CN107246823B - 隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法 - Google Patents

隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及抗爆炸防护领域，具体公开了隔层夹芯型泡沫铝复合装甲及其制造方法。所述隔层夹芯型泡沫铝复合装甲，包括弹性极限强度大于420MPa、断裂伸长率大于25%的高弹性钢板，所述高弹性钢板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第一结构网，所述第二表面设有第二结构网；还包括自所述第一表面向外依次叠设的第一泡沫铝、第一金属板及背板；还包括自所述第二表面向外依次叠设的第二泡沫铝、第二金属板及前板。本发明的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲具有较强的抗弹防破片及抗爆炸冲击波能力的特点，且能够满足车辆轻量化的要求。

Description

隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法
技术领域
本发明属于抗爆炸防护领域，具体涉及隔层夹芯型泡沫铝复合装甲及其制造方法。
背景技术
现代条件下，无论是军事装备和军事人员还是民用设施和普通居民，面对的爆炸安全防护问题越来越突出。在抗爆防护实际应用中，典型的钢筋混凝土结构质量过于沉重、构造周期长，且不适用于车辆、飞行器等机动装备。
传统的装甲钢则使用过厚过重，通常会牺牲车辆等的有效载荷和敏捷性，而且会增加动力装置的故障率。复合装甲具有较好的抗弹性能，其抗子弹穿透、抗破甲弹以及防破片与崩落物的性能往往优于单一材料组成的装甲结构。
然而，现有的双硬度钢/铝复合装甲、装甲钢/陶瓷复合装甲和金属封装陶瓷复合装甲等已经无法满足车辆轻量化发展的趋势。现有陶瓷复合装甲单纯“硬碰硬”的设计思想，使其基本不具有抗重复打击能力。另一方面，轻型车辆在面对近距爆炸时，对其产生重大破坏的往往不是破片，而是高强度爆炸冲击波。一般子弹和破片对装备产生的只是点伤害，而爆炸冲击波对装备产生的是大面积撕裂或折断。遗憾的是，目前现有复合装甲(也包括装甲钢、铝合金装甲和钛合金装甲等)只注重了对抗弹抗破片打击的设计，对爆炸冲击波防护的考虑却较少。
发明内容
针对现有复合装甲存在的无法满足车辆轻量化、抗重复打击能力差、爆破冲击波防护性能不佳等问题，本发明提供隔层夹芯型泡沫铝复合装甲及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种隔层夹芯型泡沫铝复合装甲，包括弹性极限强度大于420MPa、断裂伸长率大于25%的高弹性钢板，所述高弹性钢板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第一结构网，所述第二表面设有第二结构网；
还包括自所述第一表面向外依次叠设的第一泡沫铝、第一金属板及背板；
还包括自所述第二表面向外依次叠设的第二泡沫铝、第二金属板及前板。
相应地，本发明所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，至少包括如下步骤：
(1)对所述高弹性钢板的第一表面及第二表面进行清洁处理，并在所述第一表面进行第一结构网的固定处理，在所述第二表面进行第二结构网的固定处理；
(2)将泡沫铝的原料充分混合后置于模具内，进行冷压成型，得到压制坯，将所述压制坯分别置于固定有结构网的第一表面、第二表面，依次进行冷压、热压处理，并经冷却处理得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体；
(3)将所述预制体按照第一可发泡铝朝上的方式放入电阻加热炉内，进行第一次发泡处理，得到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的所述预制体置于用于支撑并限定所述预制体的凹槽上，所述第一泡沫铝置于所述凹槽内，所述第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，使得第二可发泡铝部分熔融，经冷却得到第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构；
(4)在所述第一泡沫铝表面进行第一金属板的连接处理，在所述第二泡沫铝表面进行第二金属板的连接处理；
(5)在所述第一金属板表面进行背板的连接处理，在所述第二金属表面进行前板的连接处理。
相对于传统装甲钢，在同等抗弹能力下，本发明的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲重量约减轻21%-30%；相对于现有陶瓷复合装甲，在同等抗弹能力下，重量约减轻9%-17%，满足车辆轻量化的要求；并且，本发明提供的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲具有较强的抗重复打击能力、抗弹防破片能力，较强的爆破冲击波防护性能。
相对于现有技术，本发明提供的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，工艺简单，加工方便，安全环保。
