活性金属药型罩照片和微观组织的扫描电子显微镜照片。
图4为实施例2所获得的Al基含能活性金属药型罩照片和微观组织的扫描电子显微镜照片。
图5为实施例3所获得的Al基含能活性金属药型罩的微观组织的扫描电子显微镜照片。
图6为实施例4所获得的Al基含能活性金属药型罩的微观组织的扫描电子显微镜照片。
图7为实施例5所获得的Al基含能活性金属药型罩照片和微观组织的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，需要说明的是，这些实施例是本发明较优的例子，用于本领域的技术人员理解本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
以下实施例中，所用反应组分粉末经过混合后，置于真空干燥箱内在105℃条件下烘干2h后待用。为了清除仿形基体表面的油污和污染物，仿形基体均在30℃的分析纯丙酮试剂中超声清洗10min后，经105℃烘干后使用。
实施例1
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤如下：
1)将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；
所述Al基活性粉末是粒度为10μm～45μm的球形Al粉，所述金属粉末是粒度为10μm～38μm的近球形Ni粉，将Al粉和Ni粉机械混合均匀，以所述活性金属混合粉末的总质量为100％计，Al粉的质量分数为7％。
2)采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层，其中，由内向外依次为仿形基体、尺寸余量和Al基含能活性金属涂层；
所述药型罩形状为球缺形，所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小300μm；所述仿形基体的材料为Al；
冷喷涂的工作和送粉气体采用工业纯N2，沉积参数为：气体压力1.2MPa，气体温度为300℃，送粉速率为15g/min，喷嘴出口距离仿形基体外表面10mm，喷嘴轴线与仿形基体外表面夹角为90°，通过调整喷枪的移动速度与仿形基体的旋转速度，使喷枪沿仿基形体外表面切线方向的相对移动速度为30mm/s；单遍沉积厚度为1.8mm，共沉积2遍，沉积过程中采用红外测温仪监测仿形基体表面温度<150℃。
3)沉积完成后，首先将沉积的Al基含能活性金属涂层外表面车削至药型罩外形尺寸，然后采用车削加工去除仿形基体，并将内表面加工至药型罩内壁尺寸；车刀的进刀速度为1mm/s，单道进刀深度为0.1mm，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
本实施例制备的Al基含能活性金属药型罩和微观组织如图3所示。利用扫描电子显微组织照片，采用图像分析方法统计所述药型罩材料的气孔率<0.2％，Ni组分的体积分数为15％；采用XRD分析所述药型罩中的相组成，未发现Ni和Al粒子间的反应生成相，表明在采用冷喷涂进行药型罩的低温沉积过程中，各活性组分之间未发生反应，活性材料的含能特性得到完整保留；所述药型罩材料的静态压缩性能依据GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行测试；动态压缩性能采用分离式霍普金森压杆测试***进行测试，测试采用尺寸为Φ5×5药型罩材料作为试样，测试应变速率3000s-1。测试结果显示所述药型罩材料的静态压缩屈服强度为220MPa，动态压缩屈服强度为260MPa，表现出良好的结构力学性能；对所述药型罩在炸高为3倍罩径条件下进行50mm铝靶的静爆侵彻性能测试，结果显示所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸的铜药型罩提高90％，且侵彻孔形状规则，无杵堵现象。
实施例2
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤如下：
1)将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；
所述Al基活性粉末是粒度为10μm～45μm的球形Al粉，所述金属粉末是粒度为5μm～12μm的近球形Ni粉，将Al粉和Ni粉机械混合均匀，以所述活性金属混合粉末的总质量为100％计，Al粉的质量分数为40％。
2)采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层，如图2所示，其中，由内向外依次为仿形基体、尺寸余量和Al基含能活性金属涂层；
所述药型罩形状为圆锥形，所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小500μm；所述仿形基体的材料为Cu；
冷喷涂的工作和送粉气体采用工业纯He，沉积参数为：气体压力0.48MPa，气体温度为150℃，送粉速率为10g/min；喷嘴出口距离仿形基体外表面20mm，喷嘴轴线与仿形基体外表面夹角为90°，通过调整喷枪的移动速度与仿形基体的旋转速度，使喷枪沿仿基形体外表面切线方向的相对移动速度为80mm/s，如图1所示；单遍沉积厚度为0.4mm，共沉积8遍，沉积过程中采用红外测温仪监测仿形基体表面温度<100℃。
