本發(fā)明屬于裝甲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的組合方式和制造方法。

背景技術(shù)：

武器裝備的靈動性很大程度上決定其在戰(zhàn)場上的快速反應(yīng)能力，防彈裝甲板主要用于軍用車輛裝甲、武裝直升機裝甲和人體裝甲等。傳統(tǒng)裝甲板以高強鋼板為主，然而存在一個的問題是這種鋼板裝甲板單位面積重量大，使得裝備笨重不靈活。因此，目前世界各國都投入大量的人力、物理用于研究輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及與之配套的先進制造技術(shù)，以減輕裝備質(zhì)量，提高裝甲車的機動行和靈活性，并且提高強度，提高武器裝備以及人員戰(zhàn)場生存和作戰(zhàn)能力。鎂合金具有密度低，低強度、比剛度、疲勞強度高，阻尼減震，電磁屏蔽性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點，是實現(xiàn)裝備輕量化的理想材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板及其制造方法，以獲得防彈性能好、重量較輕的雙層或多層復(fù)合裝甲板。

為實現(xiàn)上述實用目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板，該復(fù)合裝甲板由作為主體的鎂合金板和作為輔助的鋼板和/或熱塑性樹脂材料板疊加組合而成。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板，鎂合金采用az80、zk60或zc65的改性合金，熱塑性樹脂材料板選用pe板，鋼板選用傳統(tǒng)裝甲鋼板。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板，該復(fù)合裝甲板按鋼/鎂合金、鎂合金/鋼、鋼/鎂合金/樹脂材料、鎂合金/樹脂材料/鋼或鋼/鎂合金/鋼相間疊層復(fù)合。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板，“鋼/鎂合金”組合中鋼板/鎂合金板的厚度比例為1/(6.7～7.5)，且總厚度為27～38mm；“鎂合金/鋼”組合中鎂合金板/鋼板的厚度比例為6.7/1，總厚度為34.5～38mm；“鋼/鎂合金/pe”組合中鋼板/鎂合金板/pe板的厚度比例為1/(4.4～6.7)/2.2，總厚度為34.5～47mm；“鎂合金/pe/鋼”組合中鎂合金板/pe板/鋼板的厚度比例為(6.7～7.5)/2.2/1，總厚度為44.5～47mm；“鋼/鎂合金/鋼”組合中鋼板/鎂合金板/鋼板的厚度比例為1/3.75/1，總厚度為46mm。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板，az80鎂合金中添加1.5～3.0wt％的稀土元素ce和nd混合，zk60鎂合金中添加1～2wt％的稀土元素y，zc65鎂合金中添加0.4～1wt％的稀土元素y。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的制造方法，鎂合金板的制備方法包括：電磁半連續(xù)化鑄造、均勻化處理、表面車皮處理、擠壓、時效熱處理，具體如下：

(1)電磁半連續(xù)化鑄造

精煉溫度為720～730℃，精煉時間為30～45min；在澆注的過程中，添加外部磁場，電磁頻率為20～30hz，電流為120～170a；

(2)均勻化處理

采用雙級均勻化處理，第一級溫度420～440℃，保溫6～8h；第二級溫度為520～540℃，保溫15～18h；

(3)表面車皮處理

將均勻化處理后的圓錠車去表面的氧化皮；

(4)擠壓

采用無死區(qū)寬展擠壓，擠壓模具進口為帶角度楔形進口，在擠壓的過程中進行三次變截面，采用多平臺擠壓；擠壓時擠壓溫度為300～350℃，擠壓速度為0.5～1.0mm/s；

(5)時效熱處理

采用雙級時效處理，第一級溫度300～350℃，保溫6～8h；第二級溫度為180～210℃，保溫18～20h。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的制造方法，該復(fù)合裝甲板的組裝方式采用鉚釘固定、粘接固定或螺釘固定。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的制造方法，采用鉚釘固定時，在鎂合金板、鋼板和/或熱塑性樹脂材料板的各個面涂上有機硅耐高溫漆，將各個板疊放整齊后用鉚釘連接，鉚釘與板材之間的縫隙，采用按環(huán)氧樹脂和脂肪胺固化劑1:1的重量比例配制的填充劑進行填充。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的制造方法，采用粘接固定時，粘接劑為聚氨脂粘結(jié)劑，并添加占粘接劑總量3wt％～5wt％的cn-7固化劑，將混合好的粘結(jié)劑涂在相鄰板面之間逐一粘結(jié)，待其固化1～2個小時后，清除多余的粘結(jié)劑。