附图说明
图1是本发明实施例中隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的剖视结构示意图；
图2是本发明实施例中隔层夹芯型泡沫铝复合装甲图1中A处的局部放大图；
图中：1、高弹性钢板；2、第一结构网；3、第二结构网；4、第一泡沫铝；5、第二泡沫铝；6、第一金属板；7、第二金属板；8、背板；9、前板；11、第一表面；12、第二表面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2所示，本发明隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲，包括弹性极限强度大于420MPa、断裂伸长率大于25%的高弹性钢板1，所述高弹性钢板1具有相对的第一表面11和第二表面12；
所述第一表面11设有第一结构网2，所述第二表面12设有第二结构网3；还包括所述第一表面11向外依次叠设的第一泡沫铝4、第一金属板6及背板8；还包括所述第二表面12向外依次叠设的第二泡沫铝5、第二金属板7及前板9.
具体地，采用弹性极限强度大于420MPa、断裂伸长率大于25%的高弹性钢板1，能够更好的承受由外部传递而来的冲击力，提高整体结构的抗冲击能力。
优选地，所述高弹性钢板1的厚度为0.1cm~0.5cm。
进一步优选地，所述高弹性钢板1的厚度为0.2cm~0.3cm。
在一实施例中，高弹性钢板1可以是3J33合金钢或GH4169合金钢，但不限于这两种。
第一结构网2和第二结构网3在隔层夹芯型泡沫铝复合装甲中，能够使得高弹性钢板1分别与第一泡沫铝4、第二泡沫铝5通过冶金结合方式进行连接时，连接得更加牢固。
优选地，第一结构网2为片状铁丝网或铁铝纤维毡。其具体是采用气体保护电弧焊将片状铁丝网或铁铝纤维毡(铁丝网或铁铝纤维毡面积稍微小于高弹性钢板1的面积)与高弹性钢板1焊接在一起。片状铁丝网和铁铝纤维毡的选用，根据生产具体的要求而定。焊接材料可以选用国产GHS-70强韧性焊丝，但是不限于这种焊接材料。焊接前对工件在125~135℃环境下预热，预热时间随工艺而定。焊接过程中，要保证结合处有一定熔深。
优选地，第二结构网3为片状铁丝网或铁铝纤维毡。其具体是采用气体保护电弧焊将片状铁丝网或铁铝纤维毡(铁丝网或铁铝纤维毡面积稍微小于高弹性钢板1的面积)与高弹性钢板1焊接在一起。片状铁丝网和铁铝纤维毡的选用，根据生产具体的要求而定。焊接材料可以选用国产GHS-70强韧性焊丝，但是不限于这种焊接材料。焊接前对工件在125~135℃环境下预热，预热时间随工艺而定。焊接过程中，要保证结合处有一定熔深。
本发明在高弹性钢板1第一表面11上通过冶金结合的方式叠设的第一泡沫铝4，具有抗腐蚀性强，使用温度宽的特点，具有较高的比强度、比模量和屈服应力，其应力应变曲线显示出很宽的屈服平台具有优异的能量吸收特性，用于隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲具有良好的抗弹和抗爆炸冲击波冲击能力。
优选地，第一泡沫铝4可以是闭孔泡沫铝或开孔泡沫铝；厚度为1cm~3cm。
进一步优选地，第一泡沫铝4的厚度为1cm~1.5cm，在满足车辆轻量化的同时，保证第一泡沫铝4有足够的变形量来削弱爆炸冲击波冲击力。
进一步优选闭孔泡沫铝，所述闭孔泡沫铝的密度为0.7g/cm3~1g/cm3，因为闭孔泡沫铝的抗侵彻性能优于开孔泡沫铝的抗侵彻性能，且密度为0.7g/cm3~1g/cm3的闭孔泡沫铝的抗侵彻性能最优，可以提供更好的抗弹和抗爆炸冲击波冲击性能。
更为优选地，所述闭孔泡沫铝的密度为0.8g/cm3~0.9g/cm3，具有更好的抗爆炸冲击波冲击能力，在受到冲击时该类闭孔泡沫铝不会碎裂可承受较大变形。
本发明在高弹性钢板1第二表面12上通过冶金结合的方式叠设的第二泡沫铝5，具有抗腐蚀性强，使用温度宽的特点，具有较高的比强度、比模量和屈服应力，其应力应变曲线显示出很宽的屈服平台具有优异的能量吸收特性，用于隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲具有良好的抗弹和抗爆炸冲击波冲击能力。
优选地，第二泡沫铝5可以是闭孔泡沫铝或开孔泡沫铝；厚度为1cm~3cm。
进一步优选地，第二泡沫铝5的厚度为1cm~1.5cm，在满足车辆轻量化的同时，保证第二泡沫铝5有足够的变形量来削弱爆炸冲击波冲击力。
进一步优选闭孔泡沫铝，所述闭孔泡沫铝的密度为0.7g/cm3~1g/cm3，因为闭孔泡沫铝的抗侵彻性能优于开孔泡沫铝的抗侵彻性能，且密度为0.7g/cm3~1g/cm3的闭孔泡沫铝的抗侵彻性能最优，可以提供更好的抗弹和抗爆炸冲击波冲击性能。
更为优选地，所述闭孔泡沫铝的密度为0.8g/cm3~0.9g/cm3，具有更好的抗爆炸冲击波冲击能力，在受到冲击时该类闭孔泡沫铝不会碎裂可承受较大变形。
第一金属板6在隔层夹芯型泡沫铝复合装甲中，可以克服单纯的第一泡沫铝4材料抗射弹侵彻的能力较差的缺点。
优选地，第一金属板6可以是纯铝板、铝合金板、镁铝合金板、镁锂合金板、低碳钢板、均质装甲钢板、合金钢板、纯钛板和钛合金板等。
根据与泡沫铝的连接难易和连接强度，进一步优选铝板或钢板。
优选地，第一金属板6的厚度为0.3cm~3cm。
