面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土及其制備方法

專利名稱：面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種合金混凝土及其制備方法，特別是涉及移植混凝土構造原理用于設計鋁基合金-天然卵石復合材料及其合成方法。
背景技術：
以天然的鵝卵石、碎石、小石子或砂子為骨料，用人工燒制硅酸鹽類水泥粉加水后，再混合骨料使其凝固所得到的固化物，這種堅硬的固化物被狹義的定義為混凝土，其對應的英文為concrete。被稱為人類最偉大發明之一的混凝土，其發明時間、國別、地點和人物頗有爭議。 能被普遍接受的兩種學術觀點認為在廣義的混凝土概念范圍內，混凝土是古代羅馬人發明的。這一觀點有非常多的考古證據支持，甚至獲得語言學方面的支持，諸如英文水泥一詞的cement，其是由羅馬的水泥單詞caementa派生而來。在狹義的混凝土概念范圍內，混凝土的發明時間落在1824年之后，即英國人約瑟夫發明波特蘭水泥(現代娃酸鹽水泥)之后，現今使用的波特蘭水泥(modern Portland cement)畢竟是現代意義上混凝土的關鍵原料，本發明合金混凝土中的混凝土概念基于此狹義概念(盧汝生，吳秋飛，混凝土 -人類的偉大發明，中山大學學報論叢，2001年，21卷，I 期，P296-299)。用液態的鋁合金液體代替現代硅酸鹽水泥漿料，將一定量小卵石子或鵝卵石碎塊凝固其中，獲得的鋁合金-天然卵石復合材料，為本發明中定義的合金混凝土的確切概念 (alloy-concrete)。現有技術中不存在本發明確立的合金混凝土(alloy-concrete)概念。顯然，建立在狹義混凝土定義之上的本發明的合金混凝土概念，其中兩個基本構成要件仍然為天然物，諸如建筑業混凝土中鵝卵石、碎石、小石子或砂子等這些天然物或本發明中小卵石子或鵝卵石碎塊；人工合成物，諸如建筑業混凝土中硅酸鹽水泥以及本發明中的人工制造招合金，_■者共存。在戰爭年代，人們經常用鋼筋混凝土構筑防護碉堡和暗堡等。鋼筋混凝土的這種用途相當于為戰士們構筑了 “不可移動的裝甲”。而在和平年代，不管是建設兆瓦級的火力發電廠，還是安裝千噸級以上的水壓機，百噸以上的鋼筋混凝土基座使用屢見不鮮。顯然， 厚重的鋼筋混凝土砌塊，對于防止射入體的射入或根據動量守恒原理來減少機器的振動強度都是有效的。在和平年代，一臺用于反恐的運兵車上，外殼需要裝甲，內部通訊等設備或機器也同樣需要一次隔振或二次隔振的基座，然而，人們在此類反恐車上，幾乎見不到使用鋼筋混凝土的痕跡。究其原因，盡管是多方面的，但至少含有由于碉堡的“不動性”和反恐的運兵車的“移動性”，該“不動性”和“移動性”產生對材料和構件截然相反的性能苛求的差異性，使得工程化會面臨克服技術上的困難。諸如輕量化要求，構件焊接或連接問題以及鋼筋混凝土因經常振動產生的裂紋等等問題。尤其是反恐的運兵車顛簸振動的環境，因長期振動，現有水泥很難滿足此種車的實際工況。將鋼筋混凝土中的水泥用金屬或合金替代，由于金屬韌性遠遠高于水泥，反恐的運兵車上水泥構件，因長期振動使得水泥材料裂紋或因水泥難焊接等工程化問題，隨著這種要素替代，這些問題將迎刃而解。1996年，美國專利商標局公開了美國海軍軍代表處(The United States of America as represented by the Secretary of the Navy)申請的題目為“壓力鑄造法獲得氧化招瓷磚增強招合金裝甲及其制備工藝”(Pressure cast alumina tile reinforced aluminum alloy armor and process for producing the same)的USP 5，509，459號發明專利。該專利揭示將氧化鋁瓷磚用鋼筋類金屬穿起來，放到鑄造型腔中，在壓力鑄造的壓力下，將鋁合金液體壓入型腔，獲得增強的裝甲。審視該發明設計思路，顯見其用鋁合金液體、鋁瓷磚和特種金屬絲分別代替了鋼筋混凝土中的水泥、卵石和鋼筋。這種要素替代的發明，至少解決了鋼筋混凝土中的水泥無金屬韌性的問題，這是該發明的優點之一。然而，該發明不足至少表現在金屬材料學界一直渴望，用合金替代水泥來制造合金混凝土的愿望沒有實現。因為從該發明中顯見，該發明由氧化鋁瓷磚代替鋼筋混凝土中卵石、砂子或碎石的骨料；而鋼筋混凝土中卵石或砂子的主體化學成分為二氧化硅，而并非該發明中氧化鋁。 差別更大的是，鋼筋混凝土中卵石或砂子為天然物，而該發明中瓷磚為人工合成物。類似，已有技術中，一些以碳化硅代替鋼筋混凝土中砂子或卵石，來制造碳化硅 (SiC)-招合金復合材料類裝甲等。這種SiC等人工合成物與砂子或卵石天然無機物,在是否為天然物方面的主要差異存在，仍然沒有滿足金屬材料學界一直渴望，用合金替代水泥來制造真正意義上的合金混凝土的愿望。

發明內容
本發明的目的在于針對降低射入體穿透效果輕裝甲基材和獲得高界面阻尼減振降噪機器基座基材兩類需求，提供一種合金混凝土及其制備方法。一種用于輕裝甲和基座的合金混凝土及制備方法設計原理移植混凝土設計原理到本發明合金混凝土的設計，在此過程中，“液態合金替換水泥”的差異性，既是過去金屬材料同行制造合金混凝土過程中，首先遇到的技術壁壘；也是很多同行繞過這一技術壁壘，改用人工合成的碳化硅等容易實現合成的技術路線的主要原因；同樣也是本發明首先遇到的技術壁壘，不攻克該回避不了的技術壁壘，本發明的合金混凝土也同樣難以實現，據此，本發明將“液態合金替換水泥”的差異性確定為主攻點和設計的出發點。(I)、合金混凝土中骨料“液態合金替換水泥”的差異性-卵石抗炸裂設計原理自然界中的卵石主要成分為二氧化硅，含有一定錳、鎂、銅等雜質使其染色。卵石在驟冷驟熱環境中，由于自身構造和雜質成分不同，體膨脹系數不同等容易引發炸裂。不僅如此，卵石內部含有裂紋缺陷，甚至很小的微裂，也容易引發卵石的炸裂。更進一步說即使在同樣驟冷驟熱環境中，不同粒徑的卵石或卵石紋路不同等因素，炸裂比率也存在很大不同。將卵石加入到670°C 780°C的高溫鋁合金液體中，以及此后含有卵石的合金液體冷卻到室溫的凝固過程中，如何防止卵石炸裂，本發明采用兩種設計