所述的高強輕質(zhì)復(fù)合裝甲板的制造方法，采用螺釘固定時，在鎂合金板、鋼板和/或熱塑性樹脂材料板的各個面涂上有機硅耐高溫漆，將各個板疊放整齊后用螺釘連接，螺釘與板材之間的縫隙，采用按環(huán)氧樹脂和脂肪胺固化劑1:1的重量比例配制的填充劑進行填充。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1、本發(fā)明將鎂合金板與鋼板和低密度的高韌性樹脂材料按不同的厚度和順序方式組合，不僅可以滿足高的防彈性能要求和制造要求，同時可以實現(xiàn)裝甲板的輕量化，有效解決裝備笨重不靈活的問題。

2、采用本發(fā)明的制備工藝，制備出的性能優(yōu)良的鎂合金板，與鋼板和pe板組合成一種新型高強輕質(zhì)的裝甲板，對比同種防彈標(biāo)準(zhǔn)的防彈鋼板，可以減重7％～16％，滿足防彈裝甲板輕量化和高防彈性能的要求。

附圖說明

圖1為新型高強輕質(zhì)裝甲板的五種組合方式；其中，(a)鋼/鎂合金；(b)鎂合金/鋼；(c)鋼/鎂合金/樹脂材料；(d)鎂合金/樹脂材料/鋼；(e)鋼/鎂合金/鋼(均為按從左至右的組合順序)。

圖2為無死區(qū)寬展擠壓模具示意圖。圖中，各個標(biāo)號的名稱分別為：1擠壓筒；2進口；3墊模；4出口；5擠壓通道。

圖3為擠壓板表層的金相組織；其中，(a)邊部位置(b)中部位置。

圖4為雙級時效熱處理后表層的金相組織；其中，(a)邊部位置(b)中部位置。

具體實施方式

在具體實施過程中，本發(fā)明選用鎂合金板、鋼板和熱塑性樹脂材料，共三種材料。該鎂合金板可采用az80、zk60或zc65的改性合金。將這三種材料按不同厚度和不同位置順序進行疊層復(fù)合，其中主體為鎂合金板，另外兩種為輔助板。

如圖1所示，這種新型高強輕質(zhì)裝甲板的改進之處在于，按鋼/鎂合金、鎂合金/鋼、鋼/鎂合金/樹脂材料、鎂合金/樹脂材料/鋼和鋼/鎂合金/鋼相間疊層復(fù)合。其中，前四種組合主要針對抵抗7.62mm穿甲彈而設(shè)計，最后一種組合針對抵抗12.7mm穿甲彈而設(shè)計。本發(fā)明鋼板采用一種傳統(tǒng)的裝甲鋼板，熱塑性樹脂材料采用pe板。圖1(a)為“鋼/鎂合金”組合模型，其中鋼板/鎂合金板的厚度比例為1/(6.7～7.5)，總厚度為27～38mm；圖1(b)為“鎂合金/鋼”組合模型，其中鎂合金板/鋼板的厚度比例為6.7/1，總厚度為34.5～38mm；圖1(c)為“鋼/鎂合金/pe”組合模型，其中鋼板/鎂合金板/pe板的厚度比例為1/(4.4～6.7)/2.2，總厚度為34.5～47mm；圖1(d)為“鎂合金/pe/鋼”組合模型，其中鎂合金板/pe板/鋼板的厚度比例為(6.7～7.5)/2.2/1，總厚度為44.5～47mm；圖1(e)為“鋼/鎂合金/鋼”組合模型，其中鋼板/鎂合金板/鋼板的厚度比例為1/3.75/1，總厚度為46mm。這種裝甲板相對傳統(tǒng)高強防彈鋼板，在同種防彈標(biāo)準(zhǔn)下，單位面積重量大大降低。

上述新型高強輕型裝甲板的制備工藝，按以下步驟進行：

(1)電磁半連續(xù)鑄造。首先進行合金成分設(shè)計，在傳統(tǒng)鎂合金的基礎(chǔ)上添加幾種微量的稀土元素，如：la、nd和ce，az80鎂合金中添加3wt％的稀土元素ce和nd混合，zk60鎂合金中添加1.5wt％y，zc65鎂合金中添加0.5wt％y。在熔煉爐中進行熔煉，采用結(jié)晶器電磁系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，控制冷卻水流量，并開啟電磁系統(tǒng)，直到澆注完成。

