Dispositivo de blindaje ligero con capacidades de resistencia a choques repetidos y de alta absorción de energía.

Un blindaje capaz de resistir la penetración de un proyectil que impacta en el blindaje en el que el blindaje comprende:

una primera capa que absorbe energía que consiste esencialmente de un material metálico, dicho material metálico siendo al menos uno de un material metálico que experimenta un cambio de fase reversible tras la absorción de energía y de un material metálico que presenta una deformación elástica bajo tensión de al menos 5%, y caracterizado porque el blindaje comprende una segunda capa de un material metálico que está contiguo con y metalúrgicamente unido a la primera capa que absorbe energía, en donde dicha segunda capa comprende un material seleccionado del grupo consistente de una aleación de titanio α que es al menos una de grados 1 -4 CPTi, una aleación de titanio αβ que es Ti (6 -4), y una aleación de titanio β que es al menos una de Ti (10-2-3) o Ti (15-3-3-3), e.n donde el material metálico de dicha segunda capa es diferente de dicho material metálico de dicha primera capa que absorbe energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención refiere en general a componentes estructurales, y, en concreto, a blindajes. En particular, la invención se refiere a blindajes que incluyen un material que es capaz de experimentar al menos uno de un cambio de fase reversible y / o una deformación elástica por tensión de al menos 5% cuando un objeto impacta el blindaje y transfiere suficiente energía al blindaje. La presente invención se refiere también a los métodos de fabricación de blindajes tales. Los blindajes de la invención tienen aplicación como, por ejemplo, material de cubierta de protección para vehículos blindados, como tanques, helicópteros, camiones, y similares.

DESCRIPCIÓN DE LO.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Históricamente, los vehículos acorazados de combate estaban protegidos por pesados blindajes metálicas a partir de, por ejemplo, hierro o aceros de alta aleación. A medida que se han desarrollado proyectiles más potentes perforantes de blindajes, los blindajes hechos de estos materiales convencionales tenían que hacerse más resistentes a la penetración. Esto se consiguió en general haciendo el blindaje más grueso, lo que tenía el inconveniente de hacer el blindaje más pesado.

En respuesta al desarrollo de cartuchos sofisticadas de perforación de blindajes, comenzaron a usarse materiales más fuerte pero más ligeros. Por ejemplo, Ti-6AI-4V (nominalmente 6 por ciento en peso de aluminio, 4 por ciento en peso de vanadio, el resto esencialmente titanio) tiene buena resistencia a la penetración y, por tanto, se ha convertido en un material de blindaje ampliamente utilizado. Esta aleación, que es relativamente ligera, absorbe la energía de un proyectil por difusión de la energía a través de su masa, por lo que hace roma la punta del proyectil y resistiendo la penetración. La especificación militar MIL-A-40677 establece los requisitos militares para tales blindajes. Se han propuesto varias modificaciones a la composición de los blindajes en base a titanio, algunas de los cuales se enseñan en las patentes de EE.UU. Nº 6053993, 5980655 y 5332545.

Recientemente, blindajes ligeros convencionales, incluyendo blindajes a base de titanio, se han visto contrarrestados por proyectiles avanzados perforantes de blindajes diseñados para concentrar su energía en un área muy pequeña que puede fundir el material del blindaje. En respuesta, se han desarrollado blindajes de base cerámica. Los materiales cerámicos se utilizan en la fabricación de blindajes, ya que son materiales ligeros y extremadamente duros. Uno de los inconvenientes con blindajes cerámicos, sin embargo, es que disipan la energía del proyectil en parte por agrietamiento. Por lo tanto, los blindajes cerámicos adolecen de falta de capacidad contra choques repetidos, es decir, no resistirán la penetración si se golpea en la misma posición varias veces, y se desintegran si son golpeados por múltiples proyectiles. Se han hecho intentos para resolver este problema, uno de los cuales se describe en la patente de EE.UU. N º 4987033, que enseña un blindaje que utiliza una capa de Ti-6AI4V alrededor de un núcleo de base cerámica. Sin embargo, a pesar de que este diseño proporciona algo mejor rendimiento, el núcleo cerámico se agrieta cuando se golpea varias veces, eliminando así la eficacia del blindaje Además, el costo de los blindajes de cerámica puede ser exorbitante.

La patente alemana número 4031550 describe un material con capas de cerámica y capas de chapa fijadas a la capa cerámica por soldadura fuerte, hecho de una aleación con memoria de forma. Preferiblemente, la capa de cerámica es un óxido cerámico, con preferencia de óxido cerámico de aluminio o de silicio. Si el material comprende exclusivamente capas de cerámica y de chapa, la capa de chapa es de un material dúctil convencional, especialmente de acero tenaz de alta resistencia, integrado en el sándwich por unión soldada a la capa de chapa SMA, que está soldada a la capa cerámica. La soldadura es a través de una capa de soldadura activa. La capa de chapa SMA tiene una capa chapada de bloqueo, en el lado hacia la soldadura, de niobio, plata u otro metal noble con un espesor de capa chapada de al menos 5-10 micras. La capa cerámica y la capa de chapa SMA son inicialmente soldadas a temperatura de fusión de soldadura superior a 800 °C. La capa de chapa de acero está soldada a la capa SMA a menos de 500 °C.