3)沉积完成后，首先将沉积的Al基含能活性金属涂层外表面车削至药型罩外形尺寸，然后采用车削加工去除仿形基体，并将内表面加工至药型罩内壁尺寸；车刀的进刀速度为0.5mm/s，单道进刀深度为0.1mm，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
本实施例制备的Al基含能活性金属药型罩和微观组织如图4所示。利用扫描电子显微组织照片，采用图像分析方法统计所述药型罩的材料气孔率<0.2％，Ni组分的体积分数为36％；采用XRD分析所述药型罩中的相组成，未发现Ni和Al粒子间的反应生成相，表明在采用冷喷涂进行所述药型罩的低温沉积过程中，各活性组分之间未发生反应，活性材料的含能特性得到完整保留；对所述药型罩材料的静态压缩性能依据GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行测试；动态压缩性能采用分离式霍普金森压杆测试***进行测试，测试采用尺寸为Φ5×5的药型罩材料作为试样，测试应变速率3000s-1。测试结果显示所述药型罩材料的静态压缩屈服强度为300MPa，动态压缩屈服强度为320MPa，表现出良好的结构力学性能；对所述药型罩在炸高为3倍罩径条件下进行50mm铝靶的静爆侵彻性能测试，结果显示采用所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸铜药型罩提高90％，且侵彻孔形状规则，无杵堵现象。
实施例3
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤如下：
1)将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；
所述Al基活性粉末是粒度为10μm～40μm的近球形2024Al合金粉，所述金属粉末是粒度为5μm～10μm的近球形Fe粉，将2024Al合金粉和Fe粉机械混合均匀，以所述活性金属混合粉末的总质量为100％计，2024Al合金粉的质量分数为20％。
,2)采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层，如图2所示，其中，由内向外依次为仿形基体、尺寸余量和Al基含能活性金属涂层；
所述药型罩形状为圆锥形，所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小300μm；所述仿形基体的材料为Al；
冷喷涂的工作和送粉气体采用工业纯He，沉积参数为：气体压力0.62MPa，气体温度为300℃，送粉速率为11.7g/min；喷嘴出口距离仿形基体外表面30mm，喷嘴轴线与仿形基体外表面夹角为70°，使喷枪沿仿基形体外表面切线方向的相对移动速度为150mm/s，如图1所示；单遍沉积厚度为0.5mm，共沉积7遍，沉积过程中采用红外测温仪监测仿形基体表面温度<120℃。
3)沉积完成后，首先将沉积的Al基含能活性金属涂层外表面车削至药型罩外形尺寸，然后采用车削加工去除仿形基体，并将内表面加工至药型罩内壁尺寸；车刀的进刀速度为1mm/s，单道进刀深度为0.1mm，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
本实施例制备的Al基含能活性金属药型罩的微观组织如图5所示。利用扫描电子显微组织照片，采用图像分析方法统计所述药型罩材料的气孔率<0.35％，Fe组分的体积分数为42％；采用XRD分析所述药型罩中的相组成，未发现Fe和2024Al合金粒子间的反应生成相，表明在采用冷喷涂进行所述药型罩的低温沉积过程中，各活性组分之间未发生反应，活性材料的含能特性得到完整保留；对所述药型罩材料的静态压缩性能依据GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行测试；动态压缩性能采用分离式霍普金森压杆测试***进行测试，测试采用尺寸为Φ5×5的所述药型罩材料作为试样，测试应变速率3000s-1。测试结果显示所述药型罩材料的静态压缩屈服强度为310MPa，动态压缩屈服强度为330MPa，表现出良好的结构力学性能；对所述药型罩在炸高为3倍罩径条件下进行50mm铝靶的静爆侵彻性能测试，结果显示采用所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸铜药型罩提高70％，且侵彻孔形状规则，无杵堵现象。
实施例4
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤如下：
1)将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；
所述Al基活性粉末是粒度为10μm～45μm的近球形2024Al合金粉，所述金属粉末是粒度为10μm～38μm的近球形Fe粉，将2024Al合金粉和Fe粉机械混合均匀，以所述活性金属混合粉末的总质量为100％计，2024Al合金粉的质量分数为10％。
