专利名称：用于制造生态弹药和其他用品的新材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及ODS (氧化物弥散强化或者颗粒弥散)类型的新的生态材料，其包括其中分布有弥散的强化颗粒的金属合金基体，并且该材料具有最佳的密度和形变度，可用于狩猎活动中的生态弹药、捕鱼用的钩子、汽车用惯性平衡物、抗X射线和离子辐射的屏幕、高尔夫球棒、水管、管道配件和电磁用品。
背景技术：
通常在狩猎活动中使用铅弹。密度是使得铅弹具有优良的机械和弹道性能的特征。正是这一特征使人们很难获得新材料用于 制造弹药以适合所述的狩猎活动。然而，铅的高毒性，其表现为对环境特别是对沼泽地的持续破坏，和对大量动物物种的毒害，对开发多种方案以减轻这一严重问题提出了需要。铅的一种替代品是钢，实际上，市场上出售的弹药都是基于该材料。但是，与铅相t匕，其严重的缺点是密度低和硬度高，这必然暗示需要大量的炸药，从而限制了能够使用的武器。在美国专利US 4，949，644中描述了铋弹丸的进展。所述材料具有高于钢但是低于铅的密度，除此问题之外，铋也是非常脆的材料，这(机械性能)导致了子弹在冲击中破裂和粉碎。在美国专利US 5，264，022，US 5，527，376和US 5，713，981中描述了含有不同比例的铁和坞的二元合金(其中坞所占比例为30-46%、40-60%或30-65%)的弹丸的进展。这一材料的主要缺点是其硬度大，这导致了每次子弹被射出时都会对武器的枪管造成破坏。在美国专利US4，949，645中描述了由坞和粉状聚合物(例如，聚乙烯或硅橡胶)构成的弹丸的进展。这一材料的问题在于射弹没有射程，这是因为在其自身变形过程中吸收并耗尽了动能。在美国专利US 6，149，705中描述了含有碳化钨粉末的核芯的弹丸的进展，所述核芯也可以含有如钨或者钽元素，核芯用例如铝、铋、铜、锡和锌的金属涂覆。但是，所述的弹药的缺点是碳化坞芯过硬，由于这一原因，在射中猎取目标时，其随着火药的释放会在动物身上产生了穿孔。在文献GB 2211920中描述了由锌一铝或者锌一锡合金组成的弹丸的进展，也可能添加其他金属例如铜、镁、硅、碱性金属或者碱土金属。但是，所述的子弹密度比铅低，这就导致了必须改造武器。在文献GB 2327113A中描述了由锡一铋合金组成的弹丸的进展，优选共晶点处的比例(45%Bi and 55%Sn)，其在密度和硬度方面也具有缺点。在专利US 5，877，437中描述了从复合材料中获得射弹的方法，该复合材料包括金属基体和金属颗粒。这类材料在冲击方面存在问题。
在专利WOO 1/59399中定义了以含有金属和/或合金颗粒的聚集体的材料为基础获得子弹和射弹的方法，其中金属和/或合金颗粒聚集体通过金属粉末系统压制而成。这一方法的主要缺点在于此类材料的特点，其意味着需要使用高熔化温度和压力才能铸造并获得最终的射弹和子弹。在专利US 6，536，352中描述了用含有金属颗粒基体的材料获得子弹的方法，其中所述的金属颗粒基体与低熔点金属键合以获得金属粉末产品。这一材料的特点是需要使用高成型压力来成型并获得最终产品。在专利EP1457578中描述了由金属粉末类材料形成的生态弹药，其中所述材料含有吸附在锡基体上的球形钨颗粒。根据此申请生产所述材料的方法是压力低于250Mpa。所述压力的使用意味着需要附加高额费用。尽管具有目前的发展，但是，在该技术状态下，仍然需要提供可替代的新材料来制造用于狩猎活动的生态弹药。所述的材料必须具有接近于铅的最佳密度以及与目前用铅获得的产品具有相似量级的弹道性能和机械性能，一方面，预防对环境的损害，另一方面，避免改变目前弹药筒的和用于铅弹的炸药的设计。在这些可能性当中，找到了 ODS型(氧化物弥散强化或者颗粒弥散)材料，其中在金属合金基体中引入了具有不同氧化程度的颗粒，以这样的方式减少了颗粒和基体之间的界面能。这样子弹Unit)维持了其机械特性和形变度同时在撞击过程中不发生碎裂。这意味着就撞击来说它们具有超过如专利US 5，877，437中所述的复合材料的优点。另一方面，目前在 市场上存在几种类型的捕鱼用鱼锤，虽然最常用的、并因此最普通的是铅锤。当与水接触后，由于水中所含的硝酸盐、氯和氧的浓度或水平的作用使得铅逐渐向介质中释放一定含量的毒素。