优选地，第一金属板6与第一泡沫铝4通过胶接或可拆卸螺栓进行连接。
采用胶接时，选用Lord320/322双组份环氧胶，双组份胶按体积比1:1充分混合，均匀涂覆在预粘接表面，90℃固化2小时；或选用FM94胶，均匀涂覆在预粘接表面，110℃，固化大于2小时。
采用可拆卸螺栓连接时，在第一金属板6的周边及第一泡沫铝4的相应位置开有螺纹孔，通过螺栓进行连接。
第二金属板7在隔层夹芯型泡沫铝复合装甲中，可以克服单纯的第二泡沫铝5材料抗射弹侵彻的能力较差的缺点。
优选地，第二金属板7可以是纯铝板、铝合金板、镁铝合金板、镁锂合金板、低碳钢板、均质装甲钢板、合金钢板、纯钛板和钛合金板等。
根据与泡沫铝的连接难易和连接强度，进一步优选铝板或钢板。
优选地，第二金属板7的厚度为0.3cm~3cm。
优选地，第二金属板7与第二泡沫铝5通过胶接或可拆卸螺栓进行连接。
采用胶接时，选用Lord320/322双组份环氧胶，双组份胶按体积比1:1充分混合，均匀涂覆在预粘接表面，90℃固化2小时；或选用FM94胶，均匀涂覆在预粘接表面，110℃，固化时间大于2小时。
采用可拆卸螺栓连接时，在第一金属板7的周边及第一泡沫铝5的相应位置开有螺纹孔，通过螺栓进行连接。
通过增加第一金属板6、第二金属板7提高隔层夹芯型泡沫铝复合装甲整体结构的抗爆炸冲击波和防弹防破片能力。
背板8在隔层夹芯型泡沫铝复合装甲中，起到进一步阻挡穿入装甲中的弹片或爆炸碎片的作用。
优选地，背板8为钢板、铝合金板、玻璃纤维复合材料板和碳纤维复合材料板中的任一种。
进一步优选地，背板8的厚度为0.3cm~5cm，在满足车辆轻量化要求的同时，保证可以起到进一步阻挡穿入装甲中的弹片或爆炸碎片的作用。
优选地，背板8与第一金属板6通过胶接或焊接或可拆卸螺栓进行连接。
前板9在在隔层夹芯型泡沫铝复合装甲中，直接阻挡弹片或爆炸碎片。
优选地，前板9为陶瓷板，优选氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、碳化硼陶瓷、碳化硅陶瓷、B4C/SiC陶瓷、氮化硅陶瓷、二硼化钛陶瓷、玻璃陶瓷、硅陶瓷中的任一种。陶瓷板与第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构复合在一起，可以得到一种机械运动缓冲结构。当弹丸与陶瓷板初始撞击时，由于力的传导首先使泡沫铝芯变形，消耗弹丸冲击力，同时又利用陶瓷的高硬度高抗压能力保证整体结构不损伤，这样就赋予整体结构具有抗重复打击能力。
进一步优选地，前板9的厚度为0.3cm~5cm，在满足车辆轻量化要求的同时，保证前板9可以起到直接阻挡弹片或爆炸碎片的作用。
优选地，前板9与第二金属板7通过胶接或可拆卸螺栓进行连接。
本发明所提供的隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲既具有良好的抗弹防破片能力，又具有优异的抗爆炸冲击波冲击能力，满足了实际爆炸环境下同时防破片和防爆炸冲击波的需要，尤其是在近距爆炸威胁下，可有效地保障人员和装备的安全；具有双泡沫铝芯的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构是一种新型的抗爆抗高速冲击结构，其设计特点是通过增大各结构单元的变形量将冲击能量尽量地消耗在高弹性钢板1周围，提高整体结构的抗冲击能力；将陶瓷板与第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构复合在一起，可以得到一种机械运动缓冲结构，当弹丸与陶瓷板初始撞击时，由于力的传导首先使泡沫铝变形，消耗弹丸冲击力，而同时又利用陶瓷的高硬度高抗压能力保证整体结构不损伤。这样就赋予整体结构具有抗重复打击能力。
本发明在提供该隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲的前提下，还进一步提供了该隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲的制造方法。
在一实施例中，该制造方法至少包括以下步骤：
(1)对所述高弹性钢板的第一表面及第二表面进行清洁处理，并在所述第一表面进行第一结构网的固定处理，在所述第二表面进行第二结构网的固定处理；
(2)将泡沫铝的原料充分混合后置于模具内，进行冷压成型，得到压制坯，将所述压制坯分别置于固定有结构网的第一表面、第二表面，依次进行冷压、热压处理，并经冷却处理得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体；
(3)将所述预制体按照第一可发泡铝朝上的方式放入电阻加热炉内，进行第一次发泡处理，得到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的所述预制体置于用于支撑并限定所述预制体的凹槽上，所述第一泡沫铝置于所述凹槽内，所述第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，使得第二可发泡铝部分熔融，经冷却得到第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构；
(4)在所述第一泡沫铝表面进行第一金属板的连接处理，在所述第二泡沫铝表面进行第二金属板的连接处理；