2)采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层，如图2所示，其中，由内向外依次为仿形基体、尺寸余量和Al基含能活性金属涂层；
所述药型罩形状为圆锥形，所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小500μm；所述仿形基体的材料为Al；
冷喷涂的工作和送粉气体采用工业纯He，沉积参数为：气体压力1MPa，气体温度为200℃，送粉速率为15g/min，喷嘴出口距离仿形基体外表面40mm，喷嘴轴线与仿形基体外表面夹角为90°，通过调整喷枪的移动速度与仿形基体的旋转速度，使喷枪沿仿基形体外表面切线方向的相对移动速度为80mm/s，如图1所示；单遍沉积厚度为0.6mm，共沉积5遍，沉积过程中采用红外测温仪监测仿形基体表面温度<80℃。
3)沉积完成后，首先将沉积的Al基含能活性金属涂层外表面车削至药型罩外形尺寸，然后采用车削加工去除仿形基体，并将内表面加工至药型罩内壁尺寸；车刀的进刀速度为0.2mm/s，单道进刀深度为0.1mm，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
本实施例制备的Al基含能活性金属药型罩的微观组织如图6所示。利用扫描电子显微组织照片，采用图像分析方法统计所述药型罩材料的气孔率<0.1％，Fe组分的体积分数为18％；采用XRD分析所述药型罩中的相组成，未发现Fe和2024Al合金粒子间的反应生成相，表明在采用冷喷涂进行所述药型罩的低温沉积过程中，各活性组分之间未发生反应，活性材料的含能特性得到完整保留；对所述药型罩材料的静态压缩性能依据GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行测试；动态压缩性能采用分离式霍普金森压杆测试***进行测试，测试采用尺寸为Φ5×5的所述药型罩材料作为试样，测试应变速率3000s-1。测试结果显示所述药型罩材料的静态压缩屈服强度为260MPa，动态压缩屈服强度为280MPa，表现出良好的结构力学性能；对所述药型罩在炸高为3倍罩径条件下进行50mm铝靶的静爆侵彻性能测试，结果显示采用所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸铜药型罩提高40％，且侵彻孔形状规则，无杵堵现象。
实施例5
一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤如下：
1)将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；
所述Al基活性粉末是粒度为10μm～45μm的近球形2024Al合金粉，所述金属粉末是粒度为10μm～38μm的近球形Ni粉和粒度为5μm～12μm的近球形W粉，将2024Al合金粉、Ni粉和W粉机械混合均匀，以所述活性金属混合粉末的总质量为100％计，2024Al合金粉质量分数为20％，Ni粉质量分数为17％，W粉质量分数为63％。
2)采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层，其中，由内向外依次为仿形基体、尺寸余量和Al基含能活性金属涂层；
所述药型罩形状如图7所示，所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小400μm；所述仿形基体的材料为Al；
冷喷涂的工作和送粉气体采用工业纯He，沉积参数为：气体压力0.62MPa，气体温度为300℃，送粉速率为25g/min，喷嘴出口距离仿形基体外表面15mm，喷嘴轴线与仿形基体外表面夹角为90°，通过调整喷枪的移动速度与仿形基体的旋转速度，使喷枪沿仿基形体外表面切线方向的相对移动速度为80mm/s；单遍沉积厚度为0.6mm，共沉积9遍，沉积过程中采用红外测温仪监测仿形基体表面温度<150℃。
3)沉积完成后，首先将沉积的Al基含能活性金属涂层外表面车削至药型罩外形尺寸，然后采用车削加工去除仿形基体，并将内表面加工至药型罩内壁尺寸；车刀的进刀速度为0.5mm/s，单道进刀深度为0.3mm，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。