①預先驟冷設計將欲使用的卵石先放到電阻爐中，升溫到670 V 780°C，然后保溫半小時，再將其移出爐外放到空氣中自然冷卻到室溫。這一高溫恒溫和驟冷并用處理后，不管是內部含有裂紋缺陷的卵石，還是體膨脹系數不能滿足降溫需要的卵石，基本發生了炸裂，篩除這些已經炸裂的卵石，剩余沒有炸裂的卵石，留下來備用即可。這種設計，利用卵石炸裂內因引起的炸裂要素，外界迫使該炸裂的卵石發生炸裂。 這種設計本質上是采用了“自然選擇中適者生存”的原理。圖I給出這種“適者生存”選擇后的積極效果。圖I顯示，當將所選小卵石放到電阻爐中，升溫到750°C，然后保溫半小時，再將其移出爐外放到空氣中自然冷卻到室溫，用這種方法篩選，炸裂比例為100顆卵石有約5顆發生了炸裂。②防驟熱設計將欲使用的卵石先放到電阻爐中的鋁合金融槽外，使其參與鋁合金熔化，卵石和鋁合金液體接近同溫。卵石再加入到合金液體中，通過減少二者溫差，有效防止卵石因為驟熱和體膨脹跟不上導致的炸裂。反之，將在室溫溫度下放置的卵石直接加到670°C 780°C的鋁合金液體中的做法是非常不可取的。(2)、合金混凝土中骨料-卵石，“滑彈”-“嵌彈” 二者均衡考慮的設計原理自然界中的卵石表面光滑程度不同，色澤不同，其中越接近白色，其內的錳、鐵等雜質越少，二氧化硅的成分越接近IOOwt %。通常說來，接近白色的卵石外表面比較光滑，而染有偏黑色的卵石，其外表面常有“麻點”(pitting corrosion或pitting)存在；同時,表面光滑的白色卵石與表面略顯粗糙的偏黑色卵石在脆性方面相比，前者更脆。這種脆性或韌性的差異主要是由于二氧化硅純度和摻雜過渡金屬元素形成氧化物的性質對卵石改性程度不同。合金混凝土用于輕裝甲過程中，不管其作為“三明治”式輕裝甲的內層、中層或外層的組元基材，還是直接用于外掛式輕裝甲器件，如果射入體，以子彈為例(以下同)，擊中合金混凝土渾圓狀的卵石的邊緣，子彈的動量mv (質量與速度之乘積)、卵石表面的光滑程度、卵石硬度及卵石在合金中微小轉動位移等要素，達到匹配或相互和諧，即可實現射入體的偏向，即稱為的“滑彈”或“撥彈”。士兵頭戴鋼盔的“滑彈”原理幾乎為眾所周知的常識。與本發明密切相關的“滑彈”或“撥彈”的詳細機理，可參見申請號為CN200710056177. 3，發明名稱為“使得射入體偏向的超高鎂鋁合金制備方法”的中國發明專利中“利用微小滾動軸承或滾珠使射入體偏向” 機理部分。合金混凝土的“滑彈”或“撥彈”的積極效果主要表現在合金混凝土內部的垂直彈道轉變為與射入法線具有一定角度的“傾斜彈道”，被“滑彈”或“撥彈”的子彈，沿著射入法線同向的擊穿力(Fh)化解出分力(cosa * Fh)方向前進，子彈前進方向上擊穿力的減少和彈道延長，相當于變相的增加了輕裝甲的強度和厚度。“嵌彈”指子彈沿著射入法線擊中卵石而使得子彈嵌入卵石的現象，沒有被“滑彈” 或“撥彈”。卵石的破碎消耗大量的擊穿功(Fh與子彈射入卵石距尚之乘積)；卵石破碎的瞬間，卵石同子彈并進過程中對合金混凝土的剪切面積增大效應，都是提高輕裝甲防護效果的積極要素。表面光滑、色澤偏白和硬度與脆性均大的卵石，與表面有麻點、色澤偏黑和韌性偏大的卵石，其在作為合金混凝土中骨料過程中，“滑彈“嵌彈”的效果不同，這一點毋庸置疑。在同一塊輕裝甲材料中，如何分布“滑彈“嵌彈”要素的比例，存在不同學術觀點。本發明強調二者均衡考慮的設計。在此設計理念支配下的操作為表面光滑、色澤偏白和硬度與脆性均大的卵石，合金混凝土中骨料中占有60wt%左右的比例。而表面有麻點、色澤偏黑和韌性偏大的卵石，其在作為合金混凝土中骨料過程中， 占有40wt%左右的比例，這種“滑彈“嵌彈”二者均衡考慮的設計，能夠實現“工程上易于實現性”與“輕裝甲高防護性”的平衡。圖2是本發明選擇卵石作為骨料均衡“滑彈“嵌彈” 二要素的一種代表性選法的實物圖片。(3)、合金混凝土中骨料-卵石，面向“輕裝甲”與“基座”差異化設計原理雖然子彈撞擊合金混凝土可以看成對合金混凝土的一次性強震動(shock)，振動機械對其固定它的合金混凝土基座(foundation)是連續性或周期性的振動。從耗散振動能量的角度，振動能量快速吸收并快速耗散為兩個應用出口的共同需求。然而，合金混凝土用于輕裝甲，主要關心的是震動(shock)，并且一次性的震動居多。而用于機械的基座，主要關心的是振動(vibration)，并且多為連續性或周期性的多次振動。因而，前者應更加關注骨料的“滑彈”和“嵌彈”效用，后者應更加注重阻尼(damping) 效果。合金混凝土中界面阻尼主要來源于卵石和合金之間的界面，顯然，在同等重量下， 粒徑較小的小卵石(pebble)比粒徑大的大卵石(cobble或cobblestone)添加到合金中產生的界面要更大。本發明用于基座的卵石骨料選配原則是選擇色澤偏白的大卵石(cobble)并將其砸碎，碎塊的粒徑最大值不超過I公分。圖3是所選用于基座骨料的大卵石代表性實物照片，圖4則為其砸碎后代表性實物照片。其原理在于①砸成碎塊的卵石提供更大界面面積由此提高界面阻尼效果；②砸成碎塊的卵石存在類似于柱狀晶斷裂的新鮮界面，這種規則的凸凹脆性斷面在立體層面，提高界面面積的同時，可以提高合金混凝土的強度。③卵石砸成碎塊，部分移植建筑業中“同質性”防止樓房開裂原理建筑業中蓋樓盡量選取同一座山并且同一個山斷面(山陰面-背向太陽面，或山陽面-朝向太陽方向的面)的石塊作為地基原料。其原理是此種方法選地基料，可獲得化學成分相同或很相近材質，同質材料的熱膨脹系數相同或相近，樓房在春夏秋冬氣溫變化中，地基膨脹或冷縮大小相近，有效避免了樓房開裂。顯然，本發明含有卵石骨料的基座與樓房地基，基礎用途方面有雷同之處。本發明基座的卵石骨料選配原則中，被砸成碎塊的卵石，來源于同一塊大卵石，其化學成分較為接近，熱膨脹系數接近。這與建筑業中蓋樓盡量選取同一座山同一個山斷面的石塊作為地基原料的原理本質上是相同的，是部分移植建筑業中“同質性”防止樓房開裂的原理。不同的是本發明合金混凝土凝固過程中要經過接近700°C左右的溫度巨變，這種凝固降溫的溫度變化速度遠比“樓房春夏秋冬”所經歷的變化大。因而，對合金混凝土制造而言，避免開裂問題遠比“樓房開裂問題”難度要大得多。綜上所述，用于基座的卵石骨料，選體積大、材質接近卵石砸成碎塊的選法，設計原理主要基于卵石碎塊來源于同一體積和重量較大的大卵石，碎塊化學成分相同或相近， 保證了熱膨脹系數相同或相近，由此保證了合金混凝土在合金凝固過程中，產生縮裂、縮孔和縮松的最小化或合理化。(4)、合金混凝土中卵石密度與合金密度匹配的設計原理業內人士周知室溫下,通常招合金的密度(rate of specific gravity,以下同)為2. 8g/cm3左右。超高鎂含量的鋁合金，室溫下可下降到2. 6g/cm3左右，Al-Li-Mg系合金室溫密度會下降更多。液態鋁基合金的高溫下密度通常比其室溫密度降低O. 