CN107031140A - 含金属间化合物的金属复合板的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含金属间化合物的金属复合板的用途。含金属间化合物的金属复合板可在抗冲击防护材料中应用。本发明利用异种金属在特定温度范围内发生相互扩散，生成金属间化合物的特性，制备出的金属化合物具有高硬度、高熔点、高抗蠕变性能的特点，具有较强的抗冲击性能，其制备工艺简单、廉价、生产效率高，产品规格不受限制，且易实现与金属材料的结合。

Description

含金属间化合物的金属复合板的应用

技术领域

本发明主要涉及一种金属复合板的应用，尤其涉及一种含金属间化合物的金属复合板的应用。

背景技术

现代战争中，防弹装甲材料是不可缺少的生存之本，是军事武器的关键技术之一。以空军为例，随着地面防空力量的不断增强，对地攻击的军机面临着强大的地面火力，故而必须装备先进的防弹装甲材料，以便提高其抗弹生存能力。装甲装备保障伴随着装甲装备的出现而出现，至今其发展已走过百年。装甲装备保障是军事装备保障的重要内容，在地面作战中的作用地位十分突出。装甲装备保障在不同的时期、时代，具有不同的特征和标志。从装甲材料的历史发展来看，从传统的金属材料(钢、铝)，到现在先进的陶瓷材料、复合材料(聚合物基、金属基、陶瓷基)，装甲材料一直向着轻量、高效的方向发展。装甲系统的轻量、高效对提高军机、坦克、装甲车辆以及作战人员的机动性、攻击力、战场生存力来说至关重要。

金属是现代装甲最主要使用的材料，从普通钢装甲发展到高硬度钢装甲，双硬度钢复合装甲乃至钛合金装甲，其防护能力不断提高。随后出现的防弹陶瓷、复合防弹材料以其较轻的质量及优异的性能价格比，而逐渐在众多领域取代了金属装甲。

在现代高科技战争中，作战人员和武器装备的防护日益受到重视，因此对装甲材料也提出了越来越高的要求。对现代装甲材料要求有高的抗侵袭能力、抗冲击能力和抗崩落能力。除此之外，在装甲的设计过程中还应该充分考虑材料的质量和成本等因素。简言之，装甲材料应尽可能满足高硬度、高强度、高韧性、低密度和低成本的要求。

而目前用做装甲的材料大体分四类，即：金属、陶瓷、玻璃钢和“凯夫拉”，但它们都存在一些不足。

金属材料具有高的硬度和良好的韧性，但是硬度较陶瓷材料低，特别是密度大，不能满足单兵和装备高灵活性的要求。

玻璃钢具有高强度和低密度的特点，但是硬度低。

“凯夫拉”材料是20世纪60年代美国杜邦公司研制出的一种芳纶复合材料，这种材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，坚韧耐磨，刚柔相济，有“装甲卫士”之称，但是它的硬度低。玻璃钢和“凯夫拉”只有用做背板和非金属夹层时，才能显示其效能。

陶瓷材料具有极高的硬度和抗压强度，有利于抵御高速穿甲弹的侵蚀，其密度小，约为均质装甲钢的1/4～1/2，有利于减轻装甲质量，耐热性好，可在高温下保持形状尺寸不变，能够抵御高温射流的侵蚀，是理想的轻量化装甲材料。但是陶瓷材料也存在诸多缺点，如塑性差、断裂强度低且易产生脆性断裂、成型尺寸较小等，这些不足使陶瓷至今仍然不能作为均质装甲单独使用。虽然已有方法将陶瓷和金属材料进行复合，如喷涂方式，但是价格昂贵，生产效率低，产品规格小，目前陶瓷装甲材料只作为装甲附加材料及披挂材料使用，其他方面并未大量使用。

因此，为了获得一种兼具高的硬度和抗压强度、良好的韧性、低密度和低成本的要求，有必要探寻一种适合该种需求的材料及应用技术。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种含金属间化合物的金属复合板的应用，其符合高的硬度和抗压强度、良好的韧性、低密度和低成本的要求，解决抗冲击防护材料需求的问题。

