CN102586654A - 面向轻装甲和基座应用的合金混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向轻装甲和基座应用的合金混凝土及制备方法。该合金混凝土的组成为：卵石骨料占20wt％～28wt％，铝基合金占72wt％～80wt％；其中的铝基合金为添加不超过1wt％的稀土钇和锌，并含有6.5wt％～9.5wt％镁的超高镁铝合金。镁与以SiO₂为主要成分的卵石或其碎块表面在高温下的原位反应，保证了金属材料与天然无机非金属材料界面润湿。采用熔盐覆盖-结壳法浇铸该合金混凝土，获得具有降低射入体穿透效果与减振降噪效果的轻装甲和机器基座的基础材料。该材料密度不超过2.7g/cm³，在10米距离用中国产五四手枪射击也很难一枪击穿该1厘米厚的合金混凝土。

Description

面向轻装甲和基座应用的合金混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金混凝土及其制备方法，特别是涉及移植混凝土构造原理用于设计铝基合金-天然卵石复合材料及其合成方法。

背景技术

以天然的鹅卵石、碎石、小石子或砂子为骨料，用人工烧制硅酸盐类水泥粉加水后，再混合骨料使其凝固所得到的固化物，这种坚硬的固化物被狭义的定义为混凝土，其对应的英文为concrete。

被称为人类最伟大发明之一的混凝土，其发明时间、国别、地点和人物颇有争议。能被普遍接受的两种学术观点认为：

在广义的混凝土概念范围内，混凝土是古代罗马人发明的。这一观点有非常多的考古证据支持，甚至获得语言学方面的支持，诸如：英文水泥一词的cement，其是由罗马的水泥单词caementa派生而来。

在狭义的混凝土概念范围内，混凝土的发明时间落在1824年之后，即英国人约瑟夫发明波特兰水泥(现代硅酸盐水泥)之后，现今使用的波特兰水泥(modern Portland cement)毕竟是现代意义上混凝土的关键原料，本发明合金混凝土中的混凝土概念基于此狭义概念(卢汝生，吴秋飞，混凝土-人类的伟大发明，中山大学学报论丛，2001年，21卷，1期，P296-299)。

用液态的铝合金液体代替现代硅酸盐水泥浆料，将一定量小卵石子或鹅卵石碎块凝固其中，获得的铝合金-天然卵石复合材料，为本发明中定义的合金混凝土的确切概念(alloy-concrete)。现有技术中不存在本发明确立的合金混凝土(alloy-concrete)概念。

显然，建立在狭义混凝土定义之上的本发明的合金混凝土概念，其中两个基本构成要件仍然为：天然物，诸如建筑业混凝土中鹅卵石、碎石、小石子或砂子等这些天然物或本发明中小卵石子或鹅卵石碎块；人工合成物，诸如建筑业混凝土中硅酸盐水泥以及本发明中的人工制造铝合金，二者共存。

在战争年代，人们经常用钢筋混凝土构筑防护碉堡和暗堡等。钢筋混凝土的这种用途相当于为战士们构筑了“不可移动的装甲”。而在和平年代，不管是建设兆瓦级的火力发电厂，还是安装千吨级以上的水压机，百吨以上的钢筋混凝土基座使用屡见不鲜。显然，厚重的钢筋混凝土砌块，对于防止射入体的射入或根据动量守恒原理来减少机器的振动强度都是有效的。

在和平年代，一台用于反恐的运兵车上，外壳需要装甲，内部通讯等设备或机器也同样需要一次隔振或二次隔振的基座，然而，人们在此类反恐车上，几乎见不到使用钢筋混凝土的痕迹。究其原因，尽管是多方面的，但至少含有：

由于碉堡的“不动性”和反恐的运兵车的“移动性”，该“不动性”和“移动性”产生对材料和构件截然相反的性能苛求的差异性，使得工程化会面临克服技术上的困难。诸如轻量化要求，构件焊接或连接问题以及钢筋混凝土因经常振动产生的裂纹等等问题。尤其是：反恐的运兵车颠簸振动的环境，因长期振动，现有水泥很难满足此种车的实际工况。

将钢筋混凝土中的水泥用金属或合金替代，由于金属韧性远远高于水泥，反恐的运兵车上水泥构件，因长期振动使得水泥材料裂纹或因水泥难焊接等工程化问题，随着这种要素替代，这些问题将迎刃而解。

1996年，美国专利商标局公开了美国海军军代表处(The UnitedStates of America as represented by the Secretary of the Navy)申请的题目为“压力铸造法获得氧化铝瓷砖增强铝合金装甲及其制备工艺”(Pressure cast alumina tile reinforced aluminum alloy armor and processfor producing the same)的USP 5,509,459号发明专利。该专利揭示：将氧化铝瓷砖用钢筋类金属穿起来，放到铸造型腔中，在压力铸造的压力下，将铝合金液体压入型腔，获得增强的装甲。审视该发明设计思路，显见：其用铝合金液体、铝瓷砖和特种金属丝分别代替了钢筋混凝土中的水泥、卵石和钢筋。这种要素替代的发明，至少解决了钢筋混凝土中的水泥无金属韧性的问题，这是该发明的优点之一。然而，该发明不足至少表现在：金属材料学界一直渴望，用合金替代水泥来制造合金混凝土的愿望没有实现。因为从该发明中显见，该发明由氧化铝瓷砖代替钢筋混凝土中卵石、砂子或碎石的骨料；而钢筋混凝土中卵石或砂子的主体化学成分为二氧化硅，而并非该发明中氧化铝。差别更大的是，钢筋混凝土中卵石或砂子为天然物，而该发明中瓷砖为人工合成物。

类似，已有技术中，一些以碳化硅代替钢筋混凝土中砂子或卵石，来制造碳化硅(SiC)-铝合金复合材料类装甲等。这种SiC等人工合成物与砂子或卵石天然无机物，在是否为天然物方面的主要差异存在，仍然没有满足金属材料学界一直渴望，用合金替代水泥来制造真正意义上的合金混凝土的愿望。

发明内容

本发明的目的在于：针对降低射入体穿透效果轻装甲基材和获得高界面阻尼减振降噪机器基座基材两类需求，提供一种合金混凝土及其制备方法。

一种用于轻装甲和基座的合金混凝土及制备方法设计原理：

移植混凝土设计原理到本发明合金混凝土的设计，在此过程中，“液态合金替换水泥”的差异性，既是过去金属材料同行制造合金混凝土过程中，首先遇到的技术壁垒；也是很多同行绕过这一技术壁垒，改用人工合成的碳化硅等容易实现合成的技术路线的主要原因；同样也是本发明首先遇到的技术壁垒，不攻克该回避不了的技术壁垒，本发明的合金混凝土也同样难以实现，据此，本发明将“液态合金替换水泥”的差异性确定为主攻点和设计的出发点。

(1)、合金混凝土中骨料“液态合金替换水泥”的差异性-卵石抗炸裂设计原理

自然界中的卵石主要成分为二氧化硅，含有一定锰、镁、铜等杂质使其染色。卵石在骤冷骤热环境中，由于自身构造和杂质成分不同，体膨胀系数不同等容易引发炸裂。不仅如此，卵石内部含有裂纹缺陷，甚至很小的微裂，也容易引发卵石的炸裂。更进一步说：即使在同样骤冷骤热环境中，不同粒径的卵石或卵石纹路不同等因素，炸裂比率也存在很大不同。

