[發明專利]一種抗高速沖擊多層金屬復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910259905.3
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN111760909B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 王威;張樂;單以銀;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38;B32B15/01
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明的目的是提供一種設計性強且具有優異抵抗高速沖擊能力的多層鋼金屬復合材料及其制備方法，具體制備方法包括：復合材料組元材料的選擇及結構設計；母材的預處理：將母材板材表面進行機械打磨、清洗和干燥；真空熱壓：將組元放入真空熱壓爐進行熱壓；將真空熱壓后的板材進行熱軋；將熱軋后的復合板直接進行多道次冷軋最終獲得表面質量良好、優異抗侵徹性能的多層鋼鐵復合材料；最后將復合材料進行熱處理。該復合材料具有優異的抗高速沖擊能力，且其界面無氧化物、孔洞、微裂紋、未結合等缺陷，表面質量優異。

技術領域

本發明屬于材料及其制備技術領域，涉及一種具有優異抗高速沖擊性能的多層金屬復合材料及其制備方法，特別涉及一種結構設計性強、組元力學性能差異極大、具有多層次結構的多層鋼鐵復合材料，所述復合材料多用于防護領域，如汽車、坦克、艦艇等裝甲及防爆門、彈藥機庫門等。

背景技術

隨著特種裝備尤其是防護裝甲的不斷發展，對防護裝甲材料或部件提出了更高的要求：輕量化與機動性。當前防護裝甲主要有勻質裝甲和復合裝甲兩類。勻質裝甲由單一的金屬或合金材料組成，早期的裝甲大多是使用此類材料作為防護裝甲，隨著打擊火器的侵徹破甲能力的不斷提高，僅僅依靠增大裝甲厚度的防護措施已不能適應當今技術的要求與發展。復合裝甲是由兩種或兩種以上的材料按照一定的比例經過粘結或者壓力加工等工藝組成的非勻質裝甲。復合裝甲能將不同組元材料的物理力學特性有效的整合在一起，達到提高防御的能力。

在整個高速沖擊、侵徹過程中，防護裝甲既要承受極高的載荷與局部的高溫軟化，又要抵御沖擊波帶來的不利影響，另外還需保持結構的穩定性，甚至要求能夠承受多次重復打擊。在現有的防護材料中，陶瓷以其高硬度、高強度、高模量、高熔點、低密度等優點被應用于一些防護裝甲上。但是，由于陶瓷本身的特性，其脆性大、易發生低拉應力失穩，即一旦失效，會產生崩落現象，導致無法承受二次打擊。另外，目前陶瓷的制備工藝比較復雜，成本高也成了制約其進一步應用的巨大阻力。

超高強度馬氏體鋼以其極高的強度和優異的綜合力學性能被廣泛應用于航空航天領域。目前超高強度馬氏體時效鋼的強度最高可達到3.5GPa，同時因其特殊的化學成分，高溫下難以發生再結晶，能保證其高溫下的力學性能。與陶瓷相比，強度相對較低，但塑韌性、抗拉應力失穩的性能要遠遠高于陶瓷。且鋼鐵的連續性好，在局部失穩之后不會發生大面積的崩落現象，能夠繼續承受二次打擊。另外鋼鐵的制備與加工工藝已十分成熟，成本也能得到很好的控制。

在高速沖擊過程中，防護材料不僅要承受高載荷，還要抵御沖擊波的影響。單一材料無法有效的延遲沖擊波峰的出現或者不能有效的使沖擊波衰減。而多界面結構，因材料內部界面對應力波的反射與散射作用的結果，能夠使應力波得到極大的衰減，從而減弱應力波的影響。同時，強結合界面還能夠阻礙、鈍化、延遲裂紋的擴展，能夠更好的確保防護材料整體結構的穩定性。

因此，結合多層復合材料的特性，利用復合材料各組元獨特的性能與制備工藝優勢，發明一種多界面、界面結合良好、具有優異抗侵徹和抗沖擊能力的復合材料及其制備方法成了本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種多界面、界面結合良好、具有優異抗高速沖擊能力的復合材料及其制備方法，所述復合材料由兩種力學性能差異極大的材料組成，制備得到的多層金屬復合材料具有優異的抗高速沖擊能力，且其界面無氧化物、孔洞、微裂紋、未結合等缺陷，帶材內部組元變形協調、表面質量優異。

本發明技術方案如下：

一種抗高速沖擊多層金屬復合材料，其特征在于：所述復合材料為多層結構，由高強高韌馬氏體時效鋼與商用奧氏體不銹鋼組成，兩種材料依次堆疊設計，復合材料的最外層為高強高韌馬氏體時效鋼；所述復合材料的厚度為2~8mm，可根據工況調整組元的厚度。