本发明提供一种含金属间化合物的金属复合板在抗冲击防护材料中的应用。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述复合板为多层复合结构，所述金属间化合物能存在于所述多层复合结构中的任意夹层中。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述复合板为多层复合结构，所述金属间化合物向所述复合板的金属层扩展生成金属间化合物层，所述复合板的金属层相应减少。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述金属间化合物层作为迎冲击面，所述复合板的剩余金属层作为背冲击面。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述复合板包括铝/铜合金、铝/铁合金、铝/钛合金、铝/镍合金、铝/镁合金、钛/铁合金、钛/铜合金复合板。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述含有金属间化合物的金属复合板为铝/金属间化合物/钢复合结构，所述金属间化合物离表面近的一侧作为迎冲击面。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述金属复合板的钢侧复合有其他金属层。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述含有金属间化合物的金属复合板作为装甲材料应用。

本发明利用异种金属在特定温度范围内发生相互扩散，生成金属间化合物的特性，制备出具有高硬度、高熔点、高抗蠕变性能的金属复合板，该复合板的性能与陶瓷性能相近，具有较强的抗冲击性能，与抗冲击陶瓷材料相比，其制备工艺简单、廉价、生产效率高，产品规格不受限制，且易实现与金属材料的结合。

附图说明

图1为本发明实施例复合板原始结构示意图；

图2为本发明实施例金属A与金属B间生成金属间化合物的结构示意图；

图3为本发明实施例金属间化合物厚度逐渐增加后的结构示意图；

图4为本发明实施例某层金属消失后的结构示意图；

图5为本发明实施例抗冲击的试验结果分析图；

图6为本发明实施例在较短热处理时间后界面化合物生成的金相示意图；

图7为本发明实施例在较长热处理时间后界面化合物生成的金相示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

金属复合板是指在一层金属上覆以另外一种金属的板子，以达到在不降低使用效果(防腐性能、机械强度等)的前提下节约资源、降低成本的效果。复合方法通常有爆炸复合，爆炸轧制复合、轧制复合等。复合材料按外观可分为复合板、复合管、复合棒等。主要应用在防腐、压力容器制造，电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。

所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。然而伴随着金属间化合物的高温强度而来的，是它本质上难以克服的室温脆性。

生成的金属间化合物形成扩散层,可以使金属层间发生冶金结合,但是金属间化合物作为硬脆相,大量聚集会对结合强度造成削弱,因此目前金属复合板中一般都是采取有效措施进行严格控制热处理工艺，使得金属层间减少金属间化合物的生成。

而本发明研究实验出了含金属间化合物的金属复合板在抗冲击防护材料中的应用。

复合板可为两层或多层复合结构，其中金属间化合物可在所述多层复合结构中的任意夹层中。

所述复合板为多层复合结构，所述金属间化合物可向所述复合板的金属层扩展生成金属间化合物层，所述复合板的金属层相应减少。当然生成的金属间化合物层也可以只向金属层扩展一部分厚度，原金属层仍保留一部分厚度。一般金属间化合物层作为迎冲击面，所述复合板的剩余金属层作为背冲击面。

上述含金属间化合物的金属复合板的应用，所述含有金属间化合物的金属复合板可具体作为装甲材料应用。

本发明利用异种金属在特定温度范围内发生相互扩散，生成金属间化合物的特性，制备出具有高硬度、高熔点、高抗蠕变性能的金属复合板，具体制备方法如下：

1)异种金属的复合，可使用轧制复合，爆炸复合，铸造复合，热镀等方式，本发明优选使用轧制复合的方式。

2)本发明选取金属A和金属B进行复合板的制备，其中A、B金属的搭配可以是铝/铜合金、铝/铁合金、铝/钛合金、铝/镍合金、铝/镁合金、钛/铁合金、钛/铜合金等可以生成金属间化合物的异种金属。

3)选取金属A和金属B的板材或带材进行轧制复合(也可以是爆炸复合，铸造复合，热镀等复合方式)，首先将金属A和金属B进行酸碱洗，除油除锈，后进行表面活化处理，复合装配后进行轧制复合，复合方式可根据金属特性选择热轧、温轧、冷轧，多道次复合、单道次复合，同步轧制复合、异步轧制复合。

