多尺度粒子复合增强战斗部及其增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种多尺度粒子复合增强战斗部及其增材制造方法，所述多尺度粒子复合增强战斗部包括穿透层和破片层，所述破片层包括基体和分散在基体中的增强粒子，并且所述增强粒子的体积分数为15%~60%；所述增强粒子的尺度不同，分为粒径＞150μm的大尺寸增强粒子和粒径≤150μm的小尺寸增强粒子，并且所述大尺寸增强粒子和小尺寸增强粒子的体积分数比为1:1~1:2。具体制造方法包括，1）将增强粒子粉末与基体粉末充分混合后装入送粉器；2）启动激光器进行破片层的增材制造成形。本发明专利技术通过调配增强粒子的种类以及成分可达到不同的武器杀伤效果，同时，设计了基于这种基于增材制造的多尺度符合强化战斗部的结构及其工艺参数，最大程度提高武器的杀伤效果以及穿透能力。大程度提高武器的杀伤效果以及穿透能力。大程度提高武器的杀伤效果以及穿透能力。

【技术实现步骤摘要】
多尺度粒子复合增强战斗部及其增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造的
，尤其是涉及一种多尺度粒子复合增强战斗部及其增材制造方法。

技术介绍

[0002]导弹和炮弹的战斗部一般采用破片的方式对人员进行杀伤，其原理为高爆炸药引爆后将破片高速弹出。因此武器战斗部的破片作为武器对目标的杀伤性能主要影响因素，尽可能多地获得高速以及高强度的破片一直是提高武器最终杀伤力的目标之一，也即战斗部的设计极大程度上影响了导弹或炮弹的杀伤效果。
[0003]传统武器战斗部的设计为面向并基于传统的制造方式，通过粘结等非冶金的方式填充，制备周期长且杀伤效果难以充分达到预期。金属增材制造技术是一种以数字模型为基础，通过逐层堆积成型的兼具高自由度、高材料利用率以及低周期的新兴制造技术。金属增材制造技术的发展为武器战斗部的制备与设计提供了一种全新的制备思路，复合材料的增材制造为战斗部的设计提供了新的依据，需要开发一种基于增材制造技术面向武器战斗部的高杀伤性能的战斗部制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，即在于基于金属增材制造技术，面向导弹、炮弹等武器战斗部的杀伤效果，设计了一种多尺度粒子复合强化的武器战斗部及其增材制造方法。
[0005]本专利技术的技术方案具体为，一种多尺度粒子复合增强战斗部，所述多尺度粒子复合增强战斗部包括穿透层和破片层，其特征在：所述破片层包括基体和分散在基体中的增强粒子，并且所述增强粒子的体积分数为15%~60%；所述增强粒子的尺度不同，分为粒径＞150μm的大尺寸增强粒子和粒径≤150μm的小尺寸增强粒子，并且所述大尺寸增强粒子和小尺寸增强粒子的体积分数比为1:1~1:2。
[0006]进一步优选的，所述大尺寸增强粒子为高熔点金属颗粒和/或含能化合物颗粒，所述小尺寸增强粒子为高熔点金属颗粒和/或稀土氧化物。
[0007]进一步优选的，所述高熔点金属颗粒为W、Ta、Mo的至少一种；所述含能化合物颗粒为SiC、BN、TiC、WC、MgO的至少一种；所述稀土氧化物为Y2O3，CeO2，La2O3的至少一种。
[0008]进一步优选的，所述基体为钢、钛合金或含能高熵合金。
[0009]进一步优选的，所述穿透层也包括基体和分散在基体中的增强粒子，所述增强粒子为粒径≤150μm的稀土氧化物，体积分数≤30%。
[0010]本专利技术还提供一种上述多尺度粒子复合增强战斗部的增材制造方法，其特征在于：1）将增强粒子粉末与基体粉末充分混合后装入送粉器；2）启动激光器进行破片层的增材制造成形；3）当穿透层的基体材料与破片层的基体材料相同时，在破片层的顶部一体成型增
材制造穿透层以形成所述多尺度粒子复合增强战斗部；当穿透层的基体材料与破片层的基体材料不同时，启动激光器单独进行穿透层的增材制造成形，并通过机械方式将穿透层和破片层结合为一体。
[0011]进一步优选的，所述增材制造的工艺参数为，激光功率800
‑
3500W，光斑尺寸为6
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8mm，扫描速度为200
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500mm/min，送粉速率为30
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80g/min。
[0012]进一步优选的，当增材制造穿透层时，所述增材制造的工艺参数为，激光功率1500
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3500W，光斑尺寸为6
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8mm，扫描速度为200
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500mm/min，送粉速率为30
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60g/min。
[0013]进一步优选的，当所述增强粒子粉末含有高熔点金属粉末时，所述增材制造的工艺参数为，激光功率800
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1500W，光斑尺寸为6
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8mm，扫描速度为200
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400mm/min，送粉速率为50
