抗冲击反应单元及抗冲击反应装置、铝合金的制造方法与流程

本发明涉及工程与装备机构件的承载应用领域，特别是涉及一种抗冲击反应单元及抗冲击反应装置。此外，本发明还涉及一种铝合金的制造方法。

背景技术：

结构是一种物质形态，是空间受力体系，结构件是受力体系中的一部分。结构及结构件的受力形式中，有一种形式为猛烈的撞击，即受到冲击，普通结构件的抗冲击能力较弱，受到冲击后容易损坏。在一些容易受到冲击的场合，需要设置专门能够抵抗冲击载荷的结构。

有一种典型的抗冲击反应单元设有夹层，爆炸块装甲就是用薄钢板制成的普遍扁平合子，里面装有炸药，将盒子固定在坦克上。由于盒子里装的是钝感炸药，一般碰撞不易引起爆炸，甚至普通的机枪子弹或炮弹破片击中它也不会引起爆炸。只有遇到破甲弹和反坦克导弹会引起爆炸，将破甲弹或导弹战斗机的金属射流冲散搅乱，使其不能正常发挥作用，从而保护了坦克装甲不被击穿。

爆炸反应装甲的一个重要标准是钝感炸药的敏感度，炸药的敏感度较高时可以改善装甲的抗冲击效果，但是，也存在一定的隐患，在运输途中容易发生爆炸。

因此，如何设计一种敏感度较高，收到冲击载荷才会引起爆炸的结构，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种抗冲击反应单元，该抗冲击反应单元在运输中不会发生爆炸，收到冲击时才会发生爆炸，从而抵抗了冲击载荷、改变冲击载荷的方向和能量。本发明的第二个目的是提供一种铝合金的制造方法。本发明的另一个目的是提供一种抗冲击反应装置。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种抗冲击反应单元，包括壳体，所述壳体为铝合金密封壳体，所述壳体的内腔设有含有大量氢元素的液体。

可选地，所述壳体包括外壳和内壳，所述内壳的铝合金呈液体状态时吸入大量的氢离子。

可选地，所述内壳的铝合金为铝镓合金。

可选地，所述内腔设有混有一定比例的防冻剂的水。

可选地，所述防冻剂为乙二醇。

本发明还提供了一种铝合金的制造方法，包括以下步骤：

S1，熔炼铝合金时，使液态铝合金处于潮湿环境中一定的时间；

S2，铸型并冷却。

本发明还提供了一种抗冲击反应装置，包括上述任一项所述的抗冲击反应单元，在所述抗冲击反应单元外部设置预应力反应单元，所述预应力反应单元，包括弹性件和杆件，变形后的所述弹性件的两端分别与所述杆件的两端连接，形成内应力单元，所述内应力单元二次铸形形成预应力反应单元。

可选地，在所述抗冲击反应单元的壳体包括外壳和内壳，所述预应力反应单元分布在所述外壳的壳壁中。

可选地，所述壳体的所述内壳的一侧的壁面为密封件，所述密封件的外侧设置所述弹性件，在所述弹性件的外侧设置后壁。

可选地，所述壳体的所述内壳的一侧的壁面为密封件，所述密封件的内侧设置所述弹性件。

可选地，所述弹性件在水平方向和竖直方向均产生变形，然后与所述杆件连接。

可选地，在所述内应力单元中，所述弹性件俯视呈S型，侧视呈弓型。

可选地，所述弹性件的弓型的中部呈C形，或者，所述弹性件的弓型的中部回转形成O形，或者，所述弹性件的中部设有通孔，其一端从所述通孔穿过，在所述弓型的中部回转形成O形。

本发明提供的抗冲击反应单元，包括壳体，壳体为铝合金密封壳体，壳体的内腔设有含有大量氢元素的液体。

该抗冲击反应单元受到冲击时，冲击能量因抗冲击反应单元的抵抗，部分转换为热能。热能能够使铝合金熔化并飞溅至内腔，与含有大量氢元素的液体反应，瞬间能够产生更大量的热量和燃烧产物，造成爆炸，爆炸能够干扰冲击的方向和能量，耗散冲击的力度。