(2)均勻化處理。將熔煉好的鎂合金鑄錠鋸切呈合適的長度，放入熱處理爐中進行均勻化處理，采用雙級均勻化制度。

(3)表面車皮處理。將均勻化處理后的圓錠車去表面的氧化皮。

(4)擠壓。如圖2所示，采用無死區(qū)寬展擠壓，設(shè)計并制備出無死區(qū)擠壓模具，該模具包括擠壓筒1、進口2、墊模3和出口4，相對設(shè)置的擠壓筒1和墊模3之間牢固連接，擠壓筒1中開設(shè)相互連通的進口2和擠壓通道5，墊模3中開設(shè)出口4，進口2為帶角度的楔形進口，擠壓通道5采用三次變截面結(jié)構(gòu)(沿進口2至出口4方向，擠壓通道5的截面尺寸為：前兩次變小，第三次為帶角度的楔形變大，所述截面為矩形)，出口4截面為矩形，進口2通過擠壓通道5與出口4連通。由于鑄錠的直徑小于擠壓模具出口的長度，會向?qū)挾确较虻膬蛇呁卣梗纬砂宀摹?/p>

(5)時效熱處理。將擠壓出的板材，放入熱處理爐，進行時效處理，采用三級時效熱處理制度。

(6)將所選用的鋼板、pe板和制備好的鎂合金板固定在一起。

以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，此處所描述的的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1：采用6.5mm鋼板/20mm的az80改性鎂合金板的順序疊加組合，這種合金裝甲板厚度為26.5mm。

實施例2：采用4.5mm鋼板/30mm的az80改性鎂合金板的順序疊加組合，這種合金裝甲板厚度為34.5mm。

實施例3：采用4.5mm鋼板/20mm的az80改性鎂合金板/10mmpe板的順序疊加組合，這種合金裝甲板厚度為34.5mm。

實施例4：采用30mm的az80改性鎂合金板/4.5mm鋼板的順序疊加組合，這種合金裝甲板厚度為34.5mm。

上述實施例1～4所述的改性az80鎂合金的制備工藝，包括一下步驟：

(1)電磁半連續(xù)鑄造。首先進行合金成分設(shè)計，在傳統(tǒng)az80鎂合金的基礎(chǔ)上添加三種微量的稀土元素。在az80鎂合金中添加稀土元素，可以減少偏析現(xiàn)象，同時可以保護和凈化熔體，細化晶粒，添加多種微量的稀土元素能大大降低合金的成本。在熔煉爐中進行熔煉，待到達精煉溫度720～730℃后，開始精煉，通入n2進行氣體攪拌，同時添加鎂合金熔煉用的rj5熔劑，精煉30～45min后靜置20～25min，到達澆注溫度680～730℃后開始澆注，采用結(jié)晶器冷卻系統(tǒng)，控制冷卻水流量，并開啟電磁系統(tǒng)，電磁頻率為20～30hz，電流為120～160a，控制澆注速度，直到澆注完成。

(2)均勻化處理。將熔煉好的鎂合金鑄錠鋸切呈合適的長度，放入熱處理爐中進行均勻化處理。均勻化過程為雙級均勻化，第一級溫度420～440℃，保溫6～8h；第二級溫度為520～540℃，保溫15～18h。對比傳統(tǒng)單級均勻化熱處理，經(jīng)過雙級均勻化熱處理，元素分布更加均勻，含稀土的化合物明顯殘留在晶界處，且室溫變形抗力提高。

(3)表面車皮處理。將均勻化處理后的鎂合金圓錠車去表面的氧化皮。

(4)擠壓。采用無死區(qū)寬展擠壓，圖2為擠壓模具，鑄錠直徑為280mm，擠壓出口4的矩形截面尺寸為300×30mm和300×20mm，鑄錠的直徑要小于擠壓出口4的長度，在擠壓過程中，會向長度方向上形成寬展。此外，擠壓模具進口2為帶角度楔形進口，可以減少擠壓死區(qū)。并且，采用多平臺擠壓，在擠壓的過程中進行三次變截面，得到性能更優(yōu)的擠壓板材。具體過程為，將鎂合金錠坯和模具分別加熱到350℃和380℃，保溫30分鐘，使用4000t擠壓機進行熱擠壓變形，擠壓速度為1m/s。