将卵石加入到670℃～780℃的高温铝合金液体中，以及此后含有卵石的合金液体冷却到室温的凝固过程中，如何防止卵石炸裂，本发明采用两种设计：

①预先骤冷设计：将欲使用的卵石先放到电阻炉中，升温到670℃～780℃，然后保温半小时，再将其移出炉外放到空气中自然冷却到室温。这一高温恒温和骤冷并用处理后，不管是内部含有裂纹缺陷的卵石，还是体膨胀系数不能满足降温需要的卵石，基本发生了炸裂，筛除这些已经炸裂的卵石，剩余没有炸裂的卵石，留下来备用即可。

这种设计，利用卵石炸裂内因引起的炸裂要素，外界迫使该炸裂的卵石发生炸裂。这种设计本质上是采用了“自然选择中适者生存”的原理。

图1给出这种“适者生存”选择后的积极效果。图1显示，当将所选小卵石放到电阻炉中，升温到750℃，然后保温半小时，再将其移出炉外放到空气中自然冷却到室温，用这种方法筛选，炸裂比例为：100颗卵石有约5颗发生了炸裂。

②防骤热设计：将欲使用的卵石先放到电阻炉中的铝合金融槽外，使其参与铝合金熔化，卵石和铝合金液体接近同温。卵石再加入到合金液体中，通过减少二者温差，有效防止卵石因为骤热和体膨胀跟不上导致的炸裂。反之，将在室温温度下放置的卵石直接加到670℃～780℃的铝合金液体中的做法是非常不可取的。

(2)、合金混凝土中骨料-卵石，“滑弹”-“嵌弹”二者均衡考虑的设计原理

自然界中的卵石表面光滑程度不同，色泽不同，其中越接近白色，其内的锰、铁等杂质越少，二氧化硅的成分越接近100wt％。通常说来，接近白色的卵石外表面比较光滑，而染有偏黑色的卵石，其外表面常有“麻点”(pitting corrosion或pitting)存在；同时，表面光滑的白色卵石与表面略显粗糙的偏黑色卵石在脆性方面相比，前者更脆。这种脆性或韧性的差异主要是由于二氧化硅纯度和掺杂过渡金属元素形成氧化物的性质对卵石改性程度不同。

合金混凝土用于轻装甲过程中，不管其作为“三明治”式轻装甲的内层、中层或外层的组元基材，还是直接用于外挂式轻装甲器件，如果射入体，以子弹为例(以下同)，击中合金混凝土浑圆状的卵石的边缘，子弹的动量mv(质量与速度之乘积)、卵石表面的光滑程度、卵石硬度及卵石在合金中微小转动位移等要素，达到匹配或相互和谐，即可实现射入体的偏向，即称为的“滑弹”或“拨弹”。

士兵头戴钢盔的“滑弹”原理几乎为众所周知的常识。与本发明密切相关的“滑弹”或“拨弹”的详细机理，可参见申请号为CN200710056177.3，发明名称为“使得射入体偏向的超高镁铝合金制备方法”的中国发明专利中“利用微小滚动轴承或滚珠使射入体偏向”机理部分。

合金混凝土的“滑弹”或“拨弹”的积极效果主要表现在：合金混凝土内部的垂直弹道转变为与射入法线具有一定角度的“倾斜弹道”，被“滑弹”或“拨弹”的子弹，沿着射入法线同向的击穿力(F_h)化解出分力(cosα·F_h)方向前进，子弹前进方向上击穿力的减少和弹道延长，相当于变相的增加了轻装甲的强度和厚度。

“嵌弹”指子弹沿着射入法线击中卵石而使得子弹嵌入卵石的现象，没有被“滑弹”或“拨弹”。卵石的破碎消耗大量的击穿功(F_h与子弹射入卵石距离之乘积)；卵石破碎的瞬间，卵石同子弹并进过程中对合金混凝土的剪切面积增大效应，都是提高轻装甲防护效果的积极要素。

表面光滑、色泽偏白和硬度与脆性均大的卵石，与表面有麻点、色泽偏黑和韧性偏大的卵石，其在作为合金混凝土中骨料过程中，“滑弹”-“嵌弹”的效果不同，这一点毋庸置疑。

在同一块轻装甲材料中，如何分布“滑弹”-“嵌弹”要素的比例，存在不同学术观点。本发明强调二者均衡考虑的设计。在此设计理念支配下的操作为：表面光滑、色泽偏白和硬度与脆性均大的卵石，合金混凝土中骨料中占有60wt％左右的比例。

而表面有麻点、色泽偏黑和韧性偏大的卵石，其在作为合金混凝土中骨料过程中，占有40wt％左右的比例，这种“滑弹”-“嵌弹”二者均衡考虑的设计，能够实现“工程上易于实现性”与“轻装甲高防护性”的平衡。图2是本发明选择卵石作为骨料均衡“滑弹”-“嵌弹”二要素的一种代表性选法的实物图片。

(3)、合金混凝土中骨料-卵石，面向“轻装甲”与“基座”差异化设计原理

虽然子弹撞击合金混凝土可以看成对合金混凝土的一次性强震动(shock)，振动机械对其固定它的合金混凝土基座(foundation)是连续性或周期性的振动。从耗散振动能量的角度，振动能量快速吸收并快速耗散为两个应用出口的共同需求。

然而，合金混凝土用于轻装甲，主要关心的是震动(shock)，并且一次性的震动居多。而用于机械的基座，主要关心的是振动(vibration)，并且多为连续性或周期性的多次振动。因而，前者应更加关注骨料的“滑弹”和“嵌弹”效用，后者应更加注重阻尼(damping)效果。

合金混凝土中界面阻尼主要来源于卵石和合金之间的界面，显然，在同等重量下，粒径较小的小卵石(pebble)比粒径大的大卵石(cobble或cobblestone)添加到合金中产生的界面要更大。

本发明用于基座的卵石骨料选配原则是：选择色泽偏白的大卵石(cobble)并将其砸碎，碎块的粒径最大值不超过1公分。图3是所选用于基座骨料的大卵石代表性实物照片，图4则为其砸碎后代表性实物照片。其原理在于：

①砸成碎块的卵石提供更大界面面积由此提高界面阻尼效果；

②砸成碎块的卵石存在类似于柱状晶断裂的新鲜界面，这种规则的凸凹脆性断面在立体层面，提高界面面积的同时，可以提高合金混凝土的强度。

③卵石砸成碎块，部分移植建筑业中“同质性”防止楼房开裂原理：

建筑业中盖楼尽量选取同一座山并且同一个山断面(山阴面-背向太阳面，或山阳面-朝向太阳方向的面)的石块作为地基原料。其原理是：此种方法选地基料，可获得化学成分相同或很相近材质，同质材料的热膨胀系数相同或相近，楼房在春夏秋冬气温变化中，地基膨胀或冷缩大小相近，有效避免了楼房开裂。