该抗冲击反应单元，可以用于增强部件的抗冲击能力，安装在易于遭受冲击的封闭体或掩体的表面，在运输过程中，抗冲击反应单元不会产生爆炸，只有在受到冲击时才会引发爆炸，从而提高了部件的内容物或掩体所掩护物体的生存能力。

本发明还提供了一种铝合金的制造方法，包括以下步骤：首先，熔炼铝合金时，使液态铝合金处于潮湿环境中一定的时间；然后，铸型并冷却。

与传统的铸造技术不同，该制造方法在熔炼铝合金时，创造大湿度环境，并液态铝合金处于大湿度环境中较长时间，液态铝合金能够分离环境中水分子，获得氢离子，使液态铝合金中吸入大量氢离子。氢离子和铝合金溶液发生化学反应，这个过程由于接触面积和铝氢比例的原因不会导致爆炸，可以使氢离子以化合物的形式存在。此反应使得铝合金凝固后具有针孔，吸入的氢离子越多，针孔会越大，数量会越多。该制造方法，利用铝合金熔炼过程中的吸氢现象，为铝氢爆炸反应提供更多的氢离子，有助于减少参与反应的内壳所需材料与几何尺寸、降低重量，提高爆炸当量。

本发明还提供了一种抗冲击反应装置，包括上述任一项所述的抗冲击反应单元，在抗冲击反应单元外部设置预应力反应单元，预应力反应单元，包括弹性件和杆件，变形后的弹性件的两端分别与杆件的两端连接，形成内应力单元，内应力单元二次铸形形成预应力反应单元。

这种组合式的抗冲击反应装置遭受冲击时，预存有内应力的预应力反应单元在外部冲击载荷作用下释放抵抗冲击载荷、改变载荷冲击方向的能量；被干扰的冲击载荷仍会继续冲击，冲击产生的热量会使抗冲击反应单元的壳体的铝合金的变为液体甚至气体，这时铝合金液体和内腔中的溶液反应并产生爆炸，爆炸形成干扰冲击方向的能量，特别是耗散冲击力度的能量，爆炸反应剩余部分液体参与吸收爆炸与外部冲击的震荡能量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的抗冲击反应单元一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的抗冲击反应装置一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的抗冲击反应装置另一种具体实施方式的结构示意图；

图4为图2中的内应力单元的侧视图；

图5为图2中的内应力单元的俯视图；

图6为图2中的预应力反应单元的侧视图；

图7为图2中的预应力反应单元的俯视图。

其中，图1至图7中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下：

抗冲击反应单元6；壳体61；外壳611；内壳612；内腔62；

预应力反应单元2；内应力单元1；弹性件11；杆件12；

密封件8；后壁9。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参考图1，图1为本发明所提供的抗冲击反应单元一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种抗冲击反应单元6，包括壳体61，壳体61为铝合金密封壳体，壳体61的内腔62设有含有大量氢元素的液体。

该抗冲击反应单元6受到冲击时，冲击能量因抗冲击反应单元6的抵抗，部分转换为热能。热能能够使铝合金熔化并飞溅至内腔62，与含有大量氢元素的液体反应，瞬间能够产生更大量的热量和燃烧产物，造成爆炸，爆炸能够干扰冲击的方向和能量，耗散冲击的力度。同时抗冲击反应单元6中的液体可以吸收冲击过程中产生的振动。

铝能够置换氢，产生大量的氢气，氢气与空气中的氧气反应产生爆炸，例如铝与水的反应 ，然后在撞击热量的影响下产生爆炸，这种可控的爆炸方式，能够耗散外部冲击载荷的动能。

该抗冲击反应单元6，可以用于增强部件的抗冲击能力，安装在易于遭受冲击的封闭体或掩体的表面。该抗冲击反应单元6中的铝只有高温融化后才会发生爆炸，在运输过程中，抗冲击反应单元6不会产生爆炸，只有在受到冲击时才会引发爆炸，从而提高了安全系数，也提高了部件的内容物或掩体所掩护物体的生存能力。

