CN104911585A - 一种复合药型罩的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合药型罩的制备方法，属于复合药型罩领域。本发明的采用激光熔覆的方法在药型罩外侧均匀的铺撒所述的金属或合金粉末，同时通过激光器实现材料的熔覆；或在药型罩外侧均匀地铺撒所述的金属或合金粉末之后，通过激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属或合金粉末的冶金结合，得到复合药型罩。很好地解决了现有复合药型罩制备技术存在的诸多问题。本发明可以在保证药型罩性能的同时降低制造成本；且能够控制复合后药型罩的厚度。

Description

一种复合药型罩的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合药型罩的制备方法，属于复合药型罩领域。

背景技术

药型罩主要有两大基本类型，一类是角度小于70°度的锥形药型罩，另一类是角度大于120°的盘形或球缺形药型罩。锥形药型罩适合攻击厚装甲目标，而盘形或球缺形药型罩适合于攻击诸如坦克顶装甲以及军舰等较薄的装甲目标。药型罩之所以能够穿甲破甲，就是由于炸药爆炸后所产生的聚能效应。当炸药爆炸产生的冲击波到达药型罩后，会对金属产生强烈的压缩作用。在冲击波作用下，金属微元迅速向轴线方向运动，形成金属射流(速度可达1000m/s-3000m/s)。

在复合药型罩的制备工艺方面，不仅要求药型罩材料的显微组织均匀可控以获得理想的侵彻效果，而且要求金属之间具有良好的结合力以满足后续机加工的需要。目前国内外用于各类复合金属药型罩的方法主要有钎焊、爆炸复合-旋压、熔渗法、气相沉积、离子溅射以及电铸等。由于结合效果较差，钎焊方法目前已经很少采用。使用爆炸复合-旋压工艺制造的药型罩性能不均匀，有明显的织构现象，并且设备结构复杂，成本较高。CN101628335A公开了一种射孔弹聚能罩自动旋压装置，该装置由安装在液压机上的上模和下模两部分组成，结构复杂，装配精度难以保证，药型罩粉末在设备中的流动性差，分布不均匀。使用熔渗法可以制备出高密度，高强度药型罩材料，但是由于反应温度过高，容易产生氧化，而且在材料内部也会产生很多缺陷。CN201210420296.3采用熔渗法制备钨铜复合药型罩，在烧结过程中采用氢气保护，而在通常的粉末冶金件制作过程中不可避免的会发生部分氧化，在后续的精整过程中，氧化的表面与其结合的钨铜材料间存在错位等现象，同时在氧化部位存在缺陷，使射流的一致性受到影响。电铸药型罩具有材质纯净、密度高、表面光洁度好，尺寸精度高，微观结构可控等优点。但是单件生产速度较慢，如电铸1mm厚的制品，简单形状的需3～4h，复杂形状的需几十个小时。CN1410600A公布了一种药型罩电铸制造工艺及装置，采用基于阴极电沉积原理来制备药型罩，其沉积速度较慢。

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新兴的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起快速熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的具有耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化等有别于基材性能的熔覆层。与热喷涂、堆焊、电镀等传统表面处理技术相比，激光熔覆技术具有诸多优点，如熔覆层稀释率可控、适用的材料体系广泛、基体热变形小、熔覆层与基体为冶金结合、工艺易于实现自动化等。而且，熔覆区域及厚度可精确控制，组织状态为快速凝固组织，具有优异的综合力学性能，可适于制备异型件。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种复合药型罩的制备方法，该方法在保证药型罩性能的同时降低制造成本，能够使现有药型罩制备技术不能复合或不易复合的药型罩材料有效复合、且能够控制复合后药型罩的厚度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种复合药型罩的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、将药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择金属或合金粉末，所述金属粉末或合金粉末包括镍粉、铜粉、铁粉、钛合金粉；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的金属或合金粉末，同时通过激光器实现材料的熔覆；或在药型罩外侧均匀的铺撒步骤二所述的金属或合金粉末之后，通过激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属或合金粉末的冶金结合，得到复合药型罩。