(5)在所述第一金属板表面进行背板的连接处理，在所述第二金属表面进行前板的连接处理。
下面对上述制造方法做进一步的解释说明：
优选地，对所述高弹性钢板1的第一表面11及第二表面12的清洁处理，采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取2000~3000r/min，打磨压力选择1000~1500N；采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s；将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后的高弹性钢板1烘干备用。
优选地，第一结构网3、第二结构网4的固定处理，采用气体保护电弧焊将第一结构网3、第二结构网4(第一结构网3、第二结构网4的面积均稍小于高弹性钢板1的面积)分别与高弹性钢板1的第一表面11、第二表面12焊接在一起；焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定；焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深；将焊接有第一结构网3、第二结构网4的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，烘干备用。
优选地，第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体的制造，将质量分数为95%-99%的铝粉与质量分数为1%-5%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯；将压制坯分别置于高弹性钢板1上下两面，在压力为300MPa下冷压；冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压0.8-1.2小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体。
优选地，第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构的制造，将第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体置于电阻加热炉内，设置温度为620-680℃，保温0.8-1.2h，进行第一次发泡，得到第一泡沫铝；根据泡沫铝发泡试验，为保证钢板上下两侧的泡沫铝在电阻加热炉内最终发泡厚度及孔隙率基本一致，此处设置了二次发泡法，在第二次发泡时运用凹槽进行支承并限位；将经过第一次发泡的预制体置于凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，所述第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为720-780℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构。
优选地，在第一泡沫铝4表面进行第一金属板6的连接处理及在第二泡沫铝5表面进行第二金属板7的连接处理，采用胶接或可拆卸螺栓的方式在第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构两侧分别连接第一金属板6和第二金属板7；胶接工艺如下：用丙酮清洗工件（第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构、第一金属板6和第二金属板7）表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡15-25min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对第一金属板、第二金属板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理，并用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；第一金属板6和第二金属板7为铝板时，胶接选用Lord320/322双组份环氧胶，双组份胶按体积比1:1充分混合，均匀涂覆在预粘接表面；两工件粘接面夹紧，放入恒温箱中，90℃固化2小时；第一金属板6和第二金属板7为钢板时，胶接选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间大于2小时。
优选地，在第一金属板6表面进行背板的连接处理及在第二金属7表面进行前板的连接处理，前板9和为陶瓷板，采用胶接或可拆卸螺栓方式与第二金属7连接在一起；前板9为氧化铝陶瓷板时，胶接选用聚碳硅烷胶，固化温度120℃，固化时间大于5小时；背板8采用胶接、焊接或可拆卸螺栓连接的方式与第一金属板6连接在一起；当背板8为玻纤增强复合材料时，胶接同样选用FM94胶，固化温度110℃，固化2-3小时。
本方法制造工艺简单，加工方便，绿色安全。
为了更方便得理解本发明隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲，下面结合具体实施例进一步地详细说明。