一种优选的实施方式中，壳体61包括外壳611和内壳612，内壳612的铝合金呈液体状态时吸入大量的氢离子。

传统的铸造方法中，为了避免出现氢脆，要对熔炼铝合金的环境除湿。在本申请中，在熔炼铝合金时，创造大湿度环境，并使液体铝合金在湿度环境中较长时间，使液态铝合金分离环境中水分子，使液态铝合金中吸入大量氢离子，铝合金凝固后会在产生较多真空，吸入氢离子越多，针孔会越大，数量也会越多。

本申请中的逆传统铸造技术，利用铝合金熔炼过程中的吸氢现象，为铝氢爆炸反应提供更多的氢离子，有助于减少参与反应的内壳612所需材料与几何尺寸、降低重量，提高爆炸当量。

同时为了防止大量吸氢的铝合金铸件不能满足密封条件，所以将该铸件设为内壳612，并在内壳612外设置外壳611，请参考图1。

进一步优选的实施方式中，内壳612的铝合金为铝镓合金。

铝的化学性质比较活泼，容易与氧结合，并在铝的表面形成一层氧化铝膜，如果有比铝还活泼的金属，会阻止这个膜的形成，氧会与更活泼的金属反应，所有的铝都被用来产生氢气。

镓能阻止铝与氧反应，使铝都被用来产生氢气。

当然，其他的比铝活泼的，能够与铝形成金属化合物的元素也可以在本申请中应用。

上述各具体的实施方式中，内腔612设有混有一定比例的防冻剂的水。

内腔612中有一定的防冻剂，使得该抗冲击反应单元6能够在低温环境中使用，在低温环境中，其内部的溶液不会结冰。

一种优选的实施方式中，防冻剂为乙二醇。

乙二醇在环境温度下不危险，但在一定温度下，乙二醇和空气的混合物是可燃的。燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳、水。

化学方程式：2C₂H₆O₂+ 5O₂= 4CO₂+ 6H₂O。

当然，其他的醇类或醇醚类的防冻剂也可以在本申请中应用。

本发明还提了一种铝合金的制造方法，包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铝合金时，使液态铝合金处于潮湿环境中；

步骤S2，铸型并冷却。

与传统的铸造技术不同，该制造方法在熔炼铝合金时，创造大湿度环境，并液态铝合金处于大湿度环境中较长时间，液态铝合金能够分离环境中水分子，获得氢离子，使液态铝合金中吸入大量氢离子。

氢离子和铝合金溶液发生化学反应，这个过程由于接触面积和铝氢比例的原因不会导致爆炸，可以使氢离子以化合物的形式存在。此反应使得铝合金凝固后具有针孔，吸入的氢离子越多，针孔会越大，数量会越多。

该制造方法，利用铝合金熔炼过程中的吸氢现象，为铝氢爆炸反应提供更多的氢离子，有助于减少参与反应的内壳所需材料与几何尺寸、降低重量，提高爆炸当量。

请参考图2和图3，图2为本发明所提供的抗冲击反应装置一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的抗冲击反应装置另一种具体实施方式的结构示意图。

本发明还提供了一种抗冲击反应装置，包括上述各实施例所述的抗冲击反应单元6，在抗冲击反应单元6外部设置预应力反应单元2，预应力反应单元2包括弹性件11和杆件12，变形后的弹性件11的两端分别与杆件12的两端连接，形成内应力单元1，内应力单元1二次铸形形成预应力反应单元2。

这种组合式的抗冲击反应装置遭受冲击时，预存有内应力的预应力反应单元2在外部冲击载荷作用下释放抵抗冲击载荷、改变载荷冲击方向的能量；被干扰的冲击载荷仍会继续冲击，冲击产生的热量会使抗冲击反应单元6的壳体的铝合金的变为液体甚至气体，这时铝合金液体和内腔中的溶液反应并产生爆炸，爆炸形成干扰冲击方向的能量，特别是耗散冲击力度的能量，爆炸反应剩余的部分液体参与吸收爆炸与外部冲击的震荡能量。

