本發(fā)明涉及一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，具體涉及一類二元或多元反應(yīng)組分含能金屬藥型罩的低溫近凈尺寸成型制備方法，屬于材料制備和增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚能藥型罩是對(duì)炸藥爆炸能量產(chǎn)生聚能效應(yīng)的關(guān)鍵部件，在毀傷性武器和石油射孔彈上得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)藥型罩結(jié)構(gòu)與裝藥的不同，可以產(chǎn)生三種類型的毀傷元：聚能射流、爆炸成型彈丸和桿式侵徹體。典型的錐形藥型罩在受到炸藥爆炸產(chǎn)生的高速、高壓爆轟波作用時(shí)，藥型罩上受到的高壓力使藥型罩材料以約10⁴/s～10⁷/s的高應(yīng)變速率變形并發(fā)生壓潰效應(yīng)，沿藥型罩軸線形成頭部速度6km/s～12km/s的高速射流，射流與目標(biāo)作用時(shí)通過侵徹過程形成穿孔。

傳統(tǒng)聚能藥型罩材料選擇準(zhǔn)則主要遵循高密度、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和良好的延展性，以提高射流的連續(xù)性、射流頭部速度和射流的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的最大侵徹深度，純銅具有良好的塑性、較高的密度和良好的加工性能，成為最為常用的藥型罩材料，在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。但是在進(jìn)行混凝土、巖土等硬質(zhì)目標(biāo)的侵徹開孔應(yīng)用時(shí)，除了要求獲得一定的侵徹深度外，還要求侵徹孔直徑進(jìn)一步增大，同時(shí)破孔形狀規(guī)則，破孔后不形成杵體，而傳統(tǒng)的銅藥型罩存在開孔直徑較小、侵徹過程中容易形成杵堵、孔徑形狀不規(guī)則等不足。近年來，含能活性金屬藥型罩因其具有特殊的釋能特性，且不形成杵堵，能夠兼顧侵徹深度和侵徹孔徑，在軍事上和石油開孔彈方面具有廣泛的應(yīng)用前景，獲得了極大的關(guān)注。

含能活性金屬藥型罩是將活性金屬(如al、mg、ti等)和在特定條件下能夠與之發(fā)生活性化學(xué)反應(yīng)的其它金屬、非金屬成型為具有一定密度、強(qiáng)度和釋能特性的新型藥型罩。在炸藥爆炸形成的射流侵徹目標(biāo)時(shí)，含能活性金屬藥型罩中的反應(yīng)組分之間或材料與外界的氧化性氣氛間發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)釋放大量的能量(熱、光、爆炸波等)并形成最終產(chǎn)物，提高射流溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)大的侵徹孔徑和較高的侵徹深度，顯著提高侵徹通道的容積。

含能活性金屬藥型罩在沖擊載荷下的化學(xué)反應(yīng)速率和能量釋放效率與材料中各活性組分的比例、分布形態(tài)密切相關(guān)，通常要求材料中的活性反應(yīng)組分能實(shí)現(xiàn)充分混合，且各組分分布均勻，同時(shí)材料還應(yīng)具備較高的強(qiáng)度，以獲得合理的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。目前含能活性金屬藥型罩加工制備方法以粉末成型為主，包括粉末壓制、粉末冶金以及粉體注塑成型等(cn103328764b，cn102182432a)。但是粉末壓制和粉體注塑成型時(shí)，各組分粉末在成型過程中由于受力容易滑移產(chǎn)生局部聚集，導(dǎo)致藥型罩中各活性組分的分布出現(xiàn)宏觀不均勻性，同時(shí)所成型的復(fù)雜形狀構(gòu)件存在較高的氣孔率，嚴(yán)重影響活性金屬材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。粉末冶金過程中為了獲得高的力學(xué)性能和較高的致密度，一般需要在成型過程中通過提高燒結(jié)溫度來實(shí)現(xiàn)，由于含能藥型罩的組分對(duì)溫度和氧均較為敏感，其反應(yīng)溫度較低，燒結(jié)溫度超過反應(yīng)溫度，容易出現(xiàn)各活性在加工階段的反應(yīng)，難以在獲得高的強(qiáng)度和致密度的情況下兼?zhèn)浠瘜W(xué)組分含能特性的完整性。另外，以上傳統(tǒng)粉末成型工藝在制備大尺寸、薄壁形狀構(gòu)件方面存在成型難題，尤其是對(duì)于藥型罩這類復(fù)雜曲面的薄壁構(gòu)件，其成型制備問題嚴(yán)重制約著含能活性金屬藥型罩的研制和實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)粉末成型方法在含能活性金屬藥型罩制備技術(shù)方面的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法利用各反應(yīng)組分的粉末材料，通過調(diào)控粉末粒度和配比，結(jié)合制備工藝參數(shù)的控制，采用冷噴涂技術(shù)實(shí)現(xiàn)含能活性金屬藥型罩的低溫近凈成型；所述方法能夠有效提高二元或多元反應(yīng)組分含能活性金屬藥型罩的理論密度和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，獲得接近于材料理論密度的致密結(jié)構(gòu)，同時(shí)保證各反應(yīng)組分分散均勻，有效避免各反應(yīng)組分在制備過程中相互反應(yīng)的問題，在聚能戰(zhàn)斗部和石油射孔彈用活性金屬藥型罩方面具有很好的應(yīng)用潛力。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟為：