显然，本发明含有卵石骨料的基座与楼房地基，基础用途方面有雷同之处。

本发明基座的卵石骨料选配原则中，被砸成碎块的卵石，来源于同一块大卵石，其化学成分较为接近，热膨胀系数接近。这与建筑业中盖楼尽量选取同一座山同一个山断面的石块作为地基原料的原理本质上是相同的，是部分移植建筑业中“同质性”防止楼房开裂的原理。

不同的是：本发明合金混凝土凝固过程中要经过接近700℃左右的温度巨变，这种凝固降温的温度变化速度远比“楼房春夏秋冬”所经历的变化大。因而，对合金混凝土制造而言，避免开裂问题远比“楼房开裂问题”难度要大得多。

综上所述，用于基座的卵石骨料，选体积大、材质接近卵石砸成碎块的选法，设计原理主要基于：卵石碎块来源于同一体积和重量较大的大卵石，碎块化学成分相同或相近，保证了热膨胀系数相同或相近，由此保证了合金混凝土在合金凝固过程中，产生缩裂、缩孔和缩松的最小化或合理化。

(4)、合金混凝土中卵石密度与合金密度匹配的设计原理

业内人士周知：

室温下，通常铝合金的密度(rate of specific gravity，以下同)为2.8g/cm³左右。超高镁含量的铝合金，室温下可下降到2.6g/cm³左右，Al-Li-Mg系合金室温密度会下降更多。液态铝基合金的高温下密度通常比其室温密度降低0.2～0.35个点数(g/cm³)。

室温下，自然界的卵石密度通常在2.6g/cm³～2.9g/cm³范围内。在合金混凝土呈流体态的670℃～780℃温区内，卵石高温密度比其室温降低点数(g/cm³)通常落在0.1～0.15左右。

业内人士还周知：构成合金成分化学元素的金属密度相差较大时，在铸造合金过程中，非常容易形成重力偏析，从而导致合金成分不均匀。

同理，本发明合金混凝土中卵石密度与合金密度，在合金呈流体态时，如果卵石的密度远高于液态合金的密度，卵石上浮的要素成分增加，反之则反。

二者匹配要素中至少包括高温时密度相近性的匹配要素，只有在此前提下，考虑液态合金黏度对卵石上浮或下沉的影响以及二者界面反应的影响，才是合理的选择。

本发明合金混凝土中卵石密度匹配的选择措施为：尽可能优选自然界中，卵石的室温密度在2.6g/cm³～2.65g/cm³之间的卵石。合金选择室温密度在2.65g/cm³左右超高镁铝合金。此种设计主要是基于：

在670℃～780℃的温度范围内二者对掺，卵石密度比超高镁铝合金液体的密度高出0.1g/cm³左右，卵石在超高镁铝合金液体中应呈现沉降趋势。然而，合金液体黏度和界面反应，这两个遏制卵石沉降的要素在此时共存，其极大限制了卵石在超高镁铝合金液体中沉降速度。通常来说，超高镁铝合金液体在冷模成型(cold moulding)中，在2分钟内基本凝固，并且在2分钟的凝固过程中，超高镁铝合金液体黏度陡升，极大的限制了卵石的重力沉降。由此避免了卵石在超高镁铝合金中“下多上少”问题的出现。实现了本发明合金混凝土中卵石密度与合金密度匹配的设计目的。

(5)、原位合成Mg₂Si在合金混凝土中应用的设计原理

在建筑业制造钢筋混凝土领域，该领域常识性知识是：砂石等骨料表面要洁净，骨料表面附着大量黏土的砂石，其直接与水泥混合，获得的混凝土砌块容易“骨肉分离”，即骨料与凝固的水泥相互分离，从而降低工程质量。

本发明的合金混凝土，其避免“骨肉分离”设计与建筑制造业钢筋混凝土领域不同的是：

本发明的合金混凝土中，骨料仅仅表面洁净还远远不够。设计中特别关注骨料与合金界面的侵润性，适当界面反应可提高合金混凝土中骨料与合金亲和力，从而达到提高合金混凝土强度等目的。

金属镁在高温下有很强的化学还原能力。以二氧化硅为主要化学成分的卵石骨料，与合金液体中的镁元素在高温下相遇，镁可以还原二氧化硅，得到单质硅。如果合金液体中的镁元素足够多，被还原出具有高活性的单质硅，进一步同镁反应生成金属间化合物Mg₂Si。

存在于骨料与合金形成界面上的该Mg₂Si，承担起该界面的“桥梁”与“纽带”作用，从而有效的避免了合金混凝土的“骨肉分离”。而该反应的副产物MgO，以弥散到合金中的形式存在，对主反应欲达到目标影响不大。

事实上，高温合金液体中的镁元素与二氧化硅相遇，在一定条件下，直接可生成Mg₂Si，而未必存在“先还原出单质Si”的步骤。即“原位合成Mg₂Si”。本发明合金混凝土中Mg₂Si的生成条件，仍为通常反应要求的：“温度”、“过量”和“时间”这些热力学和动力学要素。

本发明合成合金混凝土的温度670℃～780℃，满足原位合成Mg₂Si的热力学条件。

本发明合成合金混凝土中铝基合金中选择镁含量在6.5wt％以上的超高镁铝合金，满足原位合成Mg₂Si的“过量”条件。

本发明合成合金混凝土过程中，卵石骨料与超高镁铝合金对掺后，何时浇铸可人为控制，这可保证原位合成Mg₂Si的动力学条件中“反应时间”。

(6)、射钉实证法测定合金混凝土骨料密度合理性的设计原理：

建筑业中制造混凝土过程中，骨料在混凝土中的密度，依据工程操作规范。而该规范制定步骤至少包括：根据应用目标，将不同标号水泥和不同骨料，规定为不同的骨料和水泥配比，反复试验并在工程实践中反复修改，最终以规范的形式体现在行业内部。

本发明的合金混凝土，尽管基础材料中“水泥”与“液态合金”存在本质不同，然而，骨料在制品中的份额、密度及密度分布对制品结构特性和功能特性影响，其与建筑业中骨料份额、密度合理设计有异曲同工之处。

判断本发明合金混凝土骨料密度合理性，所涉及结构材料特性等容易测定，诸如可用落锤法测定抗弯、抗碎裂等强度指标。而功能特性，诸如骨料密度对“滑弹”或“嵌弹”合理性指标中、“骨料密度与子弹击中骨料的概率”之间关系研究中，采用通常方法测定其参数是困难的。

本发明遇到困难之一是：子弹打在本发明合金混凝土轻装甲上，只有少数连续两发或以上的子弹击中同一个点，合金混凝土骨料暴露在外才能发现该骨料存在。而多数情况下，骨料不暴露；这为研究轻装甲防弹机理设置了障碍。

本发明遇到困难之二是：借用骨科医生通过拍照X-光照片的手段，观察骨钉位置合理性的方法。当将一块含有卵石骨料的一块铝基合金轻装甲块料，放到医用X-光下检验卵石骨料在合金中的分布状态，只能得到一团黑影，导致观察的失败的原因来源于合金的屏蔽作用。

本发明破解轻装甲中骨料在合金混凝土不暴露难题方法为：移植房屋装修行业“弯钉”现象的破解原理，即房屋装修过程中，当用射钉枪向混凝土墙面射钢钉时，射钉顺利射入墙内，说明没有遇到鹅卵石等骨料。反之，射钉中途变弯，说明该射入点，混凝土内部含有鹅卵石骨料。

