[发明专利]高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料超塑成形方法

说明书

本发明为一种高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料超塑成形方法，属于超塑性成型技术领域。本方法先是采用高碳钢板、铝箔材通过包套真空复合轧制得到复层板胚，然后将复层板胚进行热压扩散处理得到高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料，接着使用超塑性成形技术处理得到复杂曲面的微叠层复合材料。本发明利用独特的箔‑箔交叠复合轧制+扩散反应工艺获得界面结合强度高的高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料，利用FeAl金属间化合物相的超塑性变形，获得具有复杂曲面结构的金属间化合物复合装甲，为满足未来针对新型攻击武器防护所迫切需要的高性能装甲防护结构的设计制造提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及超塑性成型技术领域，具体是一种高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料超塑成形方法。

背景技术

随着时代的不断进步，对于复合装甲防护材料的改进发展也提出了更高的要求，其一方面需要对“复层”或“三明治”结构进行优化，通过减小层间距、增加层界面的方式获得由“强性层”和“韧性层”交叠而成的多层复合结构，从而充分发挥复层材料的界面效益，提升复层装甲抵抗纵向的透射波和反射波的能力；另一方面改变传统的简单粘接而成的叠层复合装甲形式，通过化合物反应或扩散连接获得冶金结合的界面，从而提高复层装甲“强性层”与“韧性层”间的结合强度，改善由横向切应力导致的界面开裂和分层问题。

根据仿生学原理，目前设计出了金属/金属间化合物微叠层复合材料（Metal-Intermetallic-Laminate composite）（简称MIL材料）。该材料通过较小的层间距和多界面效应使其具有能量耗散结构的应力场，能够有效提升叠层结构抵抗透射波和反射波的能力，提高装甲材料的断裂韧性。同时，由于金属间化合物层/金属层界面为通过反应扩散获得的冶金结合，保证了其微观结构连续性及界面结合强度。可以获得具有低密度、高强度、高比模量、高韧性等优异性能的新型复层装甲材料。研究表明该装甲材料在给定冲击条件下，与具有相近密度的其他装甲材料相比，具有十分优越的抗弹性能。

当前研究较为广泛的钛基微叠层复合装甲由于其主要基材为成本昂贵的TC4钛合金，导致其单位面积成本较高（约800元/平方米）。此外，由硬脆金属间化合物构成的叠层装甲存在难以塑性成型和切削加工的难题，限制了其在由曲面、圆角等够成的防护结构中的使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料超塑成形方法。本发明方法是通过超塑性变形获得具有复杂曲面的高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料，来取代传统的金属和复合陶瓷装甲系统，用于各种轻、中型装甲平台、单兵防护系统和下一代武装直升机防护。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料超塑成形方法，包括如下步骤：

1）对高碳钢板、铝箔材进行预处理

对高碳钢板、铝箔材进行表面预处理，去除其表面的油污、杂质和氧化膜；

2）进行包套真空复合轧制处理

将高氮钢和铝箔材依次交替堆叠后放入包套内部，并真空焊封，进行轧制复合，获得具有一定预应力的复层板胚；

3）进行热压扩散处理

对复层板胚进行热压扩散成形，具体工艺为：将复层板胚以 10℃/min 的升温速度加热到 600℃，保温1小时，然后再以5℃/10min 的升温速度加热到655℃，再保温4小时，铝箔材被完全消耗，再以10℃/min的升温速度加热到955℃，再以5℃/10min的升温速度加热到1000℃，保温2小时，随后进行冷却，获得高氮钢/FeAl金属间化合物微叠层复合材料；

4）进行超塑性处理