首先將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；然后采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層；最后通過機(jī)械加工方法去除仿形基體，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

其中，所述al基活性粉末為al或al合金粉末，所述金屬粉末為ni、ni合金、fe、fe合金、w和w合金中的一種以上，以所述活性金屬混合粉末總質(zhì)量為100％計(jì)，其中al或al合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％～60％，優(yōu)選al或al合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％；

所述al或al合金粉末粒徑為5μm～50μm，粉末形狀為球形或近球形；優(yōu)選al或al合金粉末粒度為10μm～45μm，形狀為球形。所述ni、ni合金、fe、fe合金、w和w合金粉末粒度為5μm～45μm，粉末形狀為近球形或不規(guī)則形狀；優(yōu)選ni粉為近球形，粒度為10μm～38μm；優(yōu)選fe粉為近球形，粒度為10μm～38μm；優(yōu)選w粉形狀為近球形，粒度為5μm～12μm。

優(yōu)選所述混合為機(jī)械混合。

所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小300μm～500μm，優(yōu)選小300μm；所述仿形基體的材料可采用al、鋼或cu，優(yōu)選為al；

所述仿形基體外表面的清理可采用化學(xué)純的丙酮試劑進(jìn)行超聲清洗，以去除仿形件外表面的油污及污染物，清洗溫度為30℃，清洗時(shí)間不低于10min，超聲清洗后在105℃烘干30min；

所述藥型罩形狀為圓錐形、球缺形或雙錐形；

所述冷噴涂是通過將一定溫度和壓力的氣體利用拉法爾噴嘴進(jìn)行加速形成高速氣體射流，將送入射流的活性金屬粉末加熱、加速后使活性金屬粉末高速撞擊基體表面，利用固態(tài)活性金屬粉末與基體發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形而形成沉積的方法；所述冷噴涂的工作和送粉氣體分別獨(dú)立為氮?dú)饣蚝?，氣體壓力為0.48mpa～1.2mpa，氣體溫度為100℃～300℃，送粉速率為7g/min～25g/min，噴嘴出口距離仿形基體表面10mm～40mm，噴嘴軸線與仿形基體表面夾角為70°～90°，通過調(diào)整噴槍的移動(dòng)速度與仿形基體的旋轉(zhuǎn)速度，使噴嘴與仿形基體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為30mm/s～150mm/s，單遍沉積厚度為0.4mm～2mm。

優(yōu)選冷噴涂的工作氣體為氦氣，優(yōu)選的工作氣體壓力為0.62mpa，工作氣體溫度為150℃，送粉速率為11g/min，噴嘴出口距離仿形基體表面15mm；噴嘴軸線與仿形基體表面夾角為90°。

優(yōu)選噴嘴與仿形基體外表面切向的相對(duì)移動(dòng)速度為80mm/s，單遍沉積厚度為0.8mm。

優(yōu)選的機(jī)械加工方法為車削加工；優(yōu)選的藥型罩車削加工次序?yàn)椋合燃庸ね獗砻嬷了幮驼衷O(shè)計(jì)尺寸，然后去除仿形基體，并將藥型罩內(nèi)表面的尺寸加工至最終尺寸；優(yōu)選車刀的進(jìn)刀速度為0.1mm/s～1mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.1mm～0.3mm。