本发明“射钉实证法测定”检测合金混凝土不暴露的骨料代表性过程为：

图5是本发明用“五四”手枪，在15米距离向该靶上的三块合金混凝土轻装甲上连续射击多发实弹，只有一块轻装甲上因同一弹着点和因遭遇多发子弹的攻击，而使得卵石骨料暴露出来(图6和图7)。而多数弹着点仅仅显示不足1公分的凹坑，卵石骨料没有暴露出来(图8)。该凹坑是否存在该骨料不明，因而，导致研究骨料在装甲中作用失去必要参考信息。而用射钉枪在该弹坑上进行射钉检测(图9)；射钉遇到轻装甲中深层次的卵石骨料停止后姿态为“垂直站立状”(图10)；而遇到浅层次的卵石骨料停止后姿态为“弯垂状”(图11)。将射钉的射入深度、弯曲程度等信息与轻装甲破解后真实弹道信息对照、核实，所得到规律进行总结，更多轻装甲样品即使在不破解和观察不到卵石骨料状态下，也能对卵石骨料在合金混凝土中位置做出有效定位。由此获得合金混凝土骨料密度合理性所需的相关信息，为深入研究提供了很大方便。

(7)合金混凝土合金成分设计原理

混凝土制造业的业内人士周知，欲获得理想的混凝土目标产品，对于鹅卵石、碎石、砂子等这些骨料的尺寸大小、形状、加入比例、材质的表面性质有限制，这些骨料与不同标号的水泥匹配，是决定目标产品质量的基本要素。其中骨料与不同标号的水泥匹配，必然涉及到：

所选用的水泥标号过低，钢筋混凝土达不到给定的工程标准。所谓的水泥标号，是187年前英国人约瑟夫发明波特兰水泥后，后人不断对硅酸盐水泥配方持续改进所获得水泥质量标准代号。

本发明涉及的铝基合金，与水泥标号类似，百年来也形成了不同的工业牌号。在众多牌号的铝合金配方中，本发明合金混凝土的合金成分，选择前苏联牌号为AJI8合金成分为基础配方，在此基础配方上改良，获得适用于本发明合金混凝土特性要求的新配方。该新配方的化学成分控制范围为：金属铝为90.9wt％±1.85wt％，金属镁为8wt％±1.5wt％，金属锌为0.8wt％±0.2wt％，金属钇为0.3wt％±0.15wt％。此种基础合金牌号的选取与改良配方化学成分控制范围的设计原理为：

①基础配方选AJI8合金：70年前俄国人发明的AЛ8合金为名副其实的“大道至简”合金，该合金配方和制造工艺都极为简单，仅需要在铝中加入10wt％的金属镁和带渣浇铸，合金T4处理强度可达到300MPa，延伸率达到9％或以上，并且轻量化指标和防锈指标均佳。

②围绕AJI8合金改进：本发明选择围绕AЛ8合金改进，目的是获得“储期增强式合金”，该“储期增强式合金”也可称为“陈年老酒式合金”。有研究揭示：围绕AJI8合金中镁含量，用少量的金属铍或金属锌调整成分，获得的该合金室温放置或储存，随着岁月的流逝，强度(σb₎和模量(σ_0.2)逐年增加。诸如中国牌号的ZL305和ZL301合金，室温下放置12年，其强度增加100MPa(刘志超，吴华芳，A1-10Mg型固溶合金自然时效稳定性研究，材料开发与应用，2003年，18卷3期，P28-31)。

合金这种随着自然时效时间的增长，强度增加的特性，对本发明面向轻装甲应用，有强烈吸引力。

③镁含量确定：对于本发明的合金混凝土，如果镁在合金中少于6.5wt％，合金强度、与卵石骨料界面反应活性、轻量化和随着自然时效时间增长强度增加的指标都会降低。如果镁在合金中多于9.5wt％，合金韧性、合金密度与卵石骨料密度的匹配性和随着自然时效时间增长强度增加的三项指标都会相应降低。

④锌含量确定：对于本发明的合金混凝土，如果锌在合金中少于0.6wt％，合金流动性、较小缩孔性和随着自然时效时间增长强度增加的三个指标会降低。如果锌在合金中多于1wt％，合金轻量化、与卵石骨料界面反应活性和随着自然时效时间增长强度增加的三项指标也都会相应降低。

⑤钇含量确定：对于本发明的合金混凝土，如果稀土钇在合金中少于0.15wt％，钇对合金晶粒细化作用、助推与卵石骨料界面反应活性和绝热剪切中耐高温性三个指标会降低。如果钇在合金中多于0.45wt％，合金晶粒粗化行为加剧，劣化合金。

(8)合金混凝土稀土母合金选取原理

钇是17中稀土元素中的一种，选择钇而不选其它稀土元素主要原因：稀土钇添加到合金中，可显著增加合金的耐热性能，尤其是用于轻装甲制品，射入体射入轻装甲过程中绝热剪切的热量大，合金耐热性对轻装甲影响极大。

本发明添加金属钇方式确定为70wt％Mg-30wt％Y的母合金(Maste alloy)形式添加，主要基于该比例的母合金的熔点在580℃左右，便于熔炼合金混凝土过程中，母合金迅速熔化，净化合金功能得以充分发挥。

本发明添加金属钇方式选定Mg-Y母合金，而不选Al-Y母合金，目的是获得合金更好的阻尼效果。镁-钇母合金中亚稳定强化相Mg₅Y和稳定的强化相Mg₂Y，遗留在合金混凝土中增加阻尼(damping)效果。而Al-Y母合金的黏度大，母合金Al₂Y含量也低。

(9)熔制卤盐覆盖剂设计原理

本发明选定90wt％NaCl-10wt％KCl混合卤盐为合金熔炼过程中的覆盖剂，便于获得有益效果为：

①90wt％NaCl-10wt％KCl这一配方的混合盐，熔点在770℃左右，该温度比通常的合金混凝土浇铸温度高出10℃～40℃，合金混凝土浇铸时该混合盐基本凝固，这为合金液体与卤盐覆盖剂的自然分离提供了便利。

②原有AJI8合金熔炼工艺中，一次性加入镁，搅拌、静置和待浮渣稳定后浇铸不适用于本发明，显然，本发明还要分别加入锌、母合金等都需要搅拌，尤其是加入卵石骨料过程中，搅拌会使得浮渣进入合金本体，导致合金品质变坏。

③不选择纯KCl或大量KCl中掺合少量NaCl的盐配方作为本发明覆盖剂的配方，主要原因是：氯化物的钠盐比其钾盐的价格要低很多。

(10)免“四把火”的设计原理

合金制造过程中的“四把火”(退火、淬火、正火和回火)，对包括铝基合金在内的其它合金都是非常重要。本发明的合金混凝土免除“四把火”的热处理步骤，不是降低成本的需要，而是施加“四把火”后害多利少。

淬火过程中卵石骨料因骤冷而发生二次炸裂，是非常容易想到的害处。最主要的是：上已述及，本发明设计合金混凝土中的合金成分，目的是获得“储期增强式合金”或称为“陈年老酒式合金”，该合金只需要自然时效，并且强度和模量都可上升。施加“四把火”不仅多此一举，更重要的是：诸如人工时效等措施为破坏合金随储期增加而强度增强的要素，破坏了“陈年老酒式合金”目的的达到。