实施例1
本实施例隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲的第一发泡沫铝-钢-第二发泡沫铝三明治结构的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用3J33合金钢，厚度为0.1cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取2000r/min，打磨压力选择1000N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2片状铁丝网和第二结构网3片状铁丝网(铁丝网面积稍小于高弹性钢板的面积)与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为99%的铝粉(Si0.2，Fe0.25,Cu 0.01,Al余量,%)与质量分数为1%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为650℃，保温1小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为750℃，加热至铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构。
其中，步骤（2）中的铁丝网可以用钢铝纤维毡来代替；步骤（4）中泡沫铝密度为0.7g/cm3，其厚度为3cm。
实施例2
本实施例隔层夹芯型轻质泡沫铝复合装甲的铝-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-铝结构的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用GH4169合金钢，厚度为0.3cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取3000r/min，打磨压力选择1500N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2钢铝纤维毡和第二结构网3片状铁丝网与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网和钢铝纤维毡的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为95%的铝粉(Si 0.2，Fe 0.25, Cu 0.01, Al 余量%)与质量分数为5%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为620℃，保温1.2小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为780℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构，泡沫铝密度为1g/cm3，其厚度为1cm；
（5）采用胶接方式在第一泡沫铝4和第二泡沫铝5两侧连接第一金属板6和第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7为纯铝板（厚度为0.3cm），泡沫铝与铝板胶接工艺如下：用丙酮清洗工件表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对纯铝板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理；用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；泡沫铝与铝板胶接时选用Lord320/322双组份环氧胶，双组份胶按体积比1:1充分混合，均匀涂覆在预粘接表面；两工件粘接面夹紧，放入恒温箱中，90℃固化2小时，得到铝-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-铝结构。
实施例3
本实施例隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的钢-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-钢结构的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用普通低碳钢，厚度为0.25cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取2500r/min，打磨压力选择1200N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2钢铝纤维毡和第二结构网3片状铁丝网与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网和钢铝纤维毡的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为99%的铝粉(Si0.2，Fe 0.25, Cu 0.01, Al 余量,%)与质量分数为1%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为680℃，保温1.2小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为720℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构，泡沫铝密度为0.85g/cm3，其厚度为1.5cm；