有益效果

1.本發(fā)明提供的含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，可實(shí)現(xiàn)二元/多元活性金屬體系的共沉積。通過改變活性金屬粉末的尺寸、配比及噴涂工藝參數(shù)，可靈活調(diào)控所制備的活性金屬構(gòu)件中活性組分的含量、分布和組織結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)活性金屬藥型罩能量釋放特性的調(diào)控，所制備的藥型罩連續(xù)致密，氣孔率低于1％；

2.本發(fā)明提供的含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，可適用于多種含al、mg等活性金屬的含能材料體系，制備過程中涂層及仿形基體的溫度低于150℃，遠(yuǎn)低于各活性組分間的反應(yīng)起始溫度，可有效避免各活性組粉間的反應(yīng)及氧化；

3.本發(fā)明提供的含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備過程中，活性金屬粉末材料顆粒高速撞擊基體后會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形，材料產(chǎn)生明顯的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，所制備的含能活性材料強(qiáng)度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)粉末方法，藥型罩具有良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；

4.本發(fā)明提供的含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，通過合理的加工余量設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)大尺寸薄壁含能活性藥型罩的近凈尺寸成型，生產(chǎn)效率高，工藝控制簡(jiǎn)單，適合于批量生產(chǎn)；

5.本發(fā)明提供的含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所制備的藥型罩針對(duì)金屬、巖土、混凝土目標(biāo)開孔時(shí)，除了對(duì)炸藥爆炸能量的利用外，還能在侵徹過程中利用活性組分反應(yīng)釋放產(chǎn)生的化學(xué)能形成增壓效果，所開孔道形狀規(guī)則，無杵堵，相比傳統(tǒng)的藥型罩具有更高的開孔直徑。

附圖說明

圖1為噴槍在仿形基體上進(jìn)行冷噴涂的工作示意圖。

圖2為噴涂在仿形基體表面的al基含能活性金屬涂層示意圖。

圖3為實(shí)施例1所獲得的al基含能活性金屬藥型罩照片和微觀組織的掃描電子顯微鏡照片。

圖4為實(shí)施例2所獲得的al基含能活性金屬藥型罩照片和微觀組織的掃描電子顯微鏡照片。

圖5為實(shí)施例3所獲得的al基含能活性金屬藥型罩的微觀組織的掃描電子顯微鏡照片。

圖6為實(shí)施例4所獲得的al基含能活性金屬藥型罩的微觀組織的掃描電子顯微鏡照片。

圖7為實(shí)施例5所獲得的al基含能活性金屬藥型罩照片和微觀組織的掃描電子顯微鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，需要說明的是，這些實(shí)施例是本發(fā)明較優(yōu)的例子，用于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。

以下實(shí)施例中，所用反應(yīng)組分粉末經(jīng)過混合后，置于真空干燥箱內(nèi)在105℃條件下烘干2h后待用。為了清除仿形基體表面的油污和污染物，仿形基體均在30℃的分析純丙酮試劑中超聲清洗10min后，經(jīng)105℃烘干后使用。

實(shí)施例1

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟如下：

1)將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；

所述al基活性粉末是粒度為10μm～45μm的球形al粉，所述金屬粉末是粒度為10μm～38μm的近球形ni粉，將al粉和ni粉機(jī)械混合均勻，以所述活性金屬混合粉末的總質(zhì)量為100％計(jì)，al粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％。

2)采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層，其中，由內(nèi)向外依次為仿形基體、尺寸余量和al基含能活性金屬涂層；

所述藥型罩形狀為球缺形，所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小300μm；所述仿形基體的材料為al；

冷噴涂的工作和送粉氣體采用工業(yè)純n2，沉積參數(shù)為：氣體壓力1.2mpa，氣體溫度為300℃，送粉速率為15g/min，噴嘴出口距離仿形基體外表面10mm，噴嘴軸線與仿形基體外表面夾角為90°，通過調(diào)整噴槍的移動(dòng)速度與仿形基體的旋轉(zhuǎn)速度，使噴槍沿仿基形體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為30mm/s；單遍沉積厚度為1.8mm，共沉積2遍，沉積過程中采用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)仿形基體表面溫度<150℃。

3)沉積完成后，首先將沉積的al基含能活性金屬涂層外表面車削至藥型罩外形尺寸，然后采用車削加工去除仿形基體，并將內(nèi)表面加工至藥型罩內(nèi)壁尺寸；車刀的進(jìn)刀速度為1mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.1mm，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