2 O. 35個點數(g/cm3)。室溫下，自然界的卵石密度通常在2. 6g/cm3 2. 9g/cm3范圍內。在合金混凝土呈流體態的670°C 780°C溫區內，卵石高溫密度比其室溫降低點數(g/cm3)通常落在O. I O. 15左右。業內人士還周知構成合金成分化學元素的金屬密度相差較大時，在鑄造合金過程中，非常容易形成重力偏析，從而導致合金成分不均勻。同理，本發明合金混凝土中卵石密度與合金密度，在合金呈流體態時，如果卵石的密度遠高于液態合金的密度，卵石上浮的要素成分增加，反之則反。二者匹配要素中至少包括高溫時密度相近性的匹配要素，只有在此前提下，考慮液態合金黏度對卵石上浮或下沉的影響以及二者界面反應的影響，才是合理的選擇。本發明合金混凝土中卵石密度匹配的選擇措施為盡可能優選自然界中，卵石的室溫密度在2. 6g/cm3 2. 65g/cm3之間的卵石。合金選擇室溫密度在2. 65g/cm3左右超高鎂鋁合金。此種設計主要是基于在670°C 780°C的溫度范圍內二者對摻，卵石密度比超高鎂鋁合金液體的密度高出O. lg/cm3左右，卵石在超高鎂鋁合金液體中應呈現沉降趨勢。然而，合金液體黏度和界面反應，這兩個遏制卵石沉降的要素在此時共存，其極大限制了卵石在超高鎂鋁合金液體中沉降速度。通常來說，超高鎂鋁合金液體在冷模成型(cold moulding)中，在2分鐘內基本凝固，并且在2分鐘的凝固過程中，超高鎂鋁合金液體黏度陡升，極大的限制了卵石的重力沉降。由此避免了卵石在超高鎂鋁合金中“下多上少”問題的出現。實現了本發明合金混凝土中卵石密度與合金密度匹配的設計目的。(5)、原位合成Mg2Si在合金混凝土中應用的設計原理在建筑業制造鋼筋混凝土領域，該領域常識性知識是砂石等骨料表面要潔凈，骨料表面附著大量黏土的砂石，其直接與水泥混合，獲得的混凝土砌塊容易“骨肉分離”，即骨料與凝固的水泥相互分離，從而降低工程質量。本發明的合金混凝土，其避免“骨肉分離”設計與建筑制造業鋼筋混凝土領域不同的是本發明的合金混凝土中，骨料僅僅表面潔凈還遠遠不夠。設計中特別關注骨料與合金界面的侵潤性，適當界面反應可提高合金混凝土中骨料與合金親和力，從而達到提高合金混凝土強度等目的。金屬鎂在高溫下有很強的化學還原能力。以二氧化硅為主要化學成分的卵石骨料，與合金液體中的鎂元素在高溫下相遇，鎂可以還原二氧化硅，得到單質硅。如果合金液體中的鎂元素足夠多，被還原出具有高活性的單質硅，進一步同鎂反應生成金屬間化合物Mg2Si。存在于骨料與合金形成界面上的該Mg2Si,承擔起該界面的“橋梁”與“紐帶”作用， 從而有效的避免了合金混凝土的“骨肉分離”。而該反應的副產物MgO，以彌散到合金中的形式存在，對主反應欲達到目標影響不大。事實上，高溫合金液體中的鎂元素與二氧化硅相遇，在一定條件下，直接可生成 Mg2Si,而未必存在“先還原出單質Si”的步驟。即“原位合成Mg2Si'本發明合金混凝土中 Mg2Si的生成條件，仍為通常反應要求的“溫度”、“過量”和“時間”這些熱力學和動力學要素。本發明合成合金混凝土的溫度670°C 780°C，滿足原位合成Mg2Si的熱力學條件。本發明合成合金混凝土中鋁基合金中選擇鎂含量在6. 5wt%以上的超高鎂鋁合金，滿足原位合成Mg2Si的“過量”條件。本發明合成合金混凝土過程中，卵石骨料與超高鎂鋁合金對摻后，何時澆鑄可人為控制，這可保證原位合成Mg2Si的動力學條件中“反應時間”。(6)、射釘實證法測定合金混凝土骨料密度合理性的設計原理建筑業中制造混凝土過程中，骨料在混凝土中的密度，依據工程操作規范。而該規范制定步驟至少包括根據應用目標，將不同標號水泥和不同骨料，規定為不同的骨料和水泥配比，反復試驗并在工程實踐中反復修改，最終以規范的形式體現在行業內部。本發明的合金混凝土，盡管基礎材料中“水泥”與“液態合金”存在本質不同，然而， 骨料在制品中的份額、密度及密度分布對制品結構特性和功能特性影響，其與建筑業中骨料份額、密度合理設計有異曲同工之處。判斷本發明合金混凝土骨料密度合理性，所涉及結構材料特性等容易測定，諸如可用落錘法測定抗彎、抗碎裂等強度指標。而功能特性，諸如骨料密度對“滑彈”或“嵌彈” 合理性指標中、“骨料密度與子彈擊中骨料的概率”之間關系研究中，采用通常方法測定其參數是困難的。本發明遇到困難之一是子彈打在本發明合金混凝土輕裝甲上，只有少數連續兩發或以上的子彈擊中同一個點，合金混凝土骨料暴露在外才能發現該骨料存在。而多數情況下，骨料不暴露；這為研究輕裝甲防彈機理設置了障礙。本發明遇到困難之二是借用骨科醫生通過拍照X-光照片的手段，觀察骨釘位置合理性的方法。當將一塊含有卵石骨料的一塊鋁基合金輕裝甲塊料，放到醫用X-光下檢驗卵石骨料在合金中的分布狀態，只能得到一團黑影，導致觀察的失敗的原因來源于合金的屏蔽作用。本發明破解輕裝甲中骨料在合金混凝土不暴露難題方法為移植房屋裝修行業 “彎釘”現象的破解原理，即房屋裝修過程中，當用射釘槍向混凝土墻面射鋼釘時，射釘順利射入墻內，說明沒有遇到鵝卵石等骨料。反之，射釘中途變彎，說明該射入點，混凝土內部含有鵝卵石骨料。本發明“射釘實證法測定”檢測合金混凝土不暴露的骨料代表性過程為圖5是本發明用“五四”手槍，在15米距離向該靶上的三塊合金混凝土輕裝甲上連續射擊多發實彈，只有一塊輕裝甲上因同一彈著點和因遭遇多發子彈的攻擊，而使得卵石骨料暴露出來(圖6和圖7)。而多數彈著點僅僅顯示不足I公分的凹坑，卵石骨料沒有暴露出來(圖8)。該凹坑是否存在該骨料不明，因而，導致研究骨料在裝甲中作用失去必要參考信息。而用射釘槍在該彈坑上進行射釘檢測(圖9);射釘遇到輕裝甲中深層次的卵石骨料停止后姿態為“垂直站立狀”(圖10);而遇到淺層次的卵石骨料停止后姿態為“彎垂狀”(圖11)。將射釘的射入深度、彎曲程度等信息與輕裝甲破解后真實彈道信息對照、核實，所得到規律進行總結，更多輕裝甲樣品即使在不破解和觀察不到卵石骨料狀態下，也能對卵石骨料在合金混凝土中位置做出有效定位。由此獲得合金混凝土骨料密度合理性所需的相關信息，為深入研究提供了很大方便。(7)合金混凝土合金成分設計原理混凝土制造業的業內人士周知，欲獲得理想的混凝土目標產品，對于鵝卵石、碎石、砂子等這些骨料的尺寸大小、形狀、加入比例、材質的表面性質有限制，這些骨料與不同標號的水泥匹配，是決定目標產品質量的基本要素。其中骨料與不同標號的水泥匹配，必然涉及到所選用的水泥標號過低，鋼筋混凝土達不到給定的工程標準。