本发明提供了一种面向轻装甲和基座应用的合金混凝土及其制备方法，步骤和条件如下：

第一步，备料：

(1)卵石骨料的准备包括：面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料选形、选大小、选色泽、选抗炸裂、选密度和选配色的“六选”方法为：

1)选形：小卵石堆中椭圆或浑圆小卵石被选中；

2)选大小：用带有正方形方孔并且孔径分别为12mm和8mm的双层孔板，其12mm方孔的孔板放在上层，8mm方孔的孔板放在下层，通过12mm孔板而没有通过8mm孔板的小卵石被选中；

3)选色泽：小卵石堆中含有乳白色和其它杂色的小卵石被选中；

4)选抗炸裂：将洗净晾干的小卵石放其到电阻炉中，升温至750℃并保温半小时，然后转移炉外放到室温下冷却，不含有裂纹和未炸碎的小卵石被选中；

5)选密度：密度在2.6g/cm³～2.65g/cm³之间的小卵石被选中；

6)选配色：按照6比4的卵石个数比，选乳白色小卵石6份，与黑色、棕色或其它杂色小卵石4份，这种“四六配色配数”的比例被被选中；

对于面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料，“六选”条件缺一不可，而向基座应用的合金混凝土中卵石骨料的“五选”条件与方法包括：

7)选形：大卵石堆中椭圆或近似圆形大卵石被选中；

8)选大小：将大卵石砸碎，其碎块用带有正方形方孔并且孔径分别为10mm和6mm的双层孔板，其10mm方孔的孔板放在上层，6mm方孔的孔板放在下层，通过10mm孔板而没有通过0mm孔板的碎块被选中；

9)选色泽：大卵石堆中、偏重乳白色并夹带些“铁锈色”的大卵石被选中；

10)选抗炸裂：与面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料，“六选”条件中“选抗炸裂”的条件与方法相同；

11)选密度：多个大卵石的平均密度为2.63g/cm³的大卵石被选中

(2)金属炉料的准备包括：将纯度99.5wt％的Al锭和99.5wt％的Mg锭锯成厚度不超过20mm，长和宽均不超过150mm的铝块和镁块，将纯度99.9wt％的Zn锭砸成碎块，碎块最大径长不超过50mm；将纯度99.5wt％的Mg-Y母合金锭锯成最大径长不超过50mm的碎块，该Mg-Y母合金成分为70wt％的Mg和30wt％的Y，二者总和为100％；

(3)覆盖剂炉料的准备：将纯度99wt％的NaCl和99wt％的KCl，按照90克NaCl混入10克KCl的比例，放到瓷研钵中研磨，研磨过得混合盐放到电阻炉的石墨坩埚中，升温到810℃，待盐全部熔化，搅拌后浇注到冷模中备用；

第二步，熔混料：

(1)投料：将备用的90wt％NaCl-10wt％KCl混盐熔体块放到立式电阻炉的石墨坩埚中，该作为覆盖剂的盐熔体块投入重量满足占金属炉料总和的三分之一的比例，符合条件的卵石骨料投放到电阻炉中的高铝坩埚中，投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量满足占金属炉料总和的比例范围为20wt％～28wt％；将该放有两个坩埚的电阻炉升温，待石墨坩埚中混盐熔体块完全熔化，将该电阻炉控温系统固定在795℃，按照所设计合金的组成或配方向石墨坩埚中金属炉料，所设计的合金配方为：

1)金属铝占合金总量为：89.05wt％～92.75wt％；

2)金属镁占合金总量为：6.5wt％～9.5wt％；

3)金属锌占合金总量为：0.6wt％～1.0wt％；

4)金属钇占合金总量为：0.15wt％～0.45wt％；

金属炉料投料顺序依次为：全部铝块、全部镁块、全部锌块和Mg-Y母合金块，投料方法为：该金属炉料每块逐一投入，并且前一块金属完全熔化，才可投入后一块金属炉料；

(2)混料：石墨坩埚中得所有金属炉料全部溶化，待盐全部熔化，用钨棒插到石墨坩埚中对全部溶化的金属炉料围绕石墨坩埚内壁搅拌4圈；接着将同一电阻炉高铝坩埚中处于高温态的卵石骨料投放到石墨坩埚中，再用钨棒搅拌4圈，取出钨棒将电阻炉控温系统由795℃调控在730℃～760℃，等待作为覆盖剂的盐熔体结壳；该730℃～760℃也就是合金混凝土的浇铸温度范围；

第三步，出料：

用钢钎和小捞渣勺将作为覆盖剂的盐壳彻底清理到炉外；将另一个大捞渣勺插到石墨坩埚底部；关闭电阻炉控温系统；从炉中提出石墨坩埚，在大捞渣勺向外提拉的配合下，将石墨坩埚中合金混凝土浇铸到圆台形金属模具中或夹芯梁的开口槽钢壳中；该浇铸物凝固后的产物为本发明面向轻装甲和基座应用的合金混凝土。

第四步，检测：

(1)密度测定与原始形貌采集：待浇铸到模具中合金混凝土冷却到室温，从模具中取出圆台形合金混凝土，清水洗净晾干，用高像素的数码相机对每块圆台形合金混凝土从各个方向拍照，留存其原始形貌；用车床和磨床修剪每块圆台形合金混凝土表面，使其形状规则；并用体积-重量法测定每块圆台形合金混凝土的密度，获得圆台形合金混凝土的平均密度为2.589g/cm³～2.613g/cm³。

(2)实弹靶材制作与数据采集：

用5mm的钢板作为背板，用2mm的钢板(图9)或2mm的铝板(图5)作为迎弹面的面板，面板上用冲床冲出便于镶嵌圆台形合金混凝土块的圆孔，用螺栓紧固中间夹有圆台形合金混凝土块的面板和底板(图9和图5)，构成实弹靶。其中面板除固定圆台形合金混凝土块功能外的另一个功能是防止子弹击中底板后弹射而损坏靶室内其它器材。

用国产五四手枪，分别在距离靶10米和15米的距离，以圆台形合金混凝土块为靶心，对靶实弹射击。停止射击后，从靶架上取下该靶(图5)，用数码相机多角度拍照。拧开靶上紧固螺栓，取下被射中的圆台形合金混凝土块并对其分别编号，更换上新的圆台形合金混凝土块和新面板，重复开始射击。

对中弹的圆台形合金混凝土块上的弹孔深度进行测量，测量采用：

首先用添加膨润土和熟石膏粉的藻酸盐印模材料进行“翻模”，即用印模材料将凹形弹坑转换为便于卡尺测量凸状的凹凸转换操作。待“翻模”后的印模材料完全硬化后，逐一对每个弹坑的深度进行测定。

对于距离10米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度最大值为1/2厘米；

(3)射钉器材及靶材的选用与数据采集：

射钉枪，也称射钉器。选用型号为SDQ603型大威力重型射钉器。其上所用的射钉弹选用：型号为S4型、色标为红色、威力等级为5级的高威力标准射钉弹。其上所用的射钉选用：规格为YD52S8、杆长为252mm，剪切拉强度最小值为1116.2MPa，抗拉强度最小值为1860.3MPa，钉尖的平均面积为0.283mm²。