步骤一所述药型罩包括：钛合金罩、钨罩、钽罩、铜罩。

步骤二所述金属或合金粉末粒度范围为80～200目，粉末形状为球形。

步骤三所述铺撒金属粉末或合金粉末的厚度为0.1mm～0.45mm。

步骤三所述激光器包括脉冲激光器与连续横流CO₂激光器；其工艺参数范围如下：

脉冲激光器：电流260～380A，扫描速度2～5mm/s，频率3～8HZ，脉宽3～5ms。

连续横流CO₂激光器：激光功率1400～3000W，搭接率1～2mm，层高0.3～0.5mm，送粉速度2～5g/min。

有益效果

1、本发明的一种复合药型罩的制备方法，因为减少了内层重金属的消耗，可以在保证药型罩性能的同时降低制造成本。

2、本发明的一种复合药型罩的制备方法，能够使现有技术不易复合的药型罩材料如W-Ni、Ta-Ni、Cu-Fe等有效复合，且能够控制复合后药型罩的厚度。

3、本发明的一种复合药型罩的制备方法，由于激光熔覆工艺的加热和冷却速度都是非常快的，因此，涂层材料的熔化和凝固过程均偏离平衡状态，导致熔覆层的组织状态为快速凝固组织，材料内部组织细小，亚结构也发生了一定的变化，制得的药型罩综合力学性能优异。

4、本发明的一种复合药型罩的制备方法，采用激光熔覆的方法来制备复合药型罩，很好地解决了现有复合药型罩制备技术存在的诸多问题。如激光熔覆涂层生长速度较快，可以解决电铸工艺沉积速度较慢的问题；激光熔覆设备简单，涂层为快速熔凝组织，可有效解决旋压工艺制造的药型罩性能不均匀，有明显的织构现象，并且设备结构复杂等问题。

5、本发明的一种复合药型罩的制备方法，激光熔覆工艺具有诸多优点，熔覆层稀释率可控、适用的材料体系广泛、基体热变形小、熔覆层与基体为冶金结合、熔覆区域及厚度可精确控制、工艺易于实现自动化等。开辟了一种新的优异的复合药型罩制备方法。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种复合药型罩的制备方法，TC4钛合金药型罩表面熔覆TA15钛合金+TiC，具体步骤如下：

步骤一、将TC4钛合金药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择粒度在80～100目之间的70wt％TA15+30wt％TiC合金粉球形粉末，混合均匀；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的合金粉末，同时在氩气保护气氛中通过TJ-HL-T5000型连续横流CO₂激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与合金粉末的冶金结合，得到复合药型罩。具体工艺参数如下：激光功率1.7KW，搭接率1.2mm，扫描速度第一层为2mm/s，第二层以上均为3mm/s，共熔覆4层，熔覆层总厚度为1mm。

动态力学性能测试结果显示，在2100s^-1应变率下，TC4-(TA15+TiC)复合材料的抗压强度可以达到1500MPa，高于TC4基体材料的1200MPa。实施例2

一种复合药型罩的制备方法，TC4钛合金药型罩表面熔覆TA15+Cr₃C₂，具体步骤如下：

步骤一、将TC4钛合金药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择粒度在80～100目之间的80wt％TA15+20wt％Cr₃C₂合金球形粉末，混合均匀；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的合金粉末，同时在氩气保护气氛中通过TJ-HL-T5000型连续横流CO₂激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与合金粉末的冶金结合，得到复合药型罩。具体工艺参数如下：激光功率1.5KW，搭接率1.2mm，扫描速度第一层为2mm/s，第二层以上均为3mm/s，共熔覆4层，熔覆层总厚度为1mm。

动态力学性能测试结果显示，在2100s^-1应变率下，TC4-(TA15+Cr₃C₂)复合材料的抗压强度可以达到1500MPa，高于TC4基体材料的1200MPa。实施例3

