本发明属于弹药制品技术领域，更具体地，涉及一种铝合金弹壳及其制造方法。
背景技术：
轻武器的减重是提高部队作战机动性的主要途径，以单兵装备为例，陆军士兵在伊拉克战争中负荷高达35kg，超过负荷标准l0kg。在阿富汗战场上单兵平均负重约50kg，高负荷行军削弱了单兵的机动性和作战能力，而自动化武器作为单兵装备作战打击中的核心和关键，降低系统重量，最大程度发挥作战效能，己成为其发展的终极目标。
传统弹壳均采用铜和钢为材料，重量大，携带不便，铝合金材料成为各国武器轻量化研究的方向。铝是轻型结构金属，具有许多优异的性能，与钢铁、工程塑料等材料相比，铝合金有着质量轻、比强度高等优异的性能。铝还具有优良的吸湿能力、流动性、尺寸稳定性、机械加工性能和电磁干扰屏蔽性能。铝的这些优异性能，使铝合金在国防、航空工业、汽车、摩托车、光学仪器、机械设备和电子产品等领域有着非常广阔的前景。尤其是将铝合金作为轻量化弹壳材料，可大幅度降低弹壳重量，提高单兵作战效能。因此，铝合金弹壳及其成型技术已成为各国弹药轻量化研究的重点。
传统的弹壳生产多采用冷冲压和冷锻(冷挤压)，但是，采用现有工艺制备铝合金材料弹壳，存在可挤压性差、延伸率低等问题，难以实现大塑性变形，其强度、变形量、耐高温性能等无法满足要求，因此，将铝合金材料替代铜或者钢材料应用于铝合金弹壳制造，仍然存在较大的技术难题。
技术实现要素：
针对现有技术中铝合金弹壳及其制造技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金弹壳制造方法。该方法科学合理设计合金成分，经过3d喷射成型快速凝固技术、多道次模具冲压成型处理、硬质阳极氧化表面处理后制得铝合金弹壳，整套工艺过程完整，可操作性强，能够实现替代传统铜质、钢质弹壳的目的。
本发明的另一目的在于提供一种上述制造方法制得的铝合金弹壳。制得的铝合金弹壳强度和硬度得到提高，且具有良好的机械性能，能够很好的满足使用要求。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种铝合金弹壳制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
s1.准备铝合金原材料并熔炼铝合金溶液；
s2.制备铝合金弹壳坯料：将步骤s1中的铝合金溶液采用3d喷射成型快速凝固方法制备铝合金弹壳沉积坯，对沉积坯挤压、切割得到弹壳毛坯；
s3.成型处理：对步骤s2制备的铝合金弹壳毛坯通过5～9次冲压，得到铝合金弹壳；
s4.表面处理：对步骤s3得到的铝合金弹壳进行表面阳极氧化处理。
进一步地，所述铝合金原材料为高强韧铝合金，由以下质量百分比的合金成分组成：
铜3.0～5.0wt.％，
镁2.0～4.0wt.％，
锰0.5～1.5wt.％，
钛0.01～0.03wt.％，
铬0.01～0.03wt.％，
锆0.01～0.03wt.％，
其余部分包含铝和杂质si、fe元素。
进一步地，铝合金原材料无水n2保护下在石墨坩埚中熔炼后，在3d喷射成形设备上喷射成沉积坯；
所述3d喷射成形设备上制备沉积坯步骤为：将熔炼的铝合金溶液通过密封流道浇入3d喷射成形设备上已预热的容器中；容器中的熔液通过内孔径3～5mm的导液管导流至3d喷射成形设备的雾化器中；并在雾化器中采用压力为0.5～2.5mpa的无水n2雾化；将雾化的固、液态颗粒沉积在基体板上，制备出直径为120～180mm，长度为1200～1500mm的沉积坯。
进一步地，将沉积坯加工成直径120～150mm，长度500～800mm的圆锭；在400℃～450℃温度下挤压成30～50mm的圆棒；将圆棒切割为重25～35g的圆柱块，得到弹壳坯料。
更进一步地，挤压比为16:1；所述圆棒再经733k固溶1.5h后淬火，并在393k时效18h后锯制而成。
进一步地，将所述弹壳坯料在模具中经5～9次冲压形成弹壳，所述冲压第一道冲压用于制备弹壳底部，中间冲压用于引伸弹筒，最后一道冲压用于收口。
进一步地，所述弹壳底部的冲压变形量为20％～30％。
进一步地，所述引伸弹筒的冲压成型过程为7道次冲压，各道次冲压变形量相对于上一道次所得冲压体而言依次为30％、25％、20％、15％、10％、5％、3％。
进一步地，所述阳极氧化处理的具体操作步骤如下：
y1.去油：采用脱脂剂对铝合金弹壳进行去油处理；
y2.第一次水洗；
y3.碱蚀：将去油后的铝合金弹壳置于碱蚀液中进行处理；
y4.第二次水洗；
y5.去光：将步骤s4水洗后的铝合金弹壳放入去光液中进行去光处理；
y6.第三次水洗；
y7.阳极氧化：将步骤y6水洗后的铝合金弹壳放入阳极氧化溶液中进行直流阳极氧化，直流电压为0～30v，电流密度为2～3a/dm2，所述阳极氧化温度为0～5℃，时间为2h；
y8.第四次水洗；
y9.热水洗：将铝合金弹壳放入热水槽中清洗干净；
y10.封闭：用镍酸盐对铝合金弹壳进行封闭处理；