细菌和毒素在这些污染沉积物中聚集，降低了水的质量，而水是蟹、牡蛎、虾、贝和所有种类的鱼的居所，这使得它们不再适合于人类食用。作为铅的替代品，发现鱼锤可以用其中基于锡和铋的材料制备。在加拿大专利CA2380704中，介绍了以锡合金为基，添加小比例的其他金属如银、铜、锑、锌、镍金属而制造的鱼锤。当暴露于海水中时，这些合金不会被腐蚀，因此其不会污染环境。在欧洲专利EP 1154026中，使用含有锡一钨元素制成的材料来代替铅。在美国专利US 2004/0055205中，介绍了鱼钩的生产。鱼钩的基本材料是碳化坞，其所占比例很大，并添加其他少量元素如钴、碳化钛、钽或碳化铌以及微量的碳化钒、碳化铬和镍。在美国专利US 6，325，136中介绍了用基于铋和锡的合金制造的鱼锤，其中铋的重量百分比超过48%。在美国专利US 5，946，849中介绍了使用铋合金作为基本材料，铋的重量百分比在50-98%之间变化,并添加少量锡、铺和锌或者这些元素的混合物来制备鱼钩。令人震惊的是，本发明人发现了一种新的ODS型生态材料，其具有弥散颗粒，具有允许在整个弹道和机械性能范围内代替铅的密度，而不具有铅的毒性影响。由于其最佳的形变度，由这种材料制备的弹药在冲击中相对于射程和动能传递具有良好的性能，因此克服了目前所使用的铅的替代材料的缺点。
所述材料以金属合金为基体，其中分散着强化颗粒，所述金属基体包括锌和铋合金、锌和铝合金、锡和铋合金或者锡和锌合金以及任何其他低熔化温度的材料，并且所述强化颗粒是钨或者钨铁，也可以用钨颗粒或者钨铁氧化物或者碳化物或者任何这些化合物的混合物来增强的基体。这一新材料的成分使其增强了合金的密度而不影响其如硬度、延展性、形变度、惯性等机械性能，并赋予其生态特性，这使得其获得不同的应用而不污染环境。因而，这一材料可以在其他这样的活动中得到应用，例如制造垂钓用的鱼钩、汽车的惯性秤锤、抗X射线和离子辐射的屏幕、高尔夫球棒，以及用于水管和管道配件和电磁用品，克服了因铅的应用而引起的缺点。
图1是由使用22%预氧化的铁钨作为强化颗粒的锡铋合金所制备的子弹与距离20米的钢板相撞的变形度；(a)未射出的子弹，(b)射出的子弹。发明目的因此，本发明的目标是提供一种新的ODS型生态材料，其包括金属合金基体和分布在其中的弥散强化颗粒，其密度在7-14g/cm3之间变化，最佳形变度大于或者等于10%。本发明的进一步的目标是使用此新材料生产生态弹药、鱼钩、汽车用惯性秤锤、抗X射线和离子辐射的屏幕、高尔夫球棒，以及水管和管道配件和电磁用品。最后，本发明的另一个目标是由所述ODS型材料制造生态弹药。
具体实施例方式本发明提供一种新的ODS型生态材料，其包括金属合金基体和分布其中的弥散强化颗粒，其密度在7-14g/cm3之间变化，最佳形变度大于或者等于10%。在本发明的新材料的一个具体实施例中，金属基体包括锌铋合金、锌铝合金、锡铋合金或者锡锌合金。在优选实施例中，金属基体包括锌铋合金，其中铋重量百分比为1-29 %，锌重量百分比为71-99% ;或者锌铝合金，其中锌重量百分比为75-95%，铝重量百分比为5-25% ;或者铋锡合金，其中铋重量百分比为71-99%，锡重量百分比为1-29%;或者锌锡合金，其中锡重量百分比为1_39%，锌重量百分比为61-99%，在这种情况下没有强化，或锌锡合金，其中锌重量百分比为1-99%，锡重量百分比为99-1%，在这种情况下具有强化，重量百分比是相对于合金的总重量。在本发明的另一个具体实施例中，强化颗粒是钨、钨铁、碳化坞、碳化坞铁、氧化钨、氧化钨铁或者它们的派生物。已经证明加入弥散的钨或者铁钨颗粒可获得合适的ODS型材料以制造生态弹药而取代铅基材料，其中上述的弥散颗粒在被添加到基体之前经过全部或者部分氫化。在本发明的一个具体实施例中，强化颗粒的直径在1-500 iim之间。在本发明材料的另一个具体实施例中，金属基体和弥散强化颗粒之间的比例在
0-0. 8之间变化。
在优选实施例中，金属基体和弥散颗粒之间的比例如下
-锌铋合金基体/钨颗粒=0-0.734一锌铋合金基体/铁钨颗粒=0-0. 510一锌铝合金基体/钨颗粒=0-0. 775一锌铝合金基体/铁钨颗粒=0-0. 539一铋锡合金基体/钨颗粒=0-0. 597一秘锡合金基体/铁鹤颗粒=0-0. 414一锡锌合金基体/钨颗粒=0-0. 720一锡锌合金基体/铁钨颗粒=0-0. 500一锌秘合金基体/氧化鹤颗粒=0-0. 634一锌铋合金基体/氧化铁钨颗粒=0-0. 550一锌铝合金基体/氧化钨颗粒=0-0. 775一锌铝合金基体/氧化铁钨颗粒=0-0. 560一秘锡合金基体/氧化鹤颗粒=0-0. 650`