所謂的水泥標號，是 187年前英國人約瑟夫發明波特蘭水泥后，后人不斷對硅酸鹽水泥配方持續改進所獲得水泥質量標準代號。本發明涉及的鋁基合金，與水泥標號類似，百年來也形成了不同的工業牌號。在眾多牌號的鋁合金配方中，本發明合金混凝土的合金成分，選擇前蘇聯牌號為AJI8合金成分為基礎配方，在此基礎配方上改良，獲得適用于本發明合金混凝土特性要求的新配方。該新配方的化學成分控制范圍為金屬鋁為90. 9wt% ±1.85wt%，金屬鎂為8wt% ±1.5wt%， 金屬鋅為O. 8wt% ±0. 2wt%，金屬釔為O. 3wt% ±0. 15wt%。此種基礎合金牌號的選取與改良配方化學成分控制范圍的設計原理為①基礎配方選AJI8合金70年前俄國人發明的A JI8合金為名副其實的“大道至簡”合金，該合金配方和制造工藝都極為簡單，僅需要在鋁中加入IOwt %的金屬鎂和帶渣澆鑄，合金T4處理強度可達到300MPa，延伸率達到9%或以上，并且輕量化指標和防銹指標均佳。②圍繞AJI8合金改進本發明選擇圍繞A JI8合金改進，目的是獲得“儲期增強式合金”，該“儲期增強式合金”也可稱為“陳年老酒式合金”。有研究揭示圍繞AJI8合金中鎂含量，用少量的金屬鈹或金屬鋅調整成分，獲得的該合金室溫放置或儲存，隨著歲月的流逝，強度(ob)和模量(σα2)逐年增加。諸如中國牌號的ZL305和ZL301合金，室溫下放置 12年，其強度增加IOOMPa (劉志超，吳華芳，Al-IOMg型固溶合金自然時效穩定性研究，材料開發與應用，2003年，18卷3期，P28-31)。合金這種隨著自然時效時間的增長，強度增加的特性，對本發明面向輕裝甲應用， 有強烈吸引力。③鎂含量確定對于本發明的合金混凝土，如果鎂在合金中少于6. 5wt%，合金強度、與卵石骨料界面反應活性、輕量化和隨著自然時效時間增長強度增加的指標都會降低。 如果鎂在合金中多于9. 5wt%，合金韌性、合金密度與卵石骨料密度的匹配性和隨著自然時效時間增長強度增加的三項指標都會相應降低。④鋅含量確定對于本發明的合金混凝土，如果鋅在合金中少于O. 6wt%，合金流動性、較小縮孔性和隨著自然時效時間增長強度增加的三個指標會降低。如果鋅在合金中多于lwt%，合金輕量化、與卵石骨料界面反應活性和隨著自然時效時間增長強度增加的三項指標也都會相應降低。⑤釔含量確定對于本發明的合金混凝土，如果稀土釔在合金中少于O. 15wt%, 釔對合金晶粒細化作用、助推與卵石骨料界面反應活性和絕熱剪切中耐高溫性三個指標會降低。如果釔在合金中多于O. 45wt%，合金晶粒粗化行為加劇，劣化合金。(8)合金混凝土稀土母合金選取原理釔是17中稀土元素中的一種，選擇釔而不選其它稀土元素主要原因稀土釔添加到合金中，可顯著增加合金的耐熱性能，尤其是用于輕裝甲制品，射入體射入輕裝甲過程中絕熱剪切的熱量大，合金耐熱性對輕裝甲影響極大。本發明添加金屬乾方式確定為70wt% Mg-30wt% Y的母合金(Maste alloy)形式添加，主要基于該比例的母合金的熔點在580°C左右，便于熔煉合金混凝土過程中，母合金迅速熔化，凈化合金功能得以充分發揮。本發明添加金屬釔方式選定Mg-Y母合金，而不選Al-Y母合金，目的是獲得合金更好的阻尼效果。鎂-釔母合金中亞穩定強化相Mg5Y和穩定的強化相Mg2Y,遺留在合金混凝土中增加阻尼(damping)效果。而Al-Y母合金的黏度大,母合金Al2Y含量也低。(9)熔制鹵鹽覆蓋劑設計原理本發明選定90wt% NaCl-IOwt % KCl混合鹵鹽為合金熔煉過程中的覆蓋劑，便于獲得有益效果為①90wt% NaCl-IOwt % KCl這一配方的混合鹽，熔點在770°C左右，該溫度比通常的合金混凝土澆鑄溫度高出10°c 40°C，合金混凝土澆鑄時該混合鹽基本凝固，這為合金液體與鹵鹽覆蓋劑的自然分離提供了便利。②原有AJI8合金熔煉工藝中，一次性加入鎂，攪拌、靜置和待浮渣穩定后澆鑄不適用于本發明，顯然，本發明還要分別加入鋅、母合金等都需要攪拌，尤其是加入卵石骨料過程中，攪拌會使得浮渣進入合金本體，導致合金品質變壞。③不選擇純KCl或大量KCl中摻合少量NaCl的鹽配方作為本發明覆蓋劑的配方， 主要原因是氯化物的鈉鹽比其鉀鹽的價格要低很多。(10)免“四把火”的設計原理合金制造過程中的“四把火”(退火、淬火、正火和回火)，對包括鋁基合金在內的其它合金都是非常重要。本發明的合金混凝土免除“四把火”的熱處理步驟，不是降低成本的需要，而是施加“四把火”后害多利少。淬火過程中卵石骨料因驟冷而發生二次炸裂，是非常容易想到的害處。最主要的是上已述及，本發明設計合金混凝土中的合金成分，目的是獲得“儲期增強式合金”或稱為 “陳年老酒式合金”，該合金只需要自然時效，并且強度和模量都可上升。施加“四把火”不僅多此一舉，更重要的是諸如人工時效等措施為破壞合金隨儲期增加而強度增強的要素， 破壞了 “陳年老酒式合金”目的的達到。本發明提供了一種面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土及其制備方法，步驟和條件如下第一步，備料
(I)卵石骨料的準備包括面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料選形、選大小、選色澤、選抗炸裂、選密度和選配色的“六選”方法為I)選形小卵石堆中橢圓或渾圓小卵石被選中；2)選大小用帶有正方形方孔并且孔徑分別為12mm和8mm的雙層孔板,其12mm方孔的孔板放在上層，8_方孔的孔板放在下層，通過12_孔板而沒有通過8_孔板的小卵石被選中；3)選色澤小卵石堆中含有乳白色和其它雜色的小卵石被選中；4)選抗炸裂將洗凈晾干的小卵石放其到電阻爐中，升溫至750°C并保溫半小時， 然后轉移爐外放到室溫下冷卻，不含有裂紋和未炸碎的小卵石被選中；5)選密度密度在2. 6g/cm3 2. 65g/cm3之間的小卵石被選中；6)選配色按照6比4的卵石個數比，選乳白色小卵石6份，與黑色、棕色或其它雜色小卵石4份，這種“四六配色配數”的比例被被選中；對于面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料，“六選”條件缺一不可，而向基座應用的合金混凝土中卵石骨料的“五選”條件與方法包括7)選形大卵石堆中橢圓或近似圓形大卵石被選中；8)選大小將大卵石砸碎，其碎塊用帶有正方形方孔并且孔徑分別為IOmm和6mm 的雙層孔板，其IOmm方孔的孔板放在上層，6mm方孔的孔板放在下層，通過IOmm孔板而沒有通過Omm孔板的碎塊被選中；9)選色澤大卵石堆中、偏重乳白色并夾帶些“鐵銹色”的大卵石被選中；10)選抗炸裂與面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料，“六選”條件中“選抗炸裂”的條件與方法相同；11)選密度多個大卵石的平均密度為2. 