（5）采用胶接方式在第一泡沫铝4和第二泡沫铝5两侧连接第一金属板6和第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7均为低碳钢板（厚度为1cm），泡沫铝与钢板胶接工艺如下：用丙酮清洗工件表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对低碳钢板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理；用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；泡沫铝与钢板胶接时选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间3小时，得到钢-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-钢结构。
实施例4
本实施例隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用GH4169合金钢，厚度为0.5cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取3000r/min，打磨压力选择1500N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2钢铝纤维毡和第二结构网3片状铁丝网与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网和钢铝纤维毡的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为99%的铝粉(Si0.2，Fe 0.25, Cu 0.01, Al 余量,%)与质量分数为1%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为650℃，保温1小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为750℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构，泡沫铝密度为0.8g/cm3，其厚度为1.5cm；
（5）采用胶接方式在第一泡沫铝4和第二泡沫铝5两侧连接第一金属板6和第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7为纯铝板（厚度为3cm）；胶接工艺如下：用丙酮清洗工件表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对纯铝板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理；用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；泡沫铝与铝板胶接时选用Lord320/322双组份环氧胶，双组份胶按体积比1:1充分混合，均匀涂覆在预粘接表面；两工件粘接面夹紧，放入恒温箱中，90℃固化2小时，得到铝-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-铝结构。
（6）前板9和背板8同为玻纤增强复合材料板，厚度为5cm，采用胶接连接的方式，胶接选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间2.5小时，最终得到隔层夹芯型泡沫铝复合装甲。
实施例5
本实施例隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用3J33合金钢，厚度为0.3cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取2500r/min，打磨压力选择1200N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2钢铝纤维毡和第二结构网3片状铁丝网与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网和钢铝纤维毡的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为99%的铝粉(Si0.2，Fe 0.25, Cu 0.01, Al 余量,%)与质量分数为1%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为650℃，保温1小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为750℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构，泡沫铝密度为0.9g/cm3，其厚度为1cm；