本實(shí)施例制備的al基含能活性金屬藥型罩和微觀組織如圖3所示。利用掃描電子顯微組織照片，采用圖像分析方法統(tǒng)計(jì)所述藥型罩材料的氣孔率<0.2％，ni組分的體積分?jǐn)?shù)為15％；采用xrd分析所述藥型罩中的相組成，未發(fā)現(xiàn)ni和al粒子間的反應(yīng)生成相，表明在采用冷噴涂進(jìn)行藥型罩的低溫沉積過程中，各活性組分之間未發(fā)生反應(yīng)，活性材料的含能特性得到完整保留；所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮性能依據(jù)gb/t7314-2005金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試；動(dòng)態(tài)壓縮性能采用分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試采用尺寸為φ5×5藥型罩材料作為試樣，測(cè)試應(yīng)變速率3000s^-1。測(cè)試結(jié)果顯示所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為220mpa，動(dòng)態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為260mpa，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；對(duì)所述藥型罩在炸高為3倍罩徑條件下進(jìn)行50mm鋁靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸的銅藥型罩提高90％，且侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象。

實(shí)施例2

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟如下：

1)將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；

所述al基活性粉末是粒度為10μm～45μm的球形al粉，所述金屬粉末是粒度為5μm～12μm的近球形ni粉，將al粉和ni粉機(jī)械混合均勻，以所述活性金屬混合粉末的總質(zhì)量為100％計(jì)，al粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％。

2)采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層，如圖2所示，其中，由內(nèi)向外依次為仿形基體、尺寸余量和al基含能活性金屬涂層；

所述藥型罩形狀為圓錐形，所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小500μm；所述仿形基體的材料為cu；

冷噴涂的工作和送粉氣體采用工業(yè)純he，沉積參數(shù)為：氣體壓力0.48mpa，氣體溫度為150℃，送粉速率為10g/min；噴嘴出口距離仿形基體外表面20mm，噴嘴軸線與仿形基體外表面夾角為90°，通過調(diào)整噴槍的移動(dòng)速度與仿形基體的旋轉(zhuǎn)速度，使噴槍沿仿基形體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為80mm/s，如圖1所示；單遍沉積厚度為0.4mm，共沉積8遍，沉積過程中采用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)仿形基體表面溫度<100℃。

3)沉積完成后，首先將沉積的al基含能活性金屬涂層外表面車削至藥型罩外形尺寸，然后采用車削加工去除仿形基體，并將內(nèi)表面加工至藥型罩內(nèi)壁尺寸；車刀的進(jìn)刀速度為0.5mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.1mm，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

本實(shí)施例制備的al基含能活性金屬藥型罩和微觀組織如圖4所示。利用掃描電子顯微組織照片，采用圖像分析方法統(tǒng)計(jì)所述藥型罩的材料氣孔率<0.2％，ni組分的體積分?jǐn)?shù)為36％；采用xrd分析所述藥型罩中的相組成，未發(fā)現(xiàn)ni和al粒子間的反應(yīng)生成相，表明在采用冷噴涂進(jìn)行所述藥型罩的低溫沉積過程中，各活性組分之間未發(fā)生反應(yīng)，活性材料的含能特性得到完整保留；對(duì)所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮性能依據(jù)gb/t7314-2005金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試；動(dòng)態(tài)壓縮性能采用分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試采用尺寸為φ5×5的藥型罩材料作為試樣，測(cè)試應(yīng)變速率3000s^-1。測(cè)試結(jié)果顯示所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為300mpa，動(dòng)態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為320mpa，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；對(duì)所述藥型罩在炸高為3倍罩徑條件下進(jìn)行50mm鋁靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示采用所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸銅藥型罩提高90％，且侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象。

實(shí)施例3

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟如下：

1)將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；

所述al基活性粉末是粒度為10μm～40μm的近球形2024al合金粉，所述金屬粉末是粒度為5μm～10μm的近球形fe粉，將2024al合金粉和fe粉機(jī)械混合均勻，以所述活性金屬混合粉末的總質(zhì)量為100％計(jì)，2024al合金粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％。

,2)采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層，如圖2所示，其中，由內(nèi)向外依次為仿形基體、尺寸余量和al基含能活性金屬涂層；

所述藥型罩形狀為圓錐形，所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小300μm；所述仿形基體的材料為al；