一种复合药型罩的制备方法，钽药型罩表面熔覆镍，具体步骤如下：

步骤一、将钽药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择粒度在100～200目之间的纯镍金属球形粉末预热，备用；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的金属粉末，同时利用ZGM-SD型脉冲激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属粉末的冶金结合，得到复合药型罩。具体工艺参数如下：电流为400A，激光频率6Hz，激光脉宽3.5ms，扫描速度1mm/s，共熔覆4层，熔覆层总厚度为1mm。

对通过上述方法制备的Ta-Ni复合材料进行动态压缩实验，测试结果显示，随着应变率的增加，Ta-Ni复合材料的抗压强度不断增加，在5500s^-1应变率下甚至可以达到1500MPa，而纯Ta材料在相同应变率下的抗压强度却只有700MPa。因此，Ta-Ni材料的综合力学性能较Ta基体材料更为优异。

实施例4

一种复合药型罩的制备方法，钨药型罩表面熔覆镍，具体步骤如下：

步骤一、将钨药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择粒度在100～200目之间的纯镍金属球形粉末预热，备用；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的金属粉末，同时利用ZGM-SD型脉冲激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属粉末的冶金结合，得到复合药型罩。具体工艺参数如下：电流为350A，激光频率5Hz，激光脉宽3.2ms，扫描速度2mm/s，共熔覆4层，熔覆层总厚度为1mm。

动态力学性能测试结果显示，W-Ni复合材料在2900s^-1应变率加载下的抗压强度约为1600MPa，而纯W基体材料在相同应变率下的抗压强度也约为1600MPa。可见，Ni熔覆层的存在并没有降低W药型罩的性能，但却减少了重金属W的使用，有效降低了制造成本。

实施例5

一种复合药型罩的制备方法，铜药型罩表面熔覆铁，具体步骤如下：

步骤一、将铜药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择粒度在80～140目之间的纯铁金属球形粉末预热，备用；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的金属粉末，同时利用ZGM-SD型脉冲激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属粉末的冶金结合，得到复合药型罩。具体工艺参数如下：熔覆第一层电流为300A，激光频率6Hz，激光脉宽3.2ms，扫描速度2mm/s，第二层及以上各层电流为300A，激光频率8Hz，激光脉宽3.5ms，扫描速度3mm/s，共熔覆4层，熔覆层总厚度为1mm。

动态力学性能测试结果显示，在2200s^-1应变率下，Cu-Fe复合材料的抗压强度可以达到400MPa，高于纯Cu基体材料的200MPa。

Claims (6)

1.一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、将药型罩进行预处理，去油、脱脂、除锈、去尘；

步骤二、选择金属或合金粉末，所述金属粉末或合金粉末包括镍粉、铜粉、铁粉、钛合金粉；

步骤三、在药型罩外侧均匀地铺撒步骤二所述的金属或合金粉末，同时通过激光器实现材料的熔覆；或在药型罩外侧均匀的铺撒步骤二所述的金属或合金粉末之后，通过激光器实现材料的熔覆；以达到药型罩与金属或合金粉末的冶金结合，得到复合药型罩。

2.如权利要求1所述的一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：步骤一所述药型罩包括：钛合金罩、钨罩、钽罩、铜罩。

3.如权利要求1所述的一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：步骤二所述金属或合金粉末粒度范围为80～200目，粉末形状为球形。

4.如权利要求1所述的一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：步骤三所述铺撒金属粉末或合金粉末的厚度为0.1mm～0.45mm。

5.如权利要求1所述的一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：步骤三所述激光器包括脉冲激光器与连续横流CO₂激光器。

6.如权利要求1或5所述的一种复合药型罩的制备方法，其特征在于：步骤一所述药型罩包括：步骤三所述激光器工艺参数范围如下：

脉冲激光器：电流260～380A，扫描速度2～5mm/s，频率3～8HZ，脉宽3～5ms；

连续横流CO₂激光器：激光功率1400～3000W，搭接率1～2mm，层高0.3～0.5mm，送粉速度2～5g/min。