一铋锡合金基体/氧化铁钨颗粒=/0-0. 430一锡锌合金基体/氧化钨颗粒=0-0. 720一锡锌合金基体/氧化铁钨颗粒=0-0. 520一锌铋合金基体/碳化钨颗粒=0-0. 710一锌铋合金基体/碳化铁钨颗粒=0-0. 550一锌铝合金基体/碳化钨颗粒=0-0. 710一锌铝合金基体/碳化铁钨颗粒=0-0. 560一秘锡合金基体/碳化鹤颗粒=0-0. 610一铋锡合金基体/碳化铁钨颗粒=0-0. 420一锡锌合金基体/碳化钨颗粒=0-0. 740一锡锌合金基体/碳化铁钨颗粒=0-0. 520加入强化颗粒使获得的新材料具有最佳的密度值以及和铅相似的机械和射击性能，这是由于强化颗粒增强了合金的密度，而未影响其硬度、延展性、弹道等性能。而且，由于具有良好的形变度，因此在撞击过程中具有良好射程和动能传递性能，避免了其在所述撞击过程中的粉碎。因此，在本发明的具体实施例中，使用锡铋合金，其中包含22%的预氧化铁钨颗粒作为强化颗粒，可获得大于铅的、量级为10. 2g/cm3的密度，此外，在撞击过程中形变能力得到了提高(图1)。此外，本发明中的新的ODS型材料可以包括从锑、锡、铜、锌和铁中选择的金属。与铅弹相比，使用所述的金属使本发明中的新材料的性能得到了增强，并在例如生态弹药、特殊子弹的生产中达到最佳化。在一个具体实施例中，本发明中的新材料包括所述的金属，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 05-10%。在一个优选实施例中，本发明中的新材料包括锑，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 1-6% o在另一个优选实施例中，本发明的新材料包括锡，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 1-5%。在另一个优选实施例中，本发明的新材料包括铜，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 1-2%。在另一个优选实施例中，本发明的新材料包括锌，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 1-5%。在另一个优选实施例中，本发明的新材料包括铁，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为0. 1-5%。所述的生态材料，因其成分特点而对环境不造成危害，其与水接触时，呈现高的抗化学腐蚀能力，加上其具有的硬度、延展性、形变能力等机械性能，使其可以在不同领域获得应用。因此，本发明的另一方面是设想将这种新材料用于生产生态弹药、鱼钩、汽车惯性秤锤、抗X射线和离子辐射的屏幕、高尔夫球杆、水管和管道配件及电磁用品。在本申请的内容中，术语“弹药”包括可以用在用于狩猎活动的武器中的任何类型的弹药，例如弹丸、子弹、大型铅弹和火炮等。在本发明的优选实施例中，用此新材料制造的生态弹药是弹丸。最后，本发明的另一方面是，本申请提供了一种生态弹药，优选为弹丸，其由上述的ODS型新材料制造。在优选实施例中，所述弹丸具有磁性。这种情况是制造弹丸的ODS型材料中的弥散强化金属由钨铁构成。所述弹丸特别适于狩猎区域内的定位和收集，在该狩猎区域内已经通过使用装有例如磁铁的合适的装置而使用了这些弹丸。使用具有颗粒弥散的新材料制造的弹丸的尺寸，包括市场出售的铅弹的尺寸和根据不同武器的类型的弹道特性而需要调整的任何其他的弹丸尺寸。总之，所制造的弹丸的尺寸和形状取决于射弹和所要使用的武器。这一新材料使得所获得的机械和弹道性能与铅相似，其密度低于狩猎弹药中使用的该化学元素和其合金的密度。这些内在和外在的弹道性能意味着不需要修改目前的武器设计。此外，材料的密度允许使用常压或者很低的压力，和低熔化温度进行生产，这意味着节省了大量的能量 。
权利要求