63g/cm3的大卵石被選中(2)金屬爐料的準備包括將純度99. 5wt%的Al錠和99. 5wt%的Mg錠鋸成厚度不超過20mm，長和寬均不超過150mm的鋁塊和鎂塊，將純度99. 9被％的Zn錠砸成碎塊，碎塊最大徑長不超過50mm ;將純度99. 5wt%的Mg-Y母合金錠鋸成最大徑長不超過50mm的碎塊，該Mg-Y母合金成分為70被％的1%和30被％的Y，二者總和為100% ；(3)覆蓋劑爐料的準備將純度99被％的NaCl和99被％的KCl，按照90克NaCl 混入10克KCl的比例，放到瓷研缽中研磨，研磨過得混合鹽放到電阻爐的石墨坩堝中，升溫到810°C，待鹽全部熔化，攪拌后澆注到冷模中備用；第二步，熔混料(I)投料將備用的90wt% NaCl-IOwt% KCl混鹽熔體塊放到立式電阻爐的石墨坩堝中，該作為覆蓋劑的鹽熔體塊投入重量滿足占金屬爐料總和的三分之一的比例，符合條件的卵石骨料投放到電阻爐中的高鋁坩堝中，投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量滿足占金屬爐料總和的比例范圍為20wt% 28wt% ;將該放有兩個坩堝的電阻爐升溫，待石墨坩堝中混鹽熔體塊完全熔化，將該電阻爐控溫系統固定在795°C，按照所設計合金的組成或配方向石墨坩堝中金屬爐料，所設計的合金配方為I)金屬鋁占合金總量為89. 05wt% 92. 75wt% ；2)金屬鎂占合金總量為6. 5wt% 9. 5wt% ；3)金屬鋅占合金總量為0. 6wt% I. Owt% ；
4)金屬乾占合金總量為0. 15wt% O. 45wt% ；金屬爐料投料順序依次為全部鋁塊、全部鎂塊、全部鋅塊和Mg-Y母合金塊，投料方法為該金屬爐料每塊逐一投入，并且前一塊金屬完全熔化，才可投入后一塊金屬爐料；(2)混料石墨坩堝中得所有金屬爐料全部溶化，待鹽全部熔化，用鎢棒插到石墨坩堝中對全部溶化的金屬爐料圍繞石墨坩堝內壁攪拌4圈；接著將同一電阻爐高鋁坩堝中處于高溫態的卵石骨料投放到石墨坩堝中，再用鎢棒攪拌4圈，取出鎢棒將電阻爐控溫系統由795°C調控在730°C 760°C，等待作為覆蓋劑的鹽熔體結殼；該730°C 760°C也就是合金混凝土的澆鑄溫度范圍；第三步，出料用鋼釬和小撈渣勺將作為覆蓋劑的鹽殼徹底清理到爐外；將另一個大撈渣勺插到石墨坩堝底部；關閉電阻爐控溫系統；從爐中提出石墨坩堝，在大撈渣勺向外提拉的配合下，將石墨坩堝中合金混凝土澆鑄到圓臺形金屬模具中或夾芯梁的開口槽鋼殼中；該澆鑄物凝固后的產物為本發明面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土。第四步，檢測(I)密度測定與原始形貌采集待澆鑄到模具中合金混凝土冷卻到室溫，從模具中取出圓臺形合金混凝土，清水洗凈晾干，用高像素的數碼相機對每塊圓臺形合金混凝土從各個方向拍照，留存其原始形貌；用車床和磨床修剪每塊圓臺形合金混凝土表面，使其形狀規則；并用體積-重量法測定每塊圓臺形合金混凝土的密度，獲得圓臺形合金混凝土的平均密度為 2. 589g/cm3 2. 613g/cm3。(2)實彈靶材制作與數據采集用5mm的鋼板作為背板，用2mm的鋼板(圖9)或2mm的鋁板(圖5)作為迎彈面的面板，面板上用沖床沖出便于鑲嵌圓臺形合金混凝土塊的圓孔，用螺栓緊固中間夾有圓臺形合金混凝土塊的面板和底板(圖9和圖5)，構成實彈靶。其中面板除固定圓臺形合金混凝土塊功能外的另一個功能是防止子彈擊中底板后彈射而損壞靶室內其它器材。用國產五四手槍，分別在距離靶10米和15米的距離，以圓臺形合金混凝土塊為靶心，對靶實彈射擊。停止射擊后，從靶架上取下該靶(圖5)，用數碼相機多角度拍照。擰開靶上緊固螺栓，取下被射中的圓臺形合金混凝土塊并對其分別編號，更換上新的圓臺形合金混凝土塊和新面板，重復開始射擊。對中彈的圓臺形合金混凝土塊上的彈孔深度進行測量，測量采用首先用添加膨潤土和熟石膏粉的藻酸鹽印模材料進行“翻模”，即用印模材料將凹形彈坑轉換為便于卡尺測量凸狀的凹凸轉換操作。待“翻模”后的印模材料完全硬化后，逐一對每個彈坑的深度進行測定。對于距離10米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度最大值為1/2厘米;(3)射釘器材及靶材的選用與數據采集射釘槍，也稱射釘器。選用型號為SDQ603型大威力重型射釘器。其上所用的射釘彈選用型號為S4型、色標為紅色、威力等級為5級的高威力標準射釘彈。其上所用的射釘選用規格為YD52S8、桿長為252mm，剪切拉強度最小值為1116. 2MPa，抗拉強度最小值為 1860. 3MPa，釘尖的平均面積為O. 283mm2。
射釘靶殼沿用實彈靶殼，在該靶殼上根據測試目標對換圓臺形合金混凝土塊或其空白進行調換。以不含骨料、相同金屬爐料配方和相同熔鑄工藝下獲得的圓臺形合金錠塊為合金混凝土塊的射釘檢測對照用空白。將射釘槍裝彈裝釘，槍口壓實在被固定到靶殼上圓臺形合金錠塊，摟動扳機發射射釘(圖9)，完成射釘后，測定射釘在圓臺形合金錠塊外露高度， 并根據原始釘長數據換算出射釘射入圓臺形合金錠塊內部的深度。該射入深度統計值為 28. 8mm±0. 12mm。以含有骨料而沒有經過五四手槍射擊的圓臺形合金混凝土塊為射釘檢測對象，數據揭示射中骨料的幾率范圍為67% 100%(4)合金混凝土為阻尼內芯的夾芯梁數據采集檢測面向基座應用合金混凝土與面向輕裝甲應用合金混凝土目標、指標和內容完全不同。而是將含有該合金混凝土的夾芯梁焊接到離心風機的基座上，以測定振動速度為指標，以沒有焊接該夾芯梁之前風機振動情況為對照空白；用AR63A測振儀對該風機上 2. 2KW電機機座位置進行測量，結果表明振動速度下降值為I. 8mm/s。本發明的有益效果I、一種面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土及其制備方法，骨料天然卵石成本低廉，含有原位反應的合成工藝流程短、易于操作。善于利用天然物質和巧妙移植鋼筋混凝土相關原理，尤其是解決了金屬材料學界一直渴望“用合金替代水泥來制造真正意義上的合金混凝土”這一長期沒有解決的問題。