冷噴涂的工作和送粉氣體采用工業(yè)純he，沉積參數(shù)為：氣體壓力0.62mpa，氣體溫度為300℃，送粉速率為11.7g/min；噴嘴出口距離仿形基體外表面30mm，噴嘴軸線與仿形基體外表面夾角為70°，使噴槍沿仿基形體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為150mm/s，如圖1所示；單遍沉積厚度為0.5mm，共沉積7遍，沉積過程中采用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)仿形基體表面溫度<120℃。

3)沉積完成后，首先將沉積的al基含能活性金屬涂層外表面車削至藥型罩外形尺寸，然后采用車削加工去除仿形基體，并將內(nèi)表面加工至藥型罩內(nèi)壁尺寸；車刀的進(jìn)刀速度為1mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.1mm，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

本實(shí)施例制備的al基含能活性金屬藥型罩的微觀組織如圖5所示。利用掃描電子顯微組織照片，采用圖像分析方法統(tǒng)計(jì)所述藥型罩材料的氣孔率<0.35％，fe組分的體積分?jǐn)?shù)為42％；采用xrd分析所述藥型罩中的相組成，未發(fā)現(xiàn)fe和2024al合金粒子間的反應(yīng)生成相，表明在采用冷噴涂進(jìn)行所述藥型罩的低溫沉積過程中，各活性組分之間未發(fā)生反應(yīng)，活性材料的含能特性得到完整保留；對(duì)所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮性能依據(jù)gb/t7314-2005金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試；動(dòng)態(tài)壓縮性能采用分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試采用尺寸為φ5×5的所述藥型罩材料作為試樣，測(cè)試應(yīng)變速率3000s^-1。測(cè)試結(jié)果顯示所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為310mpa，動(dòng)態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為330mpa，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；對(duì)所述藥型罩在炸高為3倍罩徑條件下進(jìn)行50mm鋁靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示采用所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸銅藥型罩提高70％，且侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象。

實(shí)施例4

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟如下：

1)將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；

所述al基活性粉末是粒度為10μm～45μm的近球形2024al合金粉，所述金屬粉末是粒度為10μm～38μm的近球形fe粉，將2024al合金粉和fe粉機(jī)械混合均勻，以所述活性金屬混合粉末的總質(zhì)量為100％計(jì)，2024al合金粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％。

2)采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層，如圖2所示，其中，由內(nèi)向外依次為仿形基體、尺寸余量和al基含能活性金屬涂層；

所述藥型罩形狀為圓錐形，所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小500μm；所述仿形基體的材料為al；

冷噴涂的工作和送粉氣體采用工業(yè)純he，沉積參數(shù)為：氣體壓力1mpa，氣體溫度為200℃，送粉速率為15g/min，噴嘴出口距離仿形基體外表面40mm，噴嘴軸線與仿形基體外表面夾角為90°，通過調(diào)整噴槍的移動(dòng)速度與仿形基體的旋轉(zhuǎn)速度，使噴槍沿仿基形體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為80mm/s，如圖1所示；單遍沉積厚度為0.6mm，共沉積5遍，沉積過程中采用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)仿形基體表面溫度<80℃。

3)沉積完成后，首先將沉積的al基含能活性金屬涂層外表面車削至藥型罩外形尺寸，然后采用車削加工去除仿形基體，并將內(nèi)表面加工至藥型罩內(nèi)壁尺寸；車刀的進(jìn)刀速度為0.2mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.1mm，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

本實(shí)施例制備的al基含能活性金屬藥型罩的微觀組織如圖6所示。利用掃描電子顯微組織照片，采用圖像分析方法統(tǒng)計(jì)所述藥型罩材料的氣孔率<0.1％，fe組分的體積分?jǐn)?shù)為18％；采用xrd分析所述藥型罩中的相組成，未發(fā)現(xiàn)fe和2024al合金粒子間的反應(yīng)生成相，表明在采用冷噴涂進(jìn)行所述藥型罩的低溫沉積過程中，各活性組分之間未發(fā)生反應(yīng)，活性材料的含能特性得到完整保留；對(duì)所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮性能依據(jù)gb/t7314-2005金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試；動(dòng)態(tài)壓縮性能采用分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試采用尺寸為φ5×5的所述藥型罩材料作為試樣，測(cè)試應(yīng)變速率3000s^-1。測(cè)試結(jié)果顯示所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為260mpa，動(dòng)態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為280mpa，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；對(duì)所述藥型罩在炸高為3倍罩徑條件下進(jìn)行50mm鋁靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示采用所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸銅藥型罩提高40％，且侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象。