4)对复合后金属A和金属B的复合材料进行热处理以制备金属间化合物，热处理制度根据金属A和金属B特性和A、B金属二元相图确定，通过延长热处理时间增加金属间化合物厚度，复合板原始结构示意图如图1所示，其中件1为金属A层，件2为金属B层。金属A与金属B间生成金属间化合物的结构如图2所示，件3为金属间化合物。

5)上述步骤中中所说A、B两层金属只用于示意方便，本发明不局限于两层复合，对于三层至多层复合材料同样适用。

6)上述步骤4中描述，随热处理时间的延长，金属间化合物厚度逐渐增加，如图3所示，直至某层金属消失，如图4所示。图示只用于示意方便，在实际过程中，也可能是金属间化合物同时向A、B金属两侧同时生长，存在A、B金属同时消失的情况。

7)制得的材料可单独作为抗冲击防护材料使用，金属间化合物层作为迎冲击面，B金属作为背冲击面。

8)若制备材料需与其他金属C复合使用，可先将A金属、B金属、C金属轧制复合在一起后进行热处理，制得含有金属间化合物的金属复合板。

9)根据不同金属生成金属间化合物的特性，某些金属与生成的金属间化合物结合效果不好，如铝/金属间化合物/钢复合板，铝层与金属间化合物结合强度低，在制备时应注意使用侧为金属间化合物/钢复合材料，且与其他金属C复合时，是钢层与C金属复合。某些金属与生成的金属间化合物结合效果都非常好，如铝/金属间化合物/钛复合板，铝层和钛层与金属间化合物结合强度高，且与其他金属C复合时，铝层和钛层均可与C金属复合使用。

本发明利用异种金属在特定温度范围内发生相互扩散，生成金属间化合物的特性，制备出高硬度、高熔点、高抗蠕变性能的金属间化合物，该化合物性能与陶瓷性能相近，具有较强的抗冲击性能，但其制备工艺简单、廉价、生产效率高，产品规格不受限制，且易实现与金属材料的结合。

实施例

本实施例使用材料来自银邦金属复合材料公司的温轧钛铝复合板(工业纯钛TA1和1060铝合金)，钛层厚度0.5mm，铝层厚度1.5mm，轧制温度300℃，变形量50％。

退火实验在箱式退火炉中进行，马弗炉温度精度±5℃，加热温度为550℃，保温3h和20h，试样在空气中冷却，550℃/3h热处理后界面化合物厚度0.5-1μm左右，如图6所示。550℃/20h热处理后铝钛界面有中间化合物生成，界面化合物厚度约4-6μm，如图7所示。

使用高速冲击试验机研究钛/金属间化合物/铝复合板的抗冲击性能。

图5为抗冲击试验结果分析图。

这两种试样高速冲击应力差异的原因是钛铝界面化合物厚度不同，当界面中间相TiAl3厚度值较大时，钛铝复合板具有更高的高速冲击应力及更高的抗冲击性能。

本发明利用异种金属在特定温度范围内发生相互扩散，生成金属间化合物的特性，制备出高硬度、高熔点、高抗蠕变性能的金属间化合物，该化合物性能与陶瓷性能相近，具有较强的抗冲击性能，与抗冲击陶瓷材料相比，其制备工艺简单、廉价、生产效率高，产品规格不受限制，且易实现与金属材料的结合。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种含金属间化合物的金属复合板在抗冲击防护材料中的应用。

2.如权利要求1所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述复合板为多层复合结构，所述金属间化合物能存在于所述多层复合结构中的任意夹层中。

3.如权利要求1所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述复合板为多层复合结构，所述金属间化合物向所述复合板的金属层扩展生成金属间化合物层，所述复合板的金属层相应减少。

4.如权利要求3所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述金属间化合物层作为迎冲击面，所述复合板的剩余金属层作为背冲击面。

5.如权利要求1所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述复合板包括铝/铜合金、铝/铁合金、铝/钛合金、铝/镍合金、铝/镁合金、钛/铁合金、钛/铜合金复合板。

6.如权利要求1所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述含有金属间化合物的金属复合板为铝/金属间化合物/钢复合结构，所述金属间化合物离表面近的一侧作为迎冲击面。

7.如权利要求6所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述金属复合板的钢侧复合有其他金属层。

8.如权利要求1所述含金属间化合物的金属复合板的应用，其特征在于，所述含有金属间化合物的金属复合板作为装甲材料应用。