通過提供一種具體和詳細的鋁基合金-天然卵石復合材料合成方法，對鋅基合金、鎂基合金等合金或金屬，其與天然無機物，諸如卵石、碎石、砂子、火山石等，二者合成 “金屬或合金-天然無機物”復合材料，提供了 “畫龍點睛”的作用。將合金混凝土從復合材料大概念中抽提和明晰出來，不僅為學科與專利分類的細分奠定基礎，而且為新學科分支的確立提供了可能。2、本發明的合金混凝土，其密度不超過2. 7g/cm3，而通常鋁合金密度為2. 8g/cm3, 其可進入鋁合金輕裝甲選材范圍，也滿足其它輕裝甲輕量化基材的需要。該合金混凝土具有較強的抵抗常規射入體擊穿的功能，即使使用威力較強的中國產五四手槍在10米距離射擊，I厘米厚的該合金混凝土也很難一槍擊穿。這種抗彈效果與輕量化效果兼具材料，可較好滿足諸如運鈔車、空投坦克等輕裝甲基材的需求。3、本發明的合金混凝土，充填到風機槽鋼基座的溝槽中，構成具有剛性皮膚阻尼內芯的夾芯梁材料，能使風機上電機的振動速度減少1.8mm/s。電機振動強度的下降，對風機減振降噪有重要作用。易于想到世界上振動的機器非常之多，固定其的基座都有減振或減震的需求，本發明含有合金混凝土的夾芯梁用于風機減振，僅為基座應用的“冰山一角”。


圖I是本發明將卵石放到電阻爐中，升溫到700°C灼燒半小時移出爐外自然冷卻， 篩除炸裂卵石；由圖I可見，少量卵石發生了炸裂；圖2是本發明選擇卵石作為骨料均衡“滑彈”-“嵌彈” 二要素的一種代表性選法的實物圖片；引用該剪裁圖片目的是方便對“合金混凝土骨料選擇過程中，黑白骨料‘四六開’，這種‘滑彈’-‘嵌彈’均衡設計”的理解；圖3是本發明所選用于基座骨料的大卵石代表性實物照片；圖4是本發明所選用于基座骨料的大卵石砸碎后代表性實物照片；圖5是本發明用“五四”手槍，在15米距離向該靶上的三塊“合金混凝土”輕裝甲上連續射擊多發實彈，遺留不足I公分彈坑的實物照片；該靶的面板為2mm的鋁板，其上加工出與圓臺形合金混凝土塊迎彈面同心圓來鑲嵌合金混凝土塊，該祀的底板為5_的鋼板；圖6是本發明從圖5的靶上的三塊“合金混凝土”輕裝甲上取下一塊在同一彈著點上，因遭遇多發子彈的攻擊，而使得卵石骨料暴露出來實物照片；圖7是本發明中圖6的局部放大照片，該照片明顯的顯示卵石骨料暴露出來；圖8是本發明研究“合金混凝土”輕裝甲過程中，多數彈著點僅僅顯示不足I公分的凹坑，卵石骨料根本就沒有暴露出來的典型實物照片；圖9是本發明用射釘槍在“合金混凝土”輕裝甲上檢測骨料的“射釘檢測法”代表性實物照片；該靶的面板為2mm的鋼板，其上加工出與圓臺形合金混凝土塊迎彈面同心圓來鑲嵌合金混凝土塊，該祀的底板為5_的鋼板；圖10是本發明用“射釘檢測法”檢測“合金混凝土”輕裝甲骨料分布密度與深淺等合理性的代表性實物照片；圖中射釘呈現“垂直站立狀”姿態，代表射釘因遇到輕裝甲中深層次的卵石骨料而停止后的姿態；圖11也是本發明用“射釘檢測法”檢測“合金混凝土”輕裝甲骨料分布密度與深淺等合理性的代表性實物照片；圖中射釘呈現“彎垂狀”，姿態代表射釘因遇到輕裝甲中淺層次的卵石骨料而停止后的姿態。
具體實施例方式實施例I第一步，備料(I)卵石骨料的準備從含有乳白色和其它雜色的小卵石堆中，挑選橢圓或渾圓小卵石，將其放到帶有正方形方孔并且孔徑分別為12mm和8mm的雙層孔板上，12mm方孔的孔板放在上層，8_方孔的孔板放在下層，通過12_孔板而沒有通過8_孔板的小卵石留存，其余遺棄；洗凈該留存的小卵石并自然晾干。然后放其到電阻爐中、升溫至750°C并保溫半小時，接著移除爐外放到室溫下冷卻，將炸碎(圖I)或含有裂紋的小卵石二次遺棄，其余二次留存。在該二次留存的小卵石中，用浮力法選擇密度在2. 6g/cm3 2. 65g/cm3之間的小卵石三次留存，其余的遺棄。在該三次留存的小卵石中，按照6比4的個數比，選擇乳白色小卵石6份，與黑色、棕色或其它雜色小卵石4份堆放一起，四次留存，其余遺棄，該四次留存的小卵石為最終留存備用的卵石骨料。(2)金屬爐料的準備將純度99. 5wt%的Al錠和99. 5wt%的Mg錠鋸成厚度不超過20mm，長和寬均不超過150mm的鋁塊和鎂塊，將純度99. 9wt %的Zn錠砸成碎塊，碎塊最大徑長不超過50mm ;將純度99. 5wt%的Mg-Y母合金錠鋸成最大徑長不超過50mm的碎塊, 該Mg-Y母合金成分為70被％的1%和30被％的Y，二者總和為100%。(3)覆蓋劑爐料的準備將純度99wt%的NaCl和99wt%的KCl，按照90克NaCl 混入10克KCl的比例，放到瓷研缽中研磨，研磨過的混合鹽放到電阻爐的石墨坩堝中，升溫到810°C，待鹽全部熔化，攪拌后澆注到冷模中備用。第二步，熔混料(I)投料將備用的90wt% NaCl-IOwt % KCl混鹽熔體塊，放到立式電阻爐的石墨坩堝中，該作為覆蓋劑的鹽熔體塊投入重量滿足占金屬爐料總和的三分之一的比例。將最終留存備用的卵石骨料投放到電阻爐中的高鋁坩堝中，投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量滿足占金屬爐料總和25wt%的比例。將該放有兩個坩堝的電阻爐升溫，待石墨坩堝中混鹽熔體塊完全熔化，將該電阻爐控溫系統固定在795°C，按照90wt% Al-9wt% Mg-0. 7wt% Zn-0. 3wt% Y的配比，向石墨坩堝中投金屬爐料，投料順序依次為全部鋁塊、全部鎂塊、全部鋅塊和Mg-Y母合金塊，投料方法為該金屬爐料每塊逐一投入，并且前一塊金屬完全熔化，才可投入后一塊金屬爐料。(2)混料石墨坩堝中的所有金屬爐料全部溶化，待鹽全部熔化，用鎢棒插到石墨坩堝中，對全部溶化的金屬爐料圍繞石墨坩堝內壁攪拌4圈；接著將同一電阻爐高鋁坩堝中處于高溫態的卵石骨料投放到石墨坩堝中，再用鎢棒攪拌4圈，取出鎢棒將電阻爐控溫系統由795°C調控為750°C，等待作為覆蓋劑的鹽熔體結殼。該750°C也就是合金混凝土的澆鑄溫度。第三步，出料用鋼釬和小撈渣勺將作為覆蓋劑的鹽殼徹底清理到爐外；將另一個大撈渣勺插到石墨坩堝底部；關閉電阻爐控溫系統；從爐中提出石墨坩堝，在大撈渣勺向外提拉的配合下，將石墨坩堝中合金混凝土澆鑄到圓臺形金屬模具中。第四步，檢測(I)密度測定與原始形貌采集待澆鑄到模具中合金混凝土冷卻到室溫，從模具中取出圓臺形合金混凝土，清水洗凈晾干，用高像素的數碼相機對每塊圓臺形合金混凝土從各個方向拍照，留存其原始形貌；用車床和磨床修剪每塊圓臺形合金混凝土表面，使其形狀規則；并用體積-重量法測定每塊圓臺形合金混凝土的密度，獲得圓臺形合金混凝土的平均密度為2. 