[发明专利]一种抗高速冲击多层金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种设计性强且具有优异抵抗高速冲击能力的多层钢金属复合材料及其制备方法，具体制备方法包括：复合材料组元材料的选择及结构设计；母材的预处理：将母材板材表面进行机械打磨、清洗和干燥；真空热压：将组元放入真空热压炉进行热压；将真空热压后的板材进行热轧；将热轧后的复合板直接进行多道次冷轧最终获得表面质量良好、优异抗侵彻性能的多层钢铁复合材料；最后将复合材料进行热处理。该复合材料具有优异的抗高速冲击能力，且其界面无氧化物、孔洞、微裂纹、未结合等缺陷，表面质量优异。

技术领域

本发明属于材料及其制备技术领域，涉及一种具有优异抗高速冲击性能的多层金属复合材料及其制备方法，特别涉及一种结构设计性强、组元力学性能差异极大、具有多层次结构的多层钢铁复合材料，所述复合材料多用于防护领域，如汽车、坦克、舰艇等装甲及防爆门、弹药机库门等。

背景技术

随着特种装备尤其是防护装甲的不断发展，对防护装甲材料或部件提出了更高的要求：轻量化与机动性。当前防护装甲主要有匀质装甲和复合装甲两类。匀质装甲由单一的金属或合金材料组成，早期的装甲大多是使用此类材料作为防护装甲，随着打击火器的侵彻破甲能力的不断提高，仅仅依靠增大装甲厚度的防护措施已不能适应当今技术的要求与发展。复合装甲是由两种或两种以上的材料按照一定的比例经过粘结或者压力加工等工艺组成的非匀质装甲。复合装甲能将不同组元材料的物理力学特性有效的整合在一起，达到提高防御的能力。

在整个高速冲击、侵彻过程中，防护装甲既要承受极高的载荷与局部的高温软化，又要抵御冲击波带来的不利影响，另外还需保持结构的稳定性，甚至要求能够承受多次重复打击。在现有的防护材料中，陶瓷以其高硬度、高强度、高模量、高熔点、低密度等优点被应用于一些防护装甲上。但是，由于陶瓷本身的特性，其脆性大、易发生低拉应力失稳，即一旦失效，会产生崩落现象，导致无法承受二次打击。另外，目前陶瓷的制备工艺比较复杂，成本高也成了制约其进一步应用的巨大阻力。

超高强度马氏体钢以其极高的强度和优异的综合力学性能被广泛应用于航空航天领域。目前超高强度马氏体时效钢的强度最高可达到3.5GPa，同时因其特殊的化学成分，高温下难以发生再结晶，能保证其高温下的力学性能。与陶瓷相比，强度相对较低，但塑韧性、抗拉应力失稳的性能要远远高于陶瓷。且钢铁的连续性好，在局部失稳之后不会发生大面积的崩落现象，能够继续承受二次打击。另外钢铁的制备与加工工艺已十分成熟，成本也能得到很好的控制。

在高速冲击过程中，防护材料不仅要承受高载荷，还要抵御冲击波的影响。单一材料无法有效的延迟冲击波峰的出现或者不能有效的使冲击波衰减。而多界面结构，因材料内部界面对应力波的反射与散射作用的结果，能够使应力波得到极大的衰减，从而减弱应力波的影响。同时，强结合界面还能够阻碍、钝化、延迟裂纹的扩展，能够更好的确保防护材料整体结构的稳定性。

因此，结合多层复合材料的特性，利用复合材料各组元独特的性能与制备工艺优势，发明一种多界面、界面结合良好、具有优异抗侵彻和抗冲击能力的复合材料及其制备方法成了本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多界面、界面结合良好、具有优异抗高速冲击能力的复合材料及其制备方法，所述复合材料由两种力学性能差异极大的材料组成，制备得到的多层金属复合材料具有优异的抗高速冲击能力，且其界面无氧化物、孔洞、微裂纹、未结合等缺陷，带材内部组元变形协调、表面质量优异。

本发明技术方案如下：

一种抗高速冲击多层金属复合材料，其特征在于：所述复合材料为多层结构，由高强高韧马氏体时效钢与商用奥氏体不锈钢组成，两种材料依次堆叠设计，复合材料的最外层为高强高韧马氏体时效钢；所述复合材料的厚度为2~8mm，可根据工况调整组元的厚度。