y11.第五次水洗；
y12.烘干：将完成水洗的铝合金弹壳进行烘干处理。
进一步地，所述弹壳冲压速度为1～60mm/min。
进一步地，所述引伸弹筒和收口过程中还有退火处理，退火处理的参数为：320～450℃保温10～60min，空冷。
进一步地，所述弹壳冲压时添加有润滑液；所述润滑液为油基石墨悬浮液。
更进一步地，所述油基石墨悬浮液为石墨粉与汽缸油的混合液，混合比例为3～5:5～7。
更进一步地，石墨粉与汽缸油的混合比例为4:6。
进一步地，一种上述制造方法制得的铝合金弹壳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以cu、mg、mn为主要合金成分，添加微量稀土元素来设计合金，从强度、变形能力及耐烧蚀等方面优化出最佳的铝合金成分，采用该铝合金成分制备的铝合金具有强度高、硬度大的特点，且韧性和抗腐蚀应力均得到提高。
本发明基于3d喷射成形快速凝固技术制备出细晶组织坯料，采用本发明提供的方法制备的铝合金弹壳毛坯，其在喷射成型过程中冷却速度快(>104k/s)，晶粒细小均匀(<5um)，合金成分偏析程度低，沉积坯韧性好、拉伸性能好，表面光滑细致，便于后续挤压、冲压成型。
本发明将铝合金弹壳毛坯经挤压成型为棒材，在棒材上截取略大于单个弹壳重量的小圆柱，置于模具中分道次成型，结合热处理工艺制备出不同型号的铝合金弹壳，通过合理设计各项工艺参数，使铝合金弹壳毛坯的晶粒组织得到充分细化，且挤压过程中不会出现裂纹，经过多道次冲压成型处理，使最终得到的铝合金弹壳具备优良的表面质量、强度和韧性。
本发明对铝合金弹壳进行硬质阳极氧化表面处理，在铝合金弹壳的外表上产生一层阳极氧化膜，并在阳极氧化反应后，进行封孔，使得阳极氧化膜有效地保护铝及铝合金，在封孔后，阳极氧化膜表面的蜂窝多孔结构消失，得到一层致密的阳极氧化膜，其表面光洁度高，而且大气中的腐蚀介质和污染物对阳极氧化膜无法构成威胁，膜表面的光洁度保持时间长。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明提供的高强韧的铝合金材料的弹壳的原材料的纯度在99.9％以上，杂质铁及硅含量小于0.2wt.％。
实施例1
本实施例提供一种铝合金弹壳制造方法，具体包括以下步骤：
s1.准备铝合金原材料并熔炼铝合金溶液；
本实施例中的铝合金原材料由以下质量百分比的合金成分组成：铜4.0wt.％，镁2.2wt.％，锰0.6wt.％，钛0.02wt.％，铬0.02wt.％，锆0.01wt.％，杂质铁、硅含量为0.008wt.％，al余量；
上述铝合金原材料的制备方法如下：将纯度99.99％的铝加入熔炼炉，在780℃加热至铝完全熔融，依次加入铜、锰、钛、铬、锆、镁，熔炼45min，通入无水氮气，精炼25min；
s2.制备铝合金弹壳坯料：将步骤s1的铝合金溶液通过密封流道浇入3d喷射成形设备上已预热的容器中；容器中的熔液通过内孔径3mm的导液管导流至3d喷射成形设备的雾化器中；并在雾化器中采用压力为1.0mpa的无水n2雾化；将雾化的固、液态颗粒沉积在基体板上，制备出直径为120～180mm，长度为1200～1500mm的沉积坯；
s3.成型处理：将沉积坯加工成直径120～150mm，长度500～800mm的圆锭；在400℃～450℃温度下挤压成30～50mm的圆棒；将圆棒切割为重25～35g的圆柱块，得到弹壳坯料；将弹壳坯料在液压机上，采用与每次成型的弹壳形状相匹配的模具进行5～9次冲压形成弹壳；冲压第一道冲压用于制备弹壳底部，中间7道次冲压用于引伸弹筒，道次冲压变形量依次为30％、25％、20％、15％、10％、5％、3％，最后一道冲压用于收口，弹壳冲压速度为20mm/min；引伸弹筒和收口过程中在进行退火处理，参数为：450℃保温10min、空冷；在冲压过程中均使用石墨粉与汽缸油的混合液作为润滑液，石墨粉与汽缸油的混合比例为4:6；
s4.表面处理：对步骤s3得到的铝合金弹壳进行表面阳极氧化处理；
其中，阳极氧化处理的具体操作步骤如下：
y1.去油：采用脱脂剂对铝合金弹壳在温度为30℃下进行去油处理5min；
y2.第一次水洗：用自来水反复冲洗铝合金弹壳，冲洗2min，待ph值＞4后取出；
y3.碱蚀：将去油脱脂后的铝合金弹壳置于氢氧化钠和亚硝酸钠混合溶液中进行碱蚀处理，碱蚀处理温度为50℃，时间为90min；
其中，氢氧化钠浓度为25％，亚硝酸钠浓度为15％；
y4.第二次水洗：用自来水反复冲洗铝合金弹壳，冲洗4min，待ph值＞4后取出；
y5.去光：将步骤s4水洗后的铝合金弹壳放入浓度为75％的硝酸溶液中，进行去光处理，去光处理温度为常温，处理时间为30min；
y6.第三次水洗：用自来水反复冲洗铝合金弹壳，冲洗2min，待ph值＞4后取出；