613g/cm3。(2)實彈靶材制作與數據采集用5mm的鋼板作為背板，用2mm的鋼板(圖9)或2mm的鋁板(圖5)作為迎彈面的面板，面板上用沖床沖出便于鑲嵌圓臺形合金混凝土塊的圓孔，用螺栓緊固中間夾有圓臺形合金混凝土塊的面板和底板(圖9和圖5)，構成實彈靶。其中面板除固定圓臺形合金混凝土塊功能外的另一個功能是防止子彈擊中底板后彈射而損壞靶室內其它器材。用國產五四手槍，分別在距離靶10米和15米的距離，以圓臺形合金混凝土塊為靶心，對靶實彈射擊。停止射擊后，從靶架上取下該靶(圖5)，用數碼相機多角度拍照。擰開靶上緊固螺栓，取下被射中的圓臺形合金混凝土塊并對其分別編號，更換上新的圓臺形合金混凝土塊和新面板，重復開始射擊。對中彈的圓臺形合金混凝土塊上的彈孔深度進行測量，測量采用首先用添加膨潤土和熟石膏粉的藻酸鹽印模材料進行“翻模”，即用印模材料將凹形彈坑轉換為便于卡尺測量凸狀的凹凸轉換操作。待“翻模”后的印模材料完全硬化后，逐一對每個彈坑的深度進行測定。對于距離10米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為最小值為3. 43mm、最大值為5. 04mm,平均值為4. 19mm ；對于距離15米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為最小值為2. 88mm、最大值為3. 58mm，平均值為3. 34mm。(3)射釘器材及靶材的選用與數據采集射釘槍，也稱射釘器。選用型號為SDQ603型大威力重型射釘器。其上所用的射釘彈選用型號為S4型、色標為紅色、威力等級為5級的高威力標準射釘彈。其上所用的射釘選用規格為YD52S8、桿長為252mm，剪切拉強度最小值為1116. 2MPa，抗拉強度最小值為 1860. 3MPa，釘尖的平均面積為O. 283mm2。射釘靶殼沿用實彈靶殼，在該靶殼上根據測試目標對換圓臺形合金混凝土塊或其空白進行調換。以不含骨料、相同金屬爐料配方、相同熔鑄工藝下獲得的圓臺形合金錠塊為合金混凝土塊的射釘檢測對照用空白。將射釘槍裝彈裝釘，槍口壓實在被固定到靶殼上圓臺形合金錠塊，摟動扳機發射射釘(圖9)，完成射釘后，測定射釘在圓臺形合金錠塊外露高度， 并根據原始釘長數據換算出射釘射入圓臺形合金錠塊內部的深度。該射入深度統計值為 28. 8mm±0. 12mm。以含有骨料而沒有經過五四手槍射擊的圓臺形合金混凝土塊為射釘檢測對象， 選兩塊圓臺形合金混凝土塊，每塊隨機選三個點射釘，6發射釘檢測結果為1發射釘的射入深度為28. 9mm,其余5發射釘的射入深度分別為11. 8mm、13. 6mm、13. 9mm、16. 8mm和 17. 5mm η這一數據至少揭示射中骨料的幾率為5/6，即射中骨料的幾率83%。換言之，射入深度為28. 9mm的那發射釘的射入深度落在不含骨料空白的28. 8_±0. 12_范圍內，說明射不中骨料的幾率為1/6，即射不中骨料的幾率17%。實施例2
與實施例I所不同的是
①投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量滿足占金屬爐料總和28wt%的比例；
②金屬爐料按照92. 75wt% Al-6. 5wt% Mg-0. 6wt% Zn-0. 15wt% Y的配比進行稱量和配料；
③合金混凝土的澆鑄溫度確定760°C ；
④獲得圓臺形合金混凝土的平均密度為2. 596g/cm3 ；
⑤五四手槍對于距離10米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為:最小值為3. 22_、最大值為4. 69_，平均值為3. 79mm ；
⑥五四手槍對于距離15米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為:最小值為2. 46mm、最大值為3. 45mm,平均值為3. 26mm ；
⑦射釘槍射中骨料的幾率為100% ；
⑧五四手槍對于距離10米靶射擊，圓臺形合金混凝土塊上，同一彈著點中彈兩發使得卵石骨料暴露在外的幾率為100% (圖6和圖7);
其余步驟和條件同實施例I。
實施例3
與實施例I所不同的是
①投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量滿足占金屬爐料總和22wt%的比例；②金屬爐料按照89. 05wt% Al-9. 5wt% Mg-Iwt % Zn-0. 45wt% Y的配比進行稱量和配料；③合金混凝土的澆鑄溫度確定730°C ；④獲得圓臺形合金混凝土的平均密度為2. 589g/cm3 ；⑤五四手槍對于距離10米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為最小值為3. 51mm、最大值為4. 84mm，平均值為4. 32mm ；⑥五四手槍對于距離15米靶射擊，遺留在圓臺形合金混凝土塊的彈坑深度統計結果為最小值為3. 26mm、最大值為3. 77mm,平均值為3. 46mm ；⑦射釘槍射中骨料的幾率為67% ;其余步驟和條件同實施例I。實施例4與實施例I所不同的是①卵石骨料的準備步驟中選偏重乳白色并夾帶些“鐵銹色”的大卵石(圖3)，用浮力法測定所選的幾個大卵石的平均密度為2. 63g/cm3 ;將該大卵石砸碎，其碎塊如圖4。雙層孔板上正方形方孔分別為IOmm和6mm，IOmm方孔的孔板放在上層，6mm方孔的孔板放在下層，通過10_孔板而沒有通過8_孔板的卵石碎塊留存，其余遺棄；②熔混料步驟中投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量滿足占金屬爐料總和 20wt%的比例；③出料步驟中將石墨坩堝中合金混凝土澆鑄到被預熱到300°C的槽鋼中，而不是像實施例I那樣澆鑄到圓臺形金屬模具中。替代圓臺形金屬模具的槽鋼內表面用粗砂紙打磨作為粗化處理，該槽鋼內寬70mm，內高40mm，長度250mm，并預先將該槽鋼兩端用3mm鋼板燒焊上封堵；合金混凝土澆鑄一結束，趁熱將一塊3mm厚、寬70mm和長250mm的鋼板壓在澆鑄表面，冷卻到室溫后將壓在澆鑄表面的鋼板與槽鋼電焊到一起，構成具有剛性皮膚阻尼內芯的夾芯梁。④檢測步驟中與實施例I中的“第四步，檢測”的目標和內容完全不同。而是將夾芯梁焊接到4-72型離心風機的基座上，以測定振動速度為指標，以沒有焊接該夾芯梁之前風機振動情況為對照空白；用AR63A測振儀對該風機上2. 2KW電機機座位置進行測量，該電機機座的對照空白的振動速度平均值5. lmm/s，而安裝夾芯梁后統一位置點的振動速度平均值為3. 3mm/s ;振動速度下降值為I. 8mm/s。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土，其特征在于，其合金混凝土組成為 卵石骨料占20wt% 28wt%，鋁基合金占72wt% 80wt%，二者總和構成IOOwt % ;其中的鋁基合金配方為金屬鋁占合金總量的89. 05wt% 92. 75wt%，金屬鎂占合金總量的6. 5wt % 9. 5wt %,金屬鋅占合金總量的0. 6wt % I. Owt %,金屬乾占合金總量的0.15wt 0. 45wt %。