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80g/min。
[0014]进一步优选的，当所述增强粒子粉末含有含能化合物粉末时，所述增材制造的工艺参数为，激光功率800
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1100W，光斑尺寸为6
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8mm，扫描速度为200
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300mm/min，送粉速率为50
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80g/min。
[0015]与现有技术相比，本专利技术选用激光送粉增材制造方式，战斗部基体材料可选用钢、钛合金或含能高熵合金（TiZrHfNbMo、TiZrHfNbV等）金属材料，增强粉末采用多尺度多成分微粒，最大程度上增强杀伤效果，通过调配增强粒子的种类以及成分可达到不同的武器杀伤效果。同时，设计了基于这种基于增材制造的多尺度符合强化战斗部的结构及其工艺参数，最大程度提高武器的杀伤效果以及穿透能力。通过这种基于增材制造多尺度粒子复合强化的武器战斗部，可通过调整基体材料以及增强粉末的类型以及尺寸进而达到特定的杀伤效果，最大程度满足特定的使用情况。相比传统粘结等方式填充的战斗部，其能够在保证结构的强度的同时，提高其杀伤效果，且一体成型无需添加破片，降低了重量，大大降低了制备周期。
附图说明
[0016]图1为本专利技术穿透层和破片层组装为战斗部的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术大尺寸增强粒子和小尺寸增强粒子复合增强的组织结构示意图。
[0018]图3为本专利技术仅有小尺寸增强粒子增强的组织结构示意图。
[0019]图4为本专利技术实施例1下部破片层的显微组织金相照片。
[0020]图5为本专利技术实施例2下部破片层的显微组织金相照片。
[0021]图6为本专利技术实施例3下部破片层的显微组织金相照片。
具体实施方式
[0022]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0023]本专利技术设计了一种多尺度粒子复合增强战斗部，基于激光增材制造，能够通过调控增强粒子的尺寸类型等得到不同种类的杀伤效果。具体实施步骤如下：增材制造过程可选用钢、钛合金等作为基板。基板表面进行打磨处理，打磨后先用清水清洗，再用无水乙醇清洗，然后用无水丙酮进行清洗，最后用清水清洗，使基板表面无油污和其他杂质。因为为多尺度粒子复合材料，材料需分为基体材料以及增强材料，基体材料可选用钢、钛合金或含能高熵合金（TiZrHfNbMo、TiZrHfNbV等）等金属材料，基体的粉末
粒度可以选用30
‑
400目，尺寸为37μm
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600μm，基体粉末可为物理破碎的方式制备，如真空球磨，也可选用预合金法，如等离子旋转电极法、气体雾化等方法制备。选用钢、钛合金、含能高熵合金等材料，目的是获得高的强度与硬度，同时提高破片的杀伤力。当需要高的破坏效果可优选含能高熵合金，其能在剧烈冲击下释放内部的能量，爆炸过程会破坏其结构产生大量破片，进而大量提高其杀伤效果。对于增强粒子，材料可选用高熔点金属材料W、Ta、Mo等，高稳定的稀土氧化物如Y2O3，CeO2，La2O3等，或含能化合物材料SiC、BN、TiC、WC、MgO等。增强粉末可为物理破碎的方式制备，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尺度粒子复合增强战斗部，所述多尺度粒子复合增强战斗部包括穿透层和破片层，其特征在：所述破片层包括基体和分散在基体中的增强粒子，并且所述增强粒子的体积分数为15%~60%；所述增强粒子的尺度不同，分为粒径＞150μm的大尺寸增强粒子和粒径≤150μm的小尺寸增强粒子，并且所述大尺寸增强粒子和小尺寸增强粒子的体积分数比为1:1~1:2。2.根据权利要求1所述的多尺度粒子复合增强战斗部，其特征在于，所述大尺寸增强粒子为高熔点金属颗粒和/或含能化合物颗粒，所述小尺寸增强粒子为高熔点金属颗粒和/或稀土氧化物。3.根据权利要求2所述的多尺度粒子复合增强战斗部，其特征在于，所述高熔点金属颗粒为W、Ta、Mo的至少一种；所述含能化合物颗粒为SiC、BN、TiC、WC、MgO的至少一种；所述稀土氧化物为Y2O3，CeO2，La2O3的至少一种。4.根据权利要求1所述的多尺度粒子复合增强战斗部，其特征在于，所述基体为钢、钛合金或含能高熵合金。5.根据权利要求1所述的多尺度粒子复合增强战斗部，其特征在于，所述穿透层也包括基体和分散在基体中的增强粒子，所述增强粒子为粒径≤150μm的稀土氧化物，体积分数≤30%。6.一种权利要求1
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5任意一项所述多尺度粒子复合增强战斗部的增材制造方法，其特征在于：1）将增强粒子粉末与基体粉末充分混合后装入送粉器；2）启动激光器进行破片层的增材制造成形；3）当穿透层的基体材料与破片层的基体材料相同时，在破片层的顶部一体成型增材制造穿透层以形成所述多尺度粒子复合增强战斗部；当穿透层的基体材料与破片层的基体材料不同时，启动激光器单独进行穿透层...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClB二二F一一二，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：