射钉靶壳沿用实弹靶壳，在该靶壳上根据测试目标对换圆台形合金混凝土块或其空白进行调换。

以不含骨料、相同金属炉料配方和相同熔铸工艺下获得的圆台形合金锭块为合金混凝土块的射钉检测对照用空白。将射钉枪装弹装钉，枪口压实在被固定到靶壳上圆台形合金锭块，搂动扳机发射射钉(图9)，完成射钉后，测定射钉在圆台形合金锭块外露高度，并根据原始钉长数据换算出射钉射入圆台形合金锭块内部的深度。该射入深度统计值为28.8mm±0.12mm。

以含有骨料而没有经过五四手枪射击的圆台形合金混凝土块为射钉检测对象，数据揭示：射中骨料的几率范围为67％～100％

(4)合金混凝土为阻尼内芯的夹芯梁数据采集：

检测面向基座应用合金混凝土与面向轻装甲应用合金混凝土目标、指标和内容完全不同。而是将含有该合金混凝土的夹芯梁焊接到离心风机的基座上，以测定振动速度为指标，以没有焊接该夹芯梁之前风机振动情况为对照空白；用AR63A测振仪对该风机上2.2KW电机机座位置进行测量，结果表明：振动速度下降值为1.8mm/s。

本发明的有益效果：

1、一种面向轻装甲和基座应用的合金混凝土及其制备方法，骨料天然卵石成本低廉，含有原位反应的合成工艺流程短、易于操作。善于利用天然物质和巧妙移植钢筋混凝土相关原理，尤其是解决了金属材料学界一直渴望“用合金替代水泥来制造真正意义上的合金混凝土”这一长期没有解决的问题。

通过提供一种具体和详细的铝基合金-天然卵石复合材料合成方法，对锌基合金、镁基合金等合金或金属，其与天然无机物，诸如卵石、碎石、砂子、火山石等，二者合成“金属或合金-天然无机物”复合材料，提供了“画龙点睛”的作用。

将合金混凝土从复合材料大概念中抽提和明晰出来，不仅为学科与专利分类的细分奠定基础，而且为新学科分支的确立提供了可能。

2、本发明的合金混凝土，其密度不超过2.7g/cm³，而通常铝合金密度为2.8g/cm³，其可进入铝合金轻装甲选材范围，也满足其它轻装甲轻量化基材的需要。该合金混凝土具有较强的抵抗常规射入体击穿的功能，即使使用威力较强的中国产五四手枪在10米距离射击，1厘米厚的该合金混凝土也很难一枪击穿。这种抗弹效果与轻量化效果兼具材料，可较好满足诸如运钞车、空投坦克等轻装甲基材的需求。

3、本发明的合金混凝土，充填到风机槽钢基座的沟槽中，构成具有刚性皮肤阻尼内芯的夹芯梁材料，能使风机上电机的振动速度减少1.8mm/s。电机振动强度的下降，对风机减振降噪有重要作用。易于想到：世界上振动的机器非常之多，固定其的基座都有减振或减震的需求，本发明含有合金混凝土的夹芯梁用于风机减振，仅为基座应用的“冰山一角”。

附图说明

图1是本发明将卵石放到电阻炉中，升温到700℃灼烧半小时移出炉外自然冷却，筛除炸裂卵石；由图1可见，少量卵石发生了炸裂；

图2是本发明选择卵石作为骨料均衡“滑弹”-“嵌弹”二要素的一种代表性选法的实物图片；引用该剪裁图片目的是方便对“合金混凝土骨料选择过程中，黑白骨料‘四六开’，这种‘滑弹’-‘嵌弹’均衡设计”的理解；

图3是本发明所选用于基座骨料的大卵石代表性实物照片；

图4是本发明所选用于基座骨料的大卵石砸碎后代表性实物照片；

图5是本发明用“五四”手枪，在15米距离向该靶上的三块“合金混凝土”轻装甲上连续射击多发实弹，遗留不足1公分弹坑的实物照片；该靶的面板为2mm的铝板，其上加工出与圆台形合金混凝土块迎弹面同心圆来镶嵌合金混凝土块，该靶的底板为5mm的钢板；

图6是本发明从图5的靶上的三块“合金混凝土”轻装甲上取下一块在同一弹着点上，因遭遇多发子弹的攻击，而使得卵石骨料暴露出来实物照片；

图7是本发明中图6的局部放大照片，该照片明显的显示卵石骨料暴露出来；

图8是本发明研究“合金混凝土”轻装甲过程中，多数弹着点仅仅显示不足1公分的凹坑，卵石骨料根本就没有暴露出来的典型实物照片；

图9是本发明用射钉枪在“合金混凝土”轻装甲上检测骨料的“射钉检测法”代表性实物照片；该靶的面板为2mm的钢板，其上加工出与圆台形合金混凝土块迎弹面同心圆来镶嵌合金混凝土块，该靶的底板为5mm的钢板；

图10是本发明用“射钉检测法”检测“合金混凝土”轻装甲骨料分布密度与深浅等合理性的代表性实物照片；图中射钉呈现“垂直站立状”姿态，代表射钉因遇到轻装甲中深层次的卵石骨料而停止后的姿态；

图11也是本发明用“射钉检测法”检测“合金混凝土”轻装甲骨料分布密度与深浅等合理性的代表性实物照片；图中射钉呈现“弯垂状”，姿态代表射钉因遇到轻装甲中浅层次的卵石骨料而停止后的姿态。

具体实施方式

实施例1

第一步，备料：

(1)卵石骨料的准备：从含有乳白色和其它杂色的小卵石堆中，挑选椭圆或浑圆小卵石，将其放到带有正方形方孔并且孔径分别为12mm和8mm的双层孔板上，12mm方孔的孔板放在上层，8mm方孔的孔板放在下层，通过12mm孔板而没有通过8mm孔板的小卵石留存，其余遗弃；洗净该留存的小卵石并自然晾干。然后放其到电阻炉中、升温至750℃并保温半小时，接着移除炉外放到室温下冷却，将炸碎(图1)或含有裂纹的小卵石二次遗弃，其余二次留存。在该二次留存的小卵石中，用浮力法选择密度在2.6g/cm³～2.65g/cm³之间的小卵石三次留存，其余的遗弃。在该三次留存的小卵石中，按照6比4的个数比，选择乳白色小卵石6份，与黑色、棕色或其它杂色小卵石4份堆放一起，四次留存，其余遗弃，该四次留存的小卵石为最终留存备用的卵石骨料。

(2)金属炉料的准备：将纯度99.5wt％的Al锭和99.5wt％的Mg锭锯成厚度不超过20mm，长和宽均不超过150mm的铝块和镁块，将纯度99.9wt％的Zn锭砸成碎块，碎块最大径长不超过50mm；将纯度99.5wt％的Mg-Y母合金锭锯成最大径长不超过50mm的碎块，该Mg-Y母合金成分为70wt％的Mg和30wt％的Y，二者总和为100％。