y7.阳极氧化：将步骤y6水洗后的铝合金弹壳放入阳极氧化溶液中进行直流阳极氧化，直流电压为20v，电流密度为3a/dm2，阳极氧化温度为3℃，时间为2h；
其中，阳极氧化溶液由硫酸25％、生膜剂1.5％和缓蚀剂1％组成，生膜剂由聚乙烯醇、聚乙二醇和硅酸按1:1:1混合而成，缓蚀剂由己二酸、草酸、硼酸、柠檬酸和聚天冬氨酸按1:2:3:2:2混合而成；
y8.第四次水洗：用自来水反复冲洗铝合金弹壳，冲洗4min，待ph值＞4后取出；
y9.热水洗：将铝合金弹壳放入热水槽中，在温度为60℃下清洗5min；
y10.封闭：用浓度为4％的镍酸盐对铝合金弹壳封闭处理3min；
y11.第五次水洗：用自来水反复冲洗铝合金弹壳，冲洗3min，待ph值＞4后取出；
y12.烘干：将完成水洗的铝合金弹壳进行在温度为65℃下烘干处理2min。
实施例2
本实施例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，区别在于：步骤s1中，铝合金原材料由以下质量百分比的合金成分组成：铜3.0wt.％，镁3.0wt.％，锰1.0wt.％，钛0.03wt.％，铬0.03wt.％，锆0.03wt.％，杂质铁、硅含量为0.01wt.％，余量为al元素；步骤s2中，雾化喷射压力为2.5mpa；步骤s3中，冲压速度为60mm/min，石墨粉与汽缸油的混合比例为3:5；步骤s4中，阳极氧化工艺参数为：电压30v，电流密度2.5a/dm2，阳极氧化温度为0℃，时间为2h。
实施例3
本实施例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，区别在于：步骤s1中，铝合金原材料由以下质量百分比的合金成分组成：铜5.0wt.％，镁2.0wt.％，锰0.5wt.％，钛0.01wt.％，铬0.01wt.％，锆0.03wt.％，杂质铁、硅含量为0.009wt.％，余量为al元素；步骤s2中，雾化喷射压力为0.5mpa；步骤s3中，冲压速度为1mm/min，石墨粉与汽缸油的混合比例为5:7；步骤s4中，阳极氧化工艺参数为：电压5v，电流密度2a/dm2，阳极氧化温度为5℃，时间为2h。
对比例1
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s1中，铝合金原材料由以下质量百分比的合金成分组成：铜2.0wt.％，镁1.0wt.％，锰2.5wt.％，钛0.05wt.％，铬0.05wt.％，锆0.05wt.％，杂质铁、硅含量为0.3wt.％，余量为al元素。
对比例2
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s1中，铝合金原材料由以下质量百分比的合金成分组成：铜6.0wt.％，镁5.0wt.％，锰0.2wt.％，钛0.005wt.％，铬0.005wt.％，锆0.005wt.％，杂质铁、硅含量为0.2wt.％，余量为al元素。
对比例3
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s2中，雾化喷射压力为4.0mpa。
对比例4
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s2中，雾化喷射压力为0.2mpa。
对比例5
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s3中，冲压速度为0.5mm/min。
对比例6
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s3中，冲压速度为70mm/min。
对比例7
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s3中，弹壳底部、筒体和收口均采用冷挤压工艺成型。
对比例8
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s3中，冲压过程中不进行退火处理。
对比例9
本对比例提供一种铝合金弹壳制造方法，参照实施例1的操作步骤，主要区别在于：步骤s4中，阳极氧化溶液由硫酸25％、生膜剂0.5％和缓蚀剂1.5％组成。
将实施例1～3制备的铝合金弹壳进行实弹射击实验，实弹射击后对弹壳进行测试。
物理化学性能测量结果表明：本发明制备的铝合金弹壳的质量约为铜弹壳、钢弹壳的1/3，实现减轻整个子弹重量的20％以上。
实弹测试后结果表明：铝合金弹壳在实弹射击后，没有发现烧蚀、变形、开裂现象，铝合金弹壳可承受450mpa以上的膛压和1000℃的瞬时高温，弹头初速达1200m/s以上。
对实施例1～3及对比例1～9制备得到的铝合金弹壳进行各项性能检测，包括，具体检测结果见表1。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。