實(shí)施例5

一種al基含能活性金屬藥型罩的近凈成型制備方法，所述方法步驟如下：

1)將al基活性粉末和能與之發(fā)生反應(yīng)的金屬粉末進(jìn)行混合，獲得混合均勻的活性金屬混合粉末；

所述al基活性粉末是粒度為10μm～45μm的近球形2024al合金粉，所述金屬粉末是粒度為10μm～38μm的近球形ni粉和粒度為5μm～12μm的近球形w粉，將2024al合金粉、ni粉和w粉機(jī)械混合均勻，以所述活性金屬混合粉末的總質(zhì)量為100％計(jì)，2024al合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，ni粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17％，w粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63％。

2)采用冷噴涂將活性金屬混合粉末沉積在仿形基體表面，在仿形基體表面獲得al基含能活性金屬涂層，其中，由內(nèi)向外依次為仿形基體、尺寸余量和al基含能活性金屬涂層；

所述藥型罩形狀如圖7所示，所述仿形基體與所設(shè)計(jì)藥型罩的形狀相同，其外表面尺寸比所設(shè)計(jì)藥型罩內(nèi)表面尺寸小400μm；所述仿形基體的材料為al；

冷噴涂的工作和送粉氣體采用工業(yè)純he，沉積參數(shù)為：氣體壓力0.62mpa，氣體溫度為300℃，送粉速率為25g/min，噴嘴出口距離仿形基體外表面15mm，噴嘴軸線與仿形基體外表面夾角為90°，通過調(diào)整噴槍的移動(dòng)速度與仿形基體的旋轉(zhuǎn)速度，使噴槍沿仿基形體外表面切線方向的相對(duì)移動(dòng)速度為80mm/s；單遍沉積厚度為0.6mm，共沉積9遍，沉積過程中采用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)仿形基體表面溫度<150℃。

3)沉積完成后，首先將沉積的al基含能活性金屬涂層外表面車削至藥型罩外形尺寸，然后采用車削加工去除仿形基體，并將內(nèi)表面加工至藥型罩內(nèi)壁尺寸；車刀的進(jìn)刀速度為0.5mm/s，單道進(jìn)刀深度為0.3mm，獲得尺寸精確、形狀符合設(shè)計(jì)要求的al基含能活性金屬藥型罩。

本實(shí)施例制備的al基含能活性金屬藥型罩和微觀組織如圖7所示。利用掃描電子顯微組織照片，其中ni、w組分粒子均勻彌散分布于2024al合金基體相中；采用圖像分析方法統(tǒng)計(jì)所述藥型罩材料的氣孔率<0.1％，ni組分的體積分?jǐn)?shù)為18％，w組分的體積分?jǐn)?shù)為15％；采用xrd分析所述藥型罩中的相組成，未發(fā)現(xiàn)ni/w、ni/2024al和w/2024al組分間的反應(yīng)生成相，表明在采用冷噴涂進(jìn)行所述藥型罩的低溫沉積過程中，各組分之間未發(fā)生反應(yīng)，活性材料的含能特性得到完整保留，且w組粉的均勻分布增加了活性材料的密度；對(duì)所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮性能依據(jù)gb/t7314-2005金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試；動(dòng)態(tài)壓縮性能采用分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試采用尺寸φ5×5的所述藥型罩材料作為試樣，測(cè)試應(yīng)變速率3000s^-1。測(cè)試結(jié)果顯示所述藥型罩材料的靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為300mpa，動(dòng)態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度為318mpa，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；對(duì)所述藥型罩在炸高為3倍罩徑條件下進(jìn)行50mm鋁靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示采用所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸銅藥型罩提高1.2倍，且侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象；在炸高為2.5倍罩徑條件下進(jìn)行600mm混凝土靶的靜爆侵徹性能測(cè)試，結(jié)果顯示所述藥型罩的破孔直徑比同結(jié)構(gòu)、同尺寸銅藥型罩提高2倍，最大侵徹孔徑達(dá)到了0.8倍罩徑，侵徹深度超過8.3倍罩徑，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了混凝土靶板徑向的放射性開裂，侵徹孔形狀規(guī)則，無杵堵現(xiàn)象。