(3)覆盖剂炉料的准备：将纯度99wt％的NaCl和99wt％的KCl，按照90克NaCl混入10克KCl的比例，放到瓷研钵中研磨，研磨过的混合盐放到电阻炉的石墨坩埚中，升温到810℃，待盐全部熔化，搅拌后浇注到冷模中备用。

第二步，熔混料：

(1)投料：将备用的90wt％NaCl-10wt％KCl混盐熔体块，放到立式电阻炉的石墨坩埚中，该作为覆盖剂的盐熔体块投入重量满足占金属炉料总和的三分之一的比例。将最终留存备用的卵石骨料投放到电阻炉中的高铝坩埚中，投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量满足占金属炉料总和25wt％的比例。将该放有两个坩埚的电阻炉升温，待石墨坩埚中混盐熔体块完全熔化，将该电阻炉控温系统固定在795℃，按照90wt％Al-9wt％Mg-0.7wt％Zn-0.3wt％Y的配比，向石墨坩埚中投金属炉料，投料顺序依次为：全部铝块、全部镁块、全部锌块和Mg-Y母合金块，投料方法为：该金属炉料每块逐一投入，并且前一块金属完全熔化，才可投入后一块金属炉料。

(2)混料：石墨坩埚中的所有金属炉料全部溶化，待盐全部熔化，用钨棒插到石墨坩埚中，对全部溶化的金属炉料围绕石墨坩埚内壁搅拌4圈；接着将同一电阻炉高铝坩埚中处于高温态的卵石骨料投放到石墨坩埚中，再用钨棒搅拌4圈，取出钨棒将电阻炉控温系统由795℃调控为750℃，等待作为覆盖剂的盐熔体结壳。该750℃也就是合金混凝土的浇铸温度。

第三步，出料：

用钢钎和小捞渣勺将作为覆盖剂的盐壳彻底清理到炉外；将另一个大捞渣勺插到石墨坩埚底部；关闭电阻炉控温系统；从炉中提出石墨坩埚，在大捞渣勺向外提拉的配合下，将石墨坩埚中合金混凝土浇铸到圆台形金属模具中。

第四步，检测：

(1)密度测定与原始形貌采集：待浇铸到模具中合金混凝土冷却到室温，从模具中取出圆台形合金混凝土，清水洗净晾干，用高像素的数码相机对每块圆台形合金混凝土从各个方向拍照，留存其原始形貌；用车床和磨床修剪每块圆台形合金混凝土表面，使其形状规则；并用体积-重量法测定每块圆台形合金混凝土的密度，获得圆台形合金混凝土的平均密度为2.613g/cm³。

(2)实弹靶材制作与数据采集：

用5mm的钢板作为背板，用2mm的钢板(图9)或2mm的铝板(图5)作为迎弹面的面板，面板上用冲床冲出便于镶嵌圆台形合金混凝土块的圆孔，用螺栓紧固中间夹有圆台形合金混凝土块的面板和底板(图9和图5)，构成实弹靶。其中面板除固定圆台形合金混凝土块功能外的另一个功能是防止子弹击中底板后弹射而损坏靶室内其它器材。

用国产五四手枪，分别在距离靶10米和15米的距离，以圆台形合金混凝土块为靶心，对靶实弹射击。停止射击后，从靶架上取下该靶(图5)，用数码相机多角度拍照。拧开靶上紧固螺栓，取下被射中的圆台形合金混凝土块并对其分别编号，更换上新的圆台形合金混凝土块和新面板，重复开始射击。

对中弹的圆台形合金混凝土块上的弹孔深度进行测量，测量采用：

首先用添加膨润土和熟石膏粉的藻酸盐印模材料进行“翻模”，即用印模材料将凹形弹坑转换为便于卡尺测量凸状的凹凸转换操作。待“翻模”后的印模材料完全硬化后，逐一对每个弹坑的深度进行测定。

对于距离10米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为3.43mm、最大值为5.04mm，平均值为4.19mm；

对于距离15米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为2.88mm、最大值为3.58mm，平均值为3.34mm。

(3)射钉器材及靶材的选用与数据采集：

射钉枪，也称射钉器。选用型号为SDQ603型大威力重型射钉器。其上所用的射钉弹选用：型号为S4型、色标为红色、威力等级为5级的高威力标准射钉弹。其上所用的射钉选用：规格为YD52S8、杆长为252mm，剪切拉强度最小值为1116.2MPa，抗拉强度最小值为1860.3MPa，钉尖的平均面积为0.283mm²。

射钉靶壳沿用实弹靶壳，在该靶壳上根据测试目标对换圆台形合金混凝土块或其空白进行调换。

以不含骨料、相同金属炉料配方、相同熔铸工艺下获得的圆台形合金锭块为合金混凝土块的射钉检测对照用空白。将射钉枪装弹装钉，枪口压实在被固定到靶壳上圆台形合金锭块，搂动扳机发射射钉(图9)，完成射钉后，测定射钉在圆台形合金锭块外露高度，并根据原始钉长数据换算出射钉射入圆台形合金锭块内部的深度。该射入深度统计值为28.8mm±0.12mm。

以含有骨料而没有经过五四手枪射击的圆台形合金混凝土块为射钉检测对象，选两块圆台形合金混凝土块，每块随机选三个点射钉，6发射钉检测结果为：1发射钉的射入深度为28.9mm，其余5发射钉的射入深度分别为11.8mm、13.6mm、13.9mm、16.8mm和17.5mm。

这一数据至少揭示：射中骨料的几率为5/6，即射中骨料的几率83％。换言之，射入深度为28.9mm的那发射钉的射入深度落在不含骨料空白的28.8mm±0.12mm范围内，说明射不中骨料的几率为1/6，即射不中骨料的几率17％。

实施例2

与实施例1所不同的是：

①投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量满足占金属炉料总和28wt％的比例；

②金属炉料按照92.75wt％Al-6.5wt％Mg-0.6wt％Zn-0.15wt％Y的配比进行称量和配料；

③合金混凝土的浇铸温度确定760℃；

④获得圆台形合金混凝土的平均密度为2.596g/cm³；

⑤五四手枪对于距离10米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为3.22mm、最大值为4.69mm，平均值为3.79mm；

⑥五四手枪对于距离15米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为2.46mm、最大值为3.45mm，平均值为3.26mm；

⑦射钉枪射中骨料的几率为100％；

⑧五四手枪对于距离10米靶射击，圆台形合金混凝土块上，同一弹着点中弹两发使得卵石骨料暴露在外的几率为100％(图6和图7)；

其余步骤和条件同实施例1。

实施例3

与实施例1所不同的是：

①投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量满足占金属炉料总和22wt％的比例；

②金属炉料按照89.05wt％Al-9.5wt％Mg-1wt％Zn-0.45wt％Y的配比进行称量和配料；

③合金混凝土的浇铸温度确定730℃；

④获得圆台形合金混凝土的平均密度为2.589g/cm³；

⑤五四手枪对于距离10米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为3.51mm、最大值为4.84mm，平均值为4.32mm；