该抗冲击反应装置结合铝氢爆炸原理和预存定向有序内应力的结构，组合多种抗冲击机理，对冲击进行多层次抵抗。

在一种具体的实施方式中，在抗冲击反应单元6的壳体61包括外壳611和内壳612，预应力反应单元2分布在外壳611的壳壁中。

如图2所示，预应力反应单元2中的内应力单元1通过二次铸型的成型方法镶嵌在外壳611中，可以设置在外壳611前端的外表面上，此位置的预应力反应单元2可以首先与冲击接触。

一种优选的实施方式中，壳体61的内壳612的一侧的壁面为密封件8，密封件8的外侧设置弹性件11，在弹性件11的外侧设置后壁9。

如图2所示，在密封件8的外侧与组合式的抗冲击反应装置的后壁9之间设置有弹性件11，内腔62中液体的压力施压于密封件8上，密封件8与后壁9共同挤压弹性件11，弹性件11将发生弹性弯曲变形，弹性件11的回弹力也压迫密封件8防止内腔62中的液体泄露。

液体的铝合金与内腔的液态发生爆炸反应的能量能够释放弹性件11内预存的弹性应力，弹性件11能再一次干扰消减冲击的能量。

另一种优选的实施方式中，壳体61的内壳612的一侧的壁面为密封件8，密封件8的内侧设置弹性件11。

如图3所示，与上述结构相似，可以将弹性件11固定在密封件8的内壁上，该弹性件11的初始状态并不处于弹性变形状态，承受冲击载荷时弹性退让，发生变形吸收冲击载荷的能量。

设置弹性件11的悬挂方式可以是焊接，螺接等。

请参考图4至图7，图4为图2中的内应力单元的侧视图；图5为图2中的内应力单元的俯视图；图6为图2中的预应力反应单元的侧视图；图7为图2中的预应力反应单元的俯视图。

在上述各实施方式中，弹性件11在水平方向和竖直方向均产生变形，然后与杆件12连接。

弹性件11在两个方向产生变形，在外部冲击载荷作用下，内存的弹性应力会在两个方向释放，与冲击载荷对抗的过程中，能够同时改变冲击载荷的能量和方向。

弹性件11的变形方式可以有多种，可以是弯曲变形，扭转变形等形式，其他能够预存弹性内应力的变形方式均可以在本申请中应用。

具体的，在内应力单元1中，弹性件11俯视呈S型，侧视呈弓型。

当弹性件11俯视为“S”形，侧视呈弓形时，在外部冲击载荷作用下的内存弹性应力会在二个方向释放，一个是弓形方向，如图4和图6中的A方向，另一个在扭曲方向，如图5和图7中的B方向，同时在两个方向上干扰冲击载荷，使对冲击载荷的能量和方向的改变同时发生。

一种具体的实施方式中，弹性件11的弓型的中部呈C形，或者，弹性件11的弓型的中部回转形成O形，或者，弹性件11的中部设有通孔，其一端从通孔穿过，在弓型的中部回转形成O形。

弓型的中部呈C形弯曲，便于从两端拉伸，然后与杆件12锁定，拉紧弹性件，使内应力单元1内部保存较多的内应力。弹性件11的中部设有通孔，其一端从通孔穿过，在弓型的中部回转形成O形，形成穿越式回转结构，弓型的中部回转成O形和穿越式回转结构，回转后的两端具有远离杆件12的趋势，与杆件12连接后，内应力单元1内部保存的内应力较多。

上述各具体的实施方式中，杆件12为螺纹杆。

杆件12对变形后的弹性件11进行锁定，使其内部预存一定的弹性内应力，杆件12可以为螺纹杆，弹性件11与杆件连接的端部设有通孔，杆件12穿过通孔后，与螺母配合。

进一步的，螺纹杆两端的螺纹的旋向相反。

杆件12两端的螺纹的旋向相反，杆件12为正反双向螺纹杆，弹性件11与杆件12配合的孔为螺纹孔，这样，杆件12的两端分别与两个螺纹孔配合时，只需往一个方向旋转杆件12，就可以同时完成两端的螺纹连接。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。