本实施例制备的Al基含能活性金属药型罩和微观组织如图7所示。利用扫描电子显微组织照片，其中Ni、W组分粒子均匀弥散分布于2024Al合金基体相中；采用图像分析方法统计所述药型罩材料的气孔率<0.1％，Ni组分的体积分数为18％，W组分的体积分数为15％；采用XRD分析所述药型罩中的相组成，未发现Ni/W、Ni/2024Al和W/2024Al组分间的反应生成相，表明在采用冷喷涂进行所述药型罩的低温沉积过程中，各组分之间未发生反应，活性材料的含能特性得到完整保留，且W组粉的均匀分布增加了活性材料的密度；对所述药型罩材料的静态压缩性能依据GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行测试；动态压缩性能采用分离式霍普金森压杆测试***进行测试，测试采用尺寸Φ5×5的所述药型罩材料作为试样，测试应变速率3000s-1。测试结果显示所述药型罩材料的静态压缩屈服强度为300MPa，动态压缩屈服强度为318MPa，表现出良好的结构力学性能；对所述药型罩在炸高为3倍罩径条件下进行50mm铝靶的静爆侵彻性能测试，结果显示采用所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸铜药型罩提高1.2倍，且侵彻孔形状规则，无杵堵现象；在炸高为2.5倍罩径条件下进行600mm混凝土靶的静爆侵彻性能测试，结果显示所述药型罩的破孔直径比同结构、同尺寸铜药型罩提高2倍，最大侵彻孔径达到了0.8倍罩径，侵彻深度超过8.3倍罩径，同时实现了混凝土靶板径向的放射性开裂，侵彻孔形状规则，无杵堵现象。

Claims (10)

1.一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：所述方法步骤为：
首先将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；然后采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层；最后通过机械加工方法去除仿形基体，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩；
所述Al基活性粉末为Al或Al合金粉末，所述金属粉末为Ni、Ni合金、Fe、Fe合金、W和W合金中的一种以上，以所述活性金属混合粉末总质量为100％计，Al或Al合金的质量分数为7％～60％；
所述Al或Al合金粉末粒径为5μm～50μm，粉末形状为球形或近球形；所述Ni、Ni合金、Fe、Fe合金、W和W合金粉末粒度为5μm～45μm，粉末形状为近球形或不规则形状；
所述仿形基体与所设计药型罩的形状相同，其外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小300μm～500μm；
所述药型罩形状为圆锥形、球缺形或双锥形；
所述冷喷涂的工作和送粉气体分别独立为氮气或氦气，气体压力为0.48MPa～1.2MPa，气体温度为100℃～300℃，送粉速率为7g/min～25g/min，喷嘴出口距离仿形基体表面10mm～40mm，喷嘴轴线与仿形基体表面夹角为70°～90°，喷嘴与仿形基体外表面切线方向的相对移动速度为30mm/s～150mm/s，单遍沉积厚度为0.4mm～2mm。
2.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：Al或Al合金的质量分数为40％。
3.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：Al或Al合金粉末粒度为10μm～45μm，形状为球形；Ni粉为近球形，粒度为10μm～38μm；Fe粉为近球形，粒度为10μm～38μm；W粉形状为近球形，粒度为5μm～12μm。
4.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：所述混合为机械混合。
5.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：外表面尺寸比所设计药型罩内表面尺寸小300μm。
6.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：所述仿形基体的材料为Al、钢或Cu。
7.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：所述仿形基体的材料为Al。
8.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：所述仿形基体外表面的清理采用化学纯的丙酮试剂进行超声清洗，以去除仿形件外表面的油污及污染物，清洗温度为30℃，清洗时间不低于10min，超声清洗后在105℃烘干30min。
9.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：冷喷涂的工作气体为氦气，工作气体压力为0.62MPa，工作气体温度为150℃，送粉速率为11g/min，喷嘴出口距离仿形基体表面15mm；喷嘴轴线与仿形基体表面夹角为90°，喷嘴与仿形基体外表面切向的相对移动速度为80mm/s，单遍沉积厚度为0.8mm。
10.根据权利要求1所述的一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，其特征在于：机械加工方法为车削加工；所述药型罩车削加工次序为：先加工外表面至药型罩设计尺寸，然后去除仿形基体，并将药型罩内表面的尺寸加工至最终尺寸；车刀的进刀速度为0.1mm/s～1mm/s，单道进刀深度为0.1mm～0.3mm。
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