⑥五四手枪对于距离15米靶射击，遗留在圆台形合金混凝土块的弹坑深度统计结果为：最小值为3.26mm、最大值为3.77mm，平均值为3.46mm；

⑦射钉枪射中骨料的几率为67％；

其余步骤和条件同实施例1。

实施例4

与实施例1所不同的是：

①卵石骨料的准备步骤中：选偏重乳白色并夹带些“铁锈色”的大卵石(图3)，用浮力法测定所选的几个大卵石的平均密度为2.63g/cm³；将该大卵石砸碎，其碎块如图4。双层孔板上正方形方孔分别为10mm和6mm，10mm方孔的孔板放在上层，6mm方孔的孔板放在下层，通过10mm孔板而没有通过8mm孔板的卵石碎块留存，其余遗弃；

②熔混料步骤中：投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量满足占金属炉料总和20wt％的比例；

③出料步骤中：将石墨坩埚中合金混凝土浇铸到被预热到300℃的槽钢中，而不是像实施例1那样浇铸到圆台形金属模具中。替代圆台形金属模具的槽钢内表面用粗砂纸打磨作为粗化处理，该槽钢内宽70mm，内高40mm，长度250mm，并预先将该槽钢两端用3mm钢板烧焊上封堵；合金混凝土浇铸一结束，趁热将一块3mm厚、宽70mm和长250mm的钢板压在浇铸表面，冷却到室温后将压在浇铸表面的钢板与槽钢电焊到一起，构成具有刚性皮肤阻尼内芯的夹芯梁。

④检测步骤中：与实施例1中的“第四步，检测”的目标和内容完全不同。而是将夹芯梁焊接到4-72型离心风机的基座上，以测定振动速度为指标，以没有焊接该夹芯梁之前风机振动情况为对照空白；用AR63A测振仪对该风机上2.2KW电机机座位置进行测量，该电机机座的对照空白的振动速度平均值5.1mm/s，而安装夹芯梁后统一位置点的振动速度平均值为3.3mm/s；振动速度下降值为1.8mm/s。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种面向轻装甲和基座应用的合金混凝土，其特征在于，其合金混凝土组成为：卵石骨料占20wt％～28wt％，铝基合金占72wt％～80wt％，二者总和构成100wt％；其中的铝基合金配方为：金属铝占合金总量的89.05wt％～92.75wt％，金属镁占合金总量的6.5wt％～9.5wt％，金属锌占合金总量的0.6wt％～1.0wt％，金属钇占合金总量的0.15wt％～0.45wt％。

2.如权利要求1所述的一种面向轻装甲和基座应用的合金混凝土的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：

第一步，备料：

(A)卵石骨料的准备包括：面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料选形、选大小、选色泽、选抗炸裂、选密度和选配色的“六选”方法为：

A01)选形：小卵石堆中椭圆或浑圆小卵石被选中；

A02)选大小：用带有正方形方孔并且孔径分别为12mm和8mm的双层孔板，其12mm方孔的孔板放在上层，8mm方孔的孔板放在下层，通过12mm孔板而没有通过8mm孔板的小卵石被选中；

A03)选色泽：小卵石堆中含有乳白色和其它杂色的小卵石被选中；

A04)选抗炸裂：将洗净晾干的小卵石放其到电阻炉中，升温至750℃并保温半小时，然后转移炉外放到室温下冷却，不含有裂纹和未炸碎的小卵石被选中；

A05)选密度：密度在2.6g/cm³～2.65g/cm³之间的小卵石被选中；

A06)选配色：按照6比4的卵石个数比，选乳白色小卵石6份，与黑色、棕色或其它杂色小卵石4份，这种“四六配色配数”的比例被选中；

对于面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料，“六选”条件缺一不可，而面向基座应用的合金混凝土中卵石骨料的“五选”条件与方法包括：

A07)选形：大卵石堆中椭圆或近似圆形的大卵石被选中；

A08)选大小：将大卵石砸碎，其碎块用带有正方形方孔并且孔径分别为10mm和6mm的双层孔板，其10mm方孔的孔板放在上层，6mm方孔的孔板放在下层，通过10mm孔板而没有通过6mm孔板的碎块被选中；

A09)选色泽：大卵石堆中偏重乳白色并夹带些铁锈色的大卵石被选中；

A11)选抗炸裂：与面向轻装甲应用的合金混凝土中卵石骨料，“六选”条件中“选抗炸裂”的条件与方法相同；

A12)选密度：多个大卵石的平均密度为2.63g/cm³的大卵石被选中；

(B)金属炉料的准备包括：将纯度99.5wt％的Al锭和99.5wt％的Mg锭锯成厚度不超过20mm，长和宽均不超过150mm的铝块和镁块，将纯度99.9wt％的Zn锭砸成碎块，碎块最大径长不超过50mm；将纯度99.5wt％的Mg-Y母合金锭锯成最大径长不超过50mm的碎块，该Mg-Y母合金成分为70wt％的Mg和30wt％的Y，二者总和为100％；

(C)覆盖剂炉料的准备：将纯度99wt％的NaCl和99wt％的KCl，按照90克NaCl混入10克KCl的比例，放到瓷研钵中研磨，研磨过的混合盐放到电阻炉的石墨坩埚中，升温到810℃，待盐全部熔化，搅拌后浇注到冷模中备用；

第二步，熔混料：

(D)投料：将备用的90wt％NaCl-10wt％KCl混盐熔体块放到立式电阻炉的石墨坩埚中，该作为覆盖剂的盐熔体块投入重量满足占金属炉料总和的三分之一的比例；符合条件的卵石骨料投放到电阻炉中的高铝坩埚中，投放到高铝坩埚中卵石骨料的投放量占金属炉料总和的比例范围为20wt％～28wt％；将该放有两个坩埚的电阻炉升温，待石墨坩埚中混盐熔体块完全熔化，将该电阻炉控温系统固定在795℃，按照所设计合金的组成或配方向石墨坩埚中投入金属炉料，所设计的合金配方为：金属铝占合金总量的89.05wt％～92.75wt％；金属镁占合金总量的6.5wt％～9.5wt％；金属锌占合金总量的0.6wt％～1.0wt％；金属钇占合金总量的0.15wt％～0.45wt％；

金属炉料投料顺序依次为：全部铝块、全部镁块、全部锌块和Mg-Y母合金块，投料方法为：该金属炉料每块逐一投入，并且前一块金属完全熔化，才可投入后一块金属炉料；

(E)混料：石墨坩埚中的所有金属炉料全部溶化，待盐全部熔化，用钨棒插到石墨坩埚中，对全部溶化的金属炉料围绕石墨坩埚内壁搅拌4圈；接着将同一电阻炉高铝坩埚中处于高温态的卵石骨料投放到石墨坩埚中，再用钨棒搅拌4圈，取出钨棒将电阻炉控温系统由795℃调控在730℃～760℃，等待作为覆盖剂的盐熔体结壳；该730℃～760℃也就是合金混凝土的浇铸温度范围；

第三步，出料：

用钢钎和小捞渣勺将作为覆盖剂的盐壳彻底清理到炉外；将另一个大捞渣勺插到石墨坩埚底部；关闭电阻炉控温系统；从炉中提出石墨坩埚，在大捞渣勺向外提拉的配合下，将石墨坩埚中合金混凝土浇铸到圆台形金属模具中或夹芯梁的开口槽钢壳中；该浇铸物凝固后的产物为本发明面向轻装甲和基座应用的合金混凝土；其凝固后冷却到室温时的密度范围为2.589g/cm³～2.613g/cm³。

Images