低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体及其制备方法

摘要

本发明为一种新型低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳以及置于反应装甲外壳内的反应装甲药室壳体，其材质是由70-97重量份的铁粉、2-30重量份的铜粉和0.3-1重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。其制备方法是采用粉末冶金方法，经混粉、压制成型、烧结、整形、含油、清洗、表面处理、焊接等工艺制成。采用本方法制成的反应装甲壳体在反应装甲作用后破片附带损伤效应较低，同时具有强度高、成本低，外形可控和可批量生产等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及装甲车辆的装甲防护领域，具体是一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体及其制备方法。

背景技术

反应装甲，又称为爆炸反应装甲，由于其具有防护效益高、重量轻、装卸方便、成本低等优点而广泛应用于现代装甲车辆的防护。传统的爆炸反应装甲结构为两层对称或非对称的均质钢板中间夹层炸药组成的“三明治”结构，即由面板和背板夹层炸药组成。当来袭射流高速撞击具有一定倾角的反应装甲时，会引爆中间炸药层，均质钢板在高压、高速爆轰产物作用下，沿其法线方向高速运动，对射流形成连续或断续切割，使射流受到严重干扰，从而降低射流对主装甲的侵彻能力。

现有车辆披挂的反应装甲壳体大都采用轧制钢板制成，爆炸后产生大量的质量较大的破片，衰减速度较慢。有可能对己方人员和车辆造成不可避免的损伤，因此研究人员积极寻找新的材料来替代传统的钢板。Kaufmamnn对低密度包覆板材料进行了试验研究，包括铝、陶瓷、玻璃钢等材料，研究发现低密度材料具有和均质钢一样的防护效能，且附带损伤明显降低。Hazell通过X光测试，研究了陶瓷和硼硅玻璃等作为包覆板材料与射流的作用，研究结果发现脆性包覆板在爆炸产物作用下很快会变成碎末，可有效降低对周围环境的损伤。辛培训等人试验研究了非金属玻璃钢纤维材料，发现其具有较好的防弹效果。陶瓷和玻璃钢材料由于自身物理力学性能和经济成本的影响，例如陶瓷具有较高的硬度，但是抗拉强度较低，在外界作用下易破碎，另外经济成本较高，其应用范围受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体以及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳以及置于反应装甲外壳内的反应装甲药室壳体，其整体是由70-97重量份的铁粉、2-30重量份的铜粉和0.3-1重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。即以铁粉为主体，外加铜（铜合金）粉和石墨组成，其中铁粉作为骨架材料，强度高，成本较低；铜粉作为粘结相可使制品强度提高，但是在烧结时压坯的体积发生胀大，容易在成制品尺寸的不稳定，因此需要添加石墨粉来防止体积胀大。进一步的，为了降低烧结温度，铜粉也能用铜合金粉末材料代替，例如青铜、黄铜等。

本发明低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体是按照下述制备工艺进行制造的：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌（机油或硬脂酸锌的质量占混合粉末整体质量的千分之三左右），倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在900-1180℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为80-100℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为80-100℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

本发明采用粉末冶金方法，经混粉、压制成型、烧结、整形、含油、清洗、表面处理、焊接等8道工艺制成。采用本方法制成的反应装甲壳体在反应装甲作用后产生粉碎性的破片，防护性能不低于等效厚度相同的均质钢板，同时具有强度高、成本低，外形可控和可批量生产等优点。

按本发明方法制造的反应装甲壳体，其密度可达到6.8-7.5g/cm³，属于多孔材料，抗拉强度可达350Mpa，可满足反应装甲的勤务处理。在爆轰波驱动下，短距离内即可破碎成尺寸细小的破片，运动速度急剧衰减，对周围环境的附带损伤较小。应用时粉末冶金药室壳体和反应装甲外壳可组合使用，也可以作为部件用于其它反应装甲产品。

本发明的优点是，所用粉末材料为常见材料，成本较低，制成的铁基合金具有较高的抗拉强度和硬度，制造过程中采用模具压制，工序简单可控，可以通过焊接等手段制成形状较复杂的外壳，便于连续化生产。在爆炸之后短距离内会碎裂成粉末，不会产生大的破片，附带损伤效应较低。本发明用破甲射流引爆，测试结果表明距离药室1m处已完全破碎成细小颗粒。

附图说明

图1为本发明低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体中的反应装甲外壳的结构示意图。

图2为本发明低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体中的反应装甲药室壳体的结构示意图。

图中：1-反应装甲外壳、2-反应装甲药室壳体。

具体实施方式

实施例1（每份为1kg）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由90重量份的铁粉、10重量份的铜粉和1重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在1030℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为100℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为95℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

实施例2（每份为10kg）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由75重量份的铁粉、15重量份的铜粉和0.5重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在900℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为85℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为100℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

实施例3（每份为500g）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由97重量份的铁粉、25重量份的铜粉和0.8重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在1140℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为80℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为90℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

实施例4（每份为5kg）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由85重量份的铁粉、2重量份的铜粉和0.3重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在970℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为95℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为85℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

实施例5（每份为100g）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由70重量份的铁粉、30重量份的铜粉和0.6重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在1180℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为90℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为80℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。

实施例6（每份为50kg）

一种低附带损伤的铁基合金反应装甲壳体，包括反应装甲外壳1以及置于反应装甲外壳1内的反应装甲药室壳体2，其是由80重量份的铁粉、20重量份的铜粉和0.9重量份的石墨粉经粉末冶金方法和后续加工处理工艺制成的。

具体的制备方法包括如下步骤：

1）混粉：按重量份数称取各原料粉末，外加少量机油或硬脂酸锌，倒入混料机混合至均匀；2）压制成型：将混合均匀的原料粉末装入模具压制成反应装甲壳体的板体；3）烧结：将板体装入烧结舟，烧结舟采用在甲醇裂解气保护气氛下进行烧结，高温区温度控制在1090℃，保温时间1h，随炉冷却，然后取出；4）整形：将烧结好的板体放入模具再次进行压制，使其平整；5）含油：将板体浸入防锈油中进行含油处理，保持油温为80℃，处理时间为30min；6）清洗：含油处理后，再将板体侵入浓度为7g/L的NaOH碱液中进行去油处理，碱液温度为90℃，处理时间为10min，最后取出板体并用流动冷水冲洗、晾干；7）表面处理：采用水蒸气处理方法对清洗好的板体表面进行封闭处理以进一步增强耐蚀性和耐磨性，具体是在高温炉内将板体加热到500℃并在水蒸气压力为500mm水柱下保持1h，接着停止加热使其自然冷却，当温度降至400℃时，停止水蒸气并通入N₂，当温度将至100℃时，停止通入N₂气，出炉，制得板体成品；8）最后将板体成品再焊接成装甲壳体即可。