2.如權利要求I所述的一種面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土的制備方法，其特征在于，步驟和條件如下第一步，備料(A)卵石骨料的準備包括面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料選形、選大小、選色澤、選抗炸裂、選密度和選配色的“六選”方法為A01)選形小卵石堆中橢圓或渾圓小卵石被選中；A02)選大小用帶有正方形方孔并且孔徑分別為12mm和8mm的雙層孔板,其12mm方孔的孔板放在上層，8_方孔的孔板放在下層，通過12_孔板而沒有通過8_孔板的小卵石被選中；A03)選色澤小卵石堆中含有乳白色和其它雜色的小卵石被選中；A04)選抗炸裂將洗凈晾干的小卵石放其到電阻爐中，升溫至750°C并保溫半小時，然后轉移爐外放到室溫下冷卻，不含有裂紋和未炸碎的小卵石被選中；A05)選密度密度在2. 6g/cm3 2. 65g/cm3之間的小卵石被選中；A06)選配色按照6比4的卵石個數比，選乳白色小卵石6份，與黑色、棕色或其它雜色小卵石4份，這種“四六配色配數”的比例被選中；對于面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料，“六選”條件缺一不可，而面向基座應用的合金混凝土中卵石骨料的“五選”條件與方法包括A07)選形大卵石堆中橢圓或近似圓形的大卵石被選中；A08)選大小將大卵石砸碎，其碎塊用帶有正方形方孔并且孔徑分別為IOmm和6mm的雙層孔板，其IOmm方孔的孔板放在上層，6mm方孔的孔板放在下層，通過IOmm孔板而沒有通過6mm孔板的碎塊被選中；A09)選色澤大卵石堆中偏重乳白色并夾帶些鐵銹色的大卵石被選中；All)選抗炸裂與面向輕裝甲應用的合金混凝土中卵石骨料，“六選”條件中“選抗炸裂”的條件與方法相同；A12)選密度多個大卵石的平均密度為2. 63g/cm3的大卵石被選中；(B)金屬爐料的準備包括將純度99.5wt%的Al錠和99. 5wt%的Mg錠鋸成厚度不超過20mm，長和寬均不超過150mm的鋁塊和鎂塊，將純度99. 9wt %的Zn錠砸成碎塊，碎塊最大徑長不超過50mm ;將純度99. 5wt%的Mg-Y母合金錠鋸成最大徑長不超過50mm的碎塊， 該Mg-Y母合金成分為70的％的1%和30被％的Y，二者總和為100% ；(C)覆蓋劑爐料的準備將純度99wt%的NaCl和99wt%的KCl，按照90克NaCl混入 10克KCl的比例，放到瓷研缽中研磨，研磨過的混合鹽放到電阻爐的石墨坩堝中，升溫到 810°C，待鹽全部熔化，攪拌后澆注到冷模中備用；第二步，熔混料(D)投料將備用的90wt%NaCl-IOwt% KCl混鹽熔體塊放到立式電阻爐的石墨坩堝中，該作為覆蓋劑的鹽熔體塊投入重量滿足占金屬爐料總和的三分之一的比例；符合條件的卵石骨料投放到電阻爐中的高鋁坩堝中，投放到高鋁坩堝中卵石骨料的投放量占金屬爐料總和的比例范圍為20wt% 28wt% ;將該放有兩個坩堝的電阻爐升溫，待石墨坩堝中混鹽熔體塊完全熔化，將該電阻爐控溫系統固定在795°C，按照所設計合金的組成或配方向石墨坩堝中投入金屬爐料，所設計的合金配方為金屬鋁占合金總量的89. 05wt% 92. 75wt% ;金屬鎂占合金總量的6. 5wt% 9. 5wt % ;金屬鋅占合金總量的0. 6wt % I.Owt% ;金屬乾占合金總量的0. 15wt*% 0. 45wt% ；金屬爐料投料順序依次為全部鋁塊、全部鎂塊、全部鋅塊和Mg-Y母合金塊，投料方法為該金屬爐料每塊逐一投入，并且前一塊金屬完全熔化，才可投入后一塊金屬爐料；(E)混料石墨坩堝中的所有金屬爐料全部溶化，待鹽全部熔化，用鎢棒插到石墨坩堝中，對全部溶化的金屬爐料圍繞石墨坩堝內壁攪拌4圈；接著將同一電阻爐高鋁坩堝中處于高溫態的卵石骨料投放到石墨坩堝中，再用鎢棒攪拌4圈，取出鎢棒將電阻爐控溫系統由795°C調控在730°C 760°C，等待作為覆蓋劑的鹽熔體結殼；該730°C 760°C也就是合金混凝土的澆鑄溫度范圍；第三步，出料用鋼釬和小撈渣勺將作為覆蓋劑的鹽殼徹底清理到爐外；將另一個大撈渣勺插到石墨坩堝底部；關閉電阻爐控溫系統；從爐中提出石墨坩堝，在大撈渣勺向外提拉的配合下，將石墨坩堝中合金混凝土澆鑄到圓臺形金屬模具中或夾芯梁的開口槽鋼殼中；該澆鑄物凝固后的產物為本發明面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土；其凝固后冷卻到室溫時的密度范圍為 2. 589g/cm3 2. 613g/cm3。
全文摘要
本發明涉及一種面向輕裝甲和基座應用的合金混凝土及制備方法。該合金混凝土的組成為卵石骨料占20wt％～28wt％，鋁基合金占72wt％～80wt％；其中的鋁基合金為添加不超過1wt％的稀土釔和鋅，并含有6.5wt％～9.5wt％鎂的超高鎂鋁合金。鎂與以SiO2為主要成分的卵石或其碎塊表面在高溫下的原位反應，保證了金屬材料與天然無機非金屬材料界面潤濕。采用熔鹽覆蓋-結殼法澆鑄該合金混凝土，獲得具有降低射入體穿透效果與減振降噪效果的輕裝甲和機器基座的基礎材料。該材料密度不超過2.7g/cm3，在10米距離用中國產五四手槍射擊也很難一槍擊穿該1厘米厚的合金混凝土。
文檔編號C22C21/00GK102586654SQ20121006890
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者吳耀明, 吳至林, 尚宏宇, 林靜, 王立東, 王立民, 程勇, 董龍祥, 鄧志安 申請人:中國科學院長春應用化學研究所