（5）采用胶接方式在第一泡沫铝4和第二泡沫铝5两侧连接第一金属板6和第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7均为合金钢板（厚度为1cm）；胶接工艺如下：用丙酮清洗工件表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对合金钢板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理；用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；胶接时选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间3小时，得到合金钢板-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-合金钢板结构；
（6）将前板9以及背板8与合金钢板连接在一起，前板9为氧化铝陶瓷板，厚度为0.3cm，采用胶接的方式与合金钢板连接，选用聚碳硅烷胶，固化温度120℃，固化时间6小时；背板8为玻纤增强复合材料板，厚度为0.3cm,采用胶接的方式与合金钢板连接，同样选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间3小时，最终得到隔层夹芯型泡沫铝复合装甲。
实施例6
本实施例隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法包括如下步骤：
（1）采用钢材料打磨摩擦机对高弹性钢板1进行双面打磨，高弹性钢板1选用GH4169合金钢，厚度为0.2cm，磨石材料为棕刚玉和锆刚玉的混合物，磨石粒度为16#，打磨转速取2500r/min，打磨压力选择1200N，采用间隔打磨的方式进行打磨，即将打磨分为5个周期，每个周期打磨4次，每次打磨时间为10s，将打磨后的高弹性钢板1用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（2）采用气体保护电弧焊分别将第一结构网2钢铝纤维毡和第二结构网3片状铁丝网与高弹性钢板1的第一表面11和第二表面12焊接在一起，焊接材料选用国产GHS-70强韧性焊丝，焊接前对工件在130℃环境下预热，预热时间随工艺而定，焊接过程中，要保证两工件结合处有一定熔深，将焊接有铁丝网和钢铝纤维毡的高弹性钢板1再次用丙酮清洗，洗净后烘干备用；
（3）将质量分数为99%的铝粉(Si 0.2，Fe 0.25, Cu 0.01, Al 余量,%)与质量分数为1%的发泡剂TiH2充分混合，置于模具内，在压力为200MPa下冷压成型，得到一定密度的压制坯，铝混合粉末压制坯分别置于高弹性钢板1第一表面11和第二表面12上，在压力为300MPa下冷压，冷压板置于300MPa、500℃条件下的热压模具内保温保压1小时，冷却得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝预制体；
（4）上述制备的预制体放置于电阻加热炉内，设置温度为650℃，保温1小时，进行第一次发泡，到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的预制体置于用于支撑并限定预制体的凹槽上，第一泡沫铝置于所述凹槽内，第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，设置温度为750℃，加热至第二可发泡铝部分熔融，发泡剂充分分解发泡，冷却得到冶金结合的第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构，泡沫铝密度为0.9g/cm3，其厚度为1cm；
（5）采用胶接方式在第一泡沫铝4和第二泡沫铝5两侧连接第一金属板6和第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7均为均质装甲钢板（厚度为0.5cm），泡沫铝与钢板胶接工艺如下：用丙酮清洗工件表面，去除表面污物和工业润滑脂；将欲胶接工件表面浸泡在10%的氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去除表面氧化物薄膜；将工件置于稀硫酸溶液中，进行中和处理，中和掉碱液，露出光亮的金属表面；对均质装甲钢板表面进行机械打磨；用蒸馏水漂洗工件，清除残留在工件表面的杂质；对工件表面进行钝化处理；用蒸馏水冲洗净，烘干去除残存在工件表面的水分；胶接时选用FM94胶，固化温度110℃，固化时间3小时，得到均质装甲钢板-第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝-均质装甲钢板结构；
（6）前板9为碳化硅陶瓷板，厚度为1cm，采用胶接和紧固件连接的方式与均质装甲钢板连接，选用聚碳硅烷胶，固化温度120℃，固化时间6小时；背板8为低碳钢板，厚度为0.3cm，采用焊接连接的方式，将低碳钢板与均质装甲钢板连接在一起。最终得到隔层夹芯型泡沫铝复合装甲。
