[发明专利]一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，具体涉及一类二元或多元反应组分含能金属药型罩的低温近净尺寸成型制备方法，属于材料制备和增材制造技术领域。

背景技术

聚能药型罩是对炸药爆炸能量产生聚能效应的关键部件，在毁伤性武器和石油射孔弹上得到了广泛应用。根据药型罩结构与装药的不同，可以产生三种类型的毁伤元：聚能射流、爆炸成型弹丸和杆式侵彻体。典型的锥形药型罩在受到炸药爆炸产生的高速、高压爆轰波作用时，药型罩上受到的高压力使药型罩材料以约10⁴/s～10⁷/s的高应变速率变形并发生压溃效应，沿药型罩轴线形成头部速度6km/s～12km/s的高速射流，射流与目标作用时通过侵彻过程形成穿孔。

传统聚能药型罩材料选择准则主要遵循高密度、高熔点、高强度和良好的延展性，以提高射流的连续性、射流头部速度和射流的质量，从而实现对目标的最大侵彻深度，纯铜具有良好的塑性、较高的密度和良好的加工性能，成为最为常用的药型罩材料，在实际中得到广泛应用。但是在进行混凝土、岩土等硬质目标的侵彻开孔应用时，除了要求获得一定的侵彻深度外，还要求侵彻孔直径进一步增大，同时破孔形状规则，破孔后不形成杵体，而传统的铜药型罩存在开孔直径较小、侵彻过程中容易形成杵堵、孔径形状不规则等不足。近年来，含能活性金属药型罩因其具有特殊的释能特性，且不形成杵堵，能够兼顾侵彻深度和侵彻孔径，在军事上和石油开孔弹方面具有广泛的应用前景，获得了极大的关注。

含能活性金属药型罩是将活性金属(如Al、Mg、Ti等)和在特定条件下能够与之发生活性化学反应的其它金属、非金属成型为具有一定密度、强度和释能特性的新型药型罩。在炸药爆炸形成的射流侵彻目标时，含能活性金属药型罩中的反应组分之间或材料与外界的氧化性气氛间发生强烈的化学反应，同时释放大量的能量(热、光、爆炸波等)并形成最终产物，提高射流温度，能够实现大的侵彻孔径和较高的侵彻深度，显著提高侵彻通道的容积。

含能活性金属药型罩在冲击载荷下的化学反应速率和能量释放效率与材料中各活性组分的比例、分布形态密切相关，通常要求材料中的活性反应组分能实现充分混合，且各组分分布均匀，同时材料还应具备较高的强度，以获得合理的结构力学性能。目前含能活性金属药型罩加工制备方法以粉末成型为主，包括粉末压制、粉末冶金以及粉体注塑成型等(CN 103328764B，CN 102182432A)。但是粉末压制和粉体注塑成型时，各组分粉末在成型过程中由于受力容易滑移产生局部聚集，导致药型罩中各活性组分的分布出现宏观不均匀性，同时所成型的复杂形状构件存在较高的气孔率，严重影响活性金属材料的结构力学性能。粉末冶金过程中为了获得高的力学性能和较高的致密度，一般需要在成型过程中通过提高烧结温度来实现，由于含能药型罩的组分对温度和氧均较为敏感，其反应温度较低，烧结温度超过反应温度，容易出现各活性在加工阶段的反应，难以在获得高的强度和致密度的情况下兼备化学组分含能特性的完整性。另外，以上传统粉末成型工艺在制备大尺寸、薄壁形状构件方面存在成型难题，尤其是对于药型罩这类复杂曲面的薄壁构件，其成型制备问题严重制约着含能活性金属药型罩的研制和实际应用。

发明内容

针对传统粉末成型方法在含能活性金属药型罩制备技术方面的不足，本发明的目的在于提供一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法利用各反应组分的粉末材料，通过调控粉末粒度和配比，结合制备工艺参数的控制，采用冷喷涂技术实现含能活性金属药型罩的低温近净成型；所述方法能够有效提高二元或多元反应组分含能活性金属药型罩的理论密度和结构力学性能，获得接近于材料理论密度的致密结构，同时保证各反应组分分散均匀，有效避免各反应组分在制备过程中相互反应的问题，在聚能战斗部和石油射孔弹用活性金属药型罩方面具有很好的应用潜力。

本发明的目的采用以下技术方案实现。

一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法，所述方法步骤为：

首先将Al基活性粉末和能与之发生反应的金属粉末进行混合，获得混合均匀的活性金属混合粉末；然后采用冷喷涂将活性金属混合粉末沉积在仿形基体表面，在仿形基体表面获得Al基含能活性金属涂层；最后通过机械加工方法去除仿形基体，获得尺寸精确、形状符合设计要求的Al基含能活性金属药型罩。