1.一种氧化物弥散强化型生态材料，所述材料包括含有锌铋合金、锌铝合金、锡铋合金或者锡锌合金的金属合金基体和分布在其中的由铁钨、铁钨的碳化物、铁钨的氧化物或者它们的派生物制成的弥散强化颗粒，其特征在于，所述生态材料的密度在7-14g/cm3之间，形变度大于或者等于10%，其中所述的弥散强化颗粒相对于金属合金的总重量的比例高达22%。
2.根据权利要求1所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述的金属合金基体包括锌铋合金，其中铋重量百分比为1-29%，锌重量百分比为71-99%;或者锌铝合金，其中锌重量百分比为75-95%，铝重量百分比为5-25% ;或者铋锡合金，其中铋重量百分比为71-99%,锡重量百分比为1-29% ;或者锌锡合金,其中锡重量百分比为1-39%,锌重量百分比为61-99%，在这种情况下没有强化；或者锌锡合金，其中锌重量百分比为1-99%，锡重量百分比为99-1%，在这种情况下具有强化，所述的重量百分比为相对于金属合金的总重量。
3.根据权利要求1所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述的弥散强化颗粒的直径在1-500 μ m之间。
4.根据前述任一权利要求所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括从锑、锡、铜、锌和铁中选择的金属。
5.根据权利要求4所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，相对于金属合金的总重量，所述氧化物弥散强化型生态材料包括的所述金属的重量百分比为O. 05-10%。
6.根据权利要求5所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括锑，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为O. 1-6%。
7.根据权利要求5所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括锡，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为O. 1-5%。
8.根据权利要求5所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括铜，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为O. 1-2%。
9.根据权利要求5所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括锌，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为O. 1-5%。
10.根据权利要求5所述的氧化物弥散强化型生态材料，其特征在于，所述氧化物弥散强化型生态材料包括铁，相对于金属合金的总重量，其重量百分比为O. 1-5%。
11.由权利要求1-10所述的氧化物弥散强化型生态材料制造的生态弹药。
12.根据权利要求11所述的生态弹药，其特征在于，所述生态弹药为弹丸。
13.根据权利要求12所述的生态弹药，其特征在于，所述弹丸具有磁性。
全文摘要
本发明提供了一种ODS型材料(氧化物弥散强化或者颗粒弥散)，其包括金属合金基体和分布在其中的弥散强化颗粒，这使得该材料具有最佳的密度和形变度。所述金属基体包括锌铋合金、锌铝合金、锡铋合金或者锡锌合金，所述的强化颗粒是钨、铁钨、或二者的氧化物，二者的碳化物、或者它们的派生物。所述新材料可以代替铅用于用于生产生态弹药、鱼钩、汽车用惯性平衡物、抗X射线和离子辐射的屏幕、高尔夫球棒、水管、管道配件以及电磁用品。本发明也提供了一种由所述的复合材料制造的生态弹药，例如弹丸。
文档编号C22C30/00GK103031468SQ201210442860
公开日2013年4月10日 申请日期2005年8月8日 优先权日2004年8月10日
发明者爱娃·玛丽亚·费如洛·尼古拉斯, 玛丽亚·蒂尔·皮拉·耶罗·本戈亚, 弗朗西斯科·贾维尔·佩雷斯·特鲁吉罗, 曼努埃尔·卢易兹·鲍文, 胡安·安东尼奥·特瑞拉若斯·维拉维尔德, 伊萨贝尔·拉散塔·卡拉斯科 申请人:西班牙狩猎联合会