本实施例中所提供4.5厘米厚的新型泡沫铝复合装甲可抵御75MPa-120MPa的爆炸冲击波超压而不被破坏，满足近距爆炸威胁下有效保障人员和装备安全的迫切需求。
除以上所述具体实施例外，还可以将多个本发明所述第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构组成串联结构，形成复合装甲。
通过以上具体实施例可得隔层夹芯型泡沫铝复合装甲，通过增大各结构单元的变形量将冲击能量尽量地消耗在高弹性钢板周围，提高整体结构的抗冲击能力，具有较强的抗弹防破片能力，较强的抗爆炸冲击波能力，且满足车辆轻量化的性能特点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述复合装甲包括弹性极限强度大于420MPa、断裂伸长率大于25％的高弹性钢板，所述高弹性钢板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第一结构网，所述第二表面设有第二结构网；
还包括自所述第一表面向外依次叠设的第一泡沫铝、第一金属板及背板；
还包括自所述第二表面向外依次叠设的第二泡沫铝、第二金属板及前板，所述制造方法，包括如下步骤：
(1)对所述高弹性钢板的第一表面及第二表面进行清洁处理，并在所述第一表面进行第一结构网的固定处理，在所述第二表面进行第二结构网的固定处理；
(2)将泡沫铝的原料充分混合后置于模具内，进行冷压成型，得到压制坯，将所述压制坯分别置于固定有结构网的第一表面、第二表面，依次进行冷压、热压处理，并经冷却处理得到第一可发泡铝-钢-第二可发泡铝结构的预制体；
(3)将所述预制体按照第一可发泡铝朝上的方式放入电阻加热炉内，进行第一次发泡处理，得到第一泡沫铝；然后将经过第一次发泡的所述预制体置于用于支撑并限定所述预制体的凹槽上，所述第一泡沫铝置于所述凹槽内，所述第二可发泡铝裸露，将所述预制体与所述凹槽一起置于电阻加热炉内，进行第二次发泡处理，使得第二可发泡铝部分熔融，经冷却得到第一泡沫铝-钢-第二泡沫铝三明治结构；
(4)在所述第一泡沫铝表面进行第一金属板的连接处理，在所述第二泡沫铝表面进行第二金属板的连接处理；
(5)在所述第一金属板表面进行背板的连接处理，在所述第二金属板表面进行前板的连接处理。
2.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述第一金属板与所述第一泡沫铝通过胶接或可拆卸螺栓进行连接；所述第二金属板与所述第二泡沫铝通过胶接或可拆卸螺栓进行连接；和/或所述第一泡沫铝、第二泡沫铝分别与所述高弹性钢板通过冶金结合的方式连接。
3.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述背板与所述第一金属板通过胶接、焊接或可拆卸螺栓进行连接；所述前板与所述第二金属板通过胶接或可拆卸螺栓进行连接。
4.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述第一结构网为片状铁丝网或铁铝纤维毡；和/或所述第二结构网为片状铁丝网或铁铝纤维毡。
5.如权利要求1～3任一项所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述第一金属板为纯铝板、铝合金板、镁铝合金板、镁锂合金板、低碳钢板、均质装甲钢板、合金钢板、纯钛板和钛合金板中的任一种；和/或所述第一金属板的厚度为0.3～3cm；
和/或所述第二金属板为纯铝板、铝合金板、镁铝合金板、镁锂合金板、低碳钢板、均质装甲钢板、合金钢板、纯钛板和钛合金板中的任一种；和/或所述第二金属板的厚度为0.3～3cm。
6.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述前板为陶瓷板；所述陶瓷板的材料为氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、碳化硼陶瓷、碳化硅陶瓷、B4C/SiC陶瓷、氮化硅陶瓷、二硼化钛陶瓷、玻璃陶瓷中的任一种；所述前板的厚度为0.3cm～5cm；
和/或所述背板为钢板、铝合金板、玻璃纤维复合材料板和碳纤维复合材料板中的任一种；所述背板的厚度为0.3cm～5cm。
7.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述高弹性钢板为弹簧钢、合金钢、低碳钢中的任一种；所述高弹性钢板的厚度为0.1～0.5cm；
和/或所述第一泡沫铝、第二泡沫铝均为闭孔泡沫铝或开孔泡沫铝，所述第一泡沫铝、第二泡沫铝的密度均为0.7g/cm3～1g/cm3，厚度均为1～3cm。
8.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，以所述泡沫铝的原料质量为100％计，所述泡沫铝的原料包括以下组分
铝粉 95％～99％；
发泡剂 1％～5％；
其中，所述发泡剂为TiH2。
9.如权利要求1所述的隔层夹芯型泡沫铝复合装甲的制造方法，其特征在于，所述第一次发泡温度为620～680℃，时间为0.8～1.2h；所述第二次发泡温度为720～780℃。
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