(5)時效熱處理。對擠出的鎂合金板材采用雙級時效處理。第一級溫度300～350℃，保溫6～8h；第二級溫度為180～210℃，保溫18～20h。采用雙級時效熱處理，可以減少擠壓組織和性能的不均勻性。圖3為擠壓板的邊部和中部的表層的金相組織，其中圖(a)為邊部位置，圖(b)為中部位置，很明顯可以看出邊部與中部組織存在不均勻性，邊部的晶粒比中部的細小。圖4為經(jīng)過雙級時效熱處理后擠壓板的邊部和中部表層位置的金相組織，其中圖(a)為邊部位置，圖(b)為中部位置，可以看出經(jīng)過熱處理，擠壓組織的不均勻性得到很大的改善。表1為熱處理前后的力學(xué)性能對比，可以看出擠壓板材的中部的抗拉強度和伸長率要高于邊部的，而經(jīng)過雙級時效熱處理后不均勻性基本消除。

表1擠壓態(tài)和熱處理態(tài)的力學(xué)性能

上述實施例1～4所述裝甲板的固定方式本發(fā)明共提供三種方式：

(1)鉚釘固定

在鉆床上將組合裝甲板在四個角的位置鉆四個孔后，在鎂合金板、鋼板和/或熱塑性樹脂材料板的各個面涂上有機硅耐高溫漆。將組合裝甲板疊放整齊后，使用半圓頭或平錐頭鉚釘，并將鉚釘?shù)拈L釘放在底座上，平頭在下，長釘朝上，將裝甲板套在長釘上。按1:1的重量比例將環(huán)氧樹脂和脂肪胺固化劑進行混合，然后在長釘與板之間的間隙內(nèi)用填充環(huán)氧樹脂-脂肪胺混合物，待混合物完全固化后，去除多余的填充物。在長釘上安裝短帽，用鉚釘模具對準(zhǔn)短帽，用錘子敲打模具，將短帽壓平。

(2)粘接

使用聚氨脂粘結(jié)劑，并添加占聚氨脂粘接劑總量3wt％～5wt％的cn-7固化劑，將混合好的粘結(jié)劑涂在板面上逐一粘結(jié)，待其固化1～2個小時后，清除板上多余的粘結(jié)劑。

(3)螺釘固定

選擇304外六角螺釘，進行裝甲板組裝。在鉆床上將組合裝甲板在四個角的位置鉆四個孔，孔的直徑大于螺桿直徑2mm，在鎂合金板、鋼板和/或熱塑性樹脂材料板的各個面涂上有機硅耐高溫漆。將組合裝甲板疊放整齊后，將螺釘?shù)姆旁诘鬃希筋^在下，長釘朝上，將裝甲板套在長釘上。按1:1的重量比例將環(huán)氧樹脂和脂肪胺固化劑進行混合，然后在螺釘與板之間的間隙內(nèi)用填充環(huán)氧樹脂-脂肪胺混合物，待混合物完全固化后，去除多余的填充物，在螺釘上安裝墊圈和螺帽。

記實施例1中的裝甲板組合為組合a，記實施例2中的裝甲板組合為組合b，記實施例3中裝甲板組合為組合c，記實施例4中裝甲板組合為組合d。通過表2的數(shù)據(jù)展示，充分說明經(jīng)本發(fā)明制備的防彈裝甲板具備低密度和高效防彈的效果。在北約2級標(biāo)準(zhǔn)下，鋼板最低厚度為12.2mm。本發(fā)明的裝甲板最低厚度為24.5mm，對比鋼鐵裝甲板來說，厚度增加一倍，但單位面積重量可減少16％。

表2本發(fā)明中鎂合金裝甲板的防彈效果和減重效果對比

注：

(1)北約2級標(biāo)準(zhǔn)為子彈口徑為7.62mm的穿甲彈，射擊距離為30m，標(biāo)準(zhǔn)速度為695±20m/s，鋼板建議的最小厚度為12.2mm。

(2)本發(fā)明所選用的高強防彈鋼板在北約2級的標(biāo)準(zhǔn)下，防彈最小厚度為12.2mm。

實施例結(jié)果表明，當(dāng)高速彈丸撞擊這種裝甲板時，因撞擊產(chǎn)生的高溫可以被鎂合金板迅速的傳導(dǎo)出去。同時，彈丸的能量很大程度上被鎂合金板所吸收。采用鎂合金板作為主體，鋼板和pe板作為輔助，可以減少傳統(tǒng)裝甲板的重量，有效抵抗彈體沖擊，優(yōu)化傳統(tǒng)鋼鐵裝甲，實現(xiàn)裝甲車輕量化。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，縮作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。