La patente de EE.UU. número 5614305 describe un material polimérico reforzado con fibra que tiene resistencia a impacto y resistencia a la delaminación y perforación mejorada cuando las fibras que muestran transformaciones de fase martensítica se incorporan al material compuesto.

Otra clase de diseño de blindaje es el blindaje llamado reactivo. En este caso, el blindaje incluye un material explosivo que, cuando contactado por el proyectil, estalla violentamente. En este diseño, la fuerza hacia el exterior de la explosión del blindaje reactivo contrarresta la fuerza del proyectil, resistiendo por ello la penetración del blindaje. Diseños de blindaje reactivo también pueden incluir elementos móviles que pueden, por ejemplo, absorber la energía del proyectil, hacer romo el proyectil, modificar la trayectoria del proyectil, y / o destruir el proyectil. Un ejemplo de este tipo de diseño del blindaje se describe en la patente de EE.UU. N º 5293806. Los blindajes reactivos, sin embargo, como los blindajes cerámicos, son deficientes en que no tienen capacidad multi-disparo, es decir, que no proporcionan una protección sustancial contra impactos múltiples que ocurren en la misma región. Una vez que el blindaje reactivo se activa, un segundo disparo que golpea el blindaje en el mismo lugar es mucho más probable que penetre el blindaje.

Por lo tanto, es deseable proporcionar un blindaje ligero que tiene capacidad multi-disparo que es capaz de soportar la energía de las proyectiles avanzados de perforación de blindaje.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un blindaje según la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. La invención proporciona además un método de fabricación de un blindaje tal, según la reivindicación 12 de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención se refiere a un componente estructural, en particular un blindaje y un método de fabricación de tal blindaje. En particular, la presente invención se refiere a un blindaje que comprende una primera placa u otra estructura que incluye un material metálico que absorbe energía de un objeto tras un impacto por al menos uno de un cambio de fase reversible y / o una deformación elástica por tensión de al menos 5%. La invención da lugar a un blindaje ligero con capacidad ante choques repetidos. Tales materiales de absorción de energía pueden incluir, por ejemplo, aleaciones de níquel-titanio, aleaciones de cobre-zinc, y aleaciones de cobre-aluminioníquel-manganeso.

Según una realización de la invención, el blindaje incluye una primera placa y el material de absorción de energía de la primera placa comprende al menos una capa de una aleación que consiste esencialmente de 45 hasta 55 de porcentaje atómico de níquel (40 - 50% en peso de níquel) , de 45 hasta 55 de porcentaje atómico de titanio (50 - 60% en peso de titanio) , e impurezas incidentales. Por ejemplo, la primera placa puede comprender dos capas de absorción de energía en donde la composición de una capa de absorción de energía se manipula de tal manera que absorbe la energía de un objeto tras impacto por un cambio de fase reversible y la composición de la otra capa de absorción de energía es manipulada de forma que absorbe tal energía por deformación elástica bajo tensión de al menos 5%.

El blindaje de la presente invención también puede comprender una primera placa y una segunda placa, en donde la segunda placa comprende un material que es diferente del material de la primera placa. Por ejemplo, la segunda placa puede consistir de cualquiera de los diversos materiales tradicionales de blindaje. Del mismo modo, el blindaje de la presente invención también puede incluir una tercera placa que se dispone opuesta a la segunda placa y también se compone de un material que es diferente del material de la primera placa.

La presente invención se refiere también a un método de fabricación de un blindaje. Según el método, una primera placa que comprende al menos una capa de absorción de energía es proporcionada por técnicas convencionales. La primera placa se pone luego en contacto con la segunda placa, que también está formada por técnicas convencionales, y luego se une a la misma. Las superficies de contacto de la primera placa y la segunda placa... [Seguir leyendo]

1. Un blindaje capaz de resistir la penetración de un proyectil que impacta en el blindaje en el que el blindaje comprende:

una primera capa que absorbe energía que consiste esencialmente de un material metálico, dicho material metálico siendo al menos uno de un material metálico que experimenta un cambio de fase reversible tras la absorción de energía y de un material metálico que presenta una deformación elástica bajo tensión de al menos 5%, y caracterizado porque el blindaje comprende una segunda capa de un material metálico que está contiguo con y metalúrgicamente unido a la primera capa que absorbe energía, en donde dicha segunda capa comprende un material seleccionado del grupo consistente de una aleación de titanio α que es al menos una de grados 1 –4 CPTi, una aleación de titanio αβ que es Ti (6 -4) , y una aleación de titanio β que es al menos una de Ti (10-2-3) o Ti (15-3-3-3) , e.n donde el material metálico de dicha segunda capa es diferente de dicho material metálico de dicha primera capa que absorbe energía

2. El blindaje de la reivindicación 1, en donde dicho material que experimenta un cambio de fase reversible experimenta un cambio reversible de fase endotérmica cuando se calienta a una temperatura predeterminada.

3. El blindaje de la reivindicación 2, en donde dicha temperatura predeterminada es por lo menos -50ºC y no es superior a 200°C.

4. El blindaje de la reivindicación 3, en donde dicha primera capa de absorción de energía se selecciona del grupo que consiste en aleaciones de níquel-titanio, aleaciones de cobre-zinc y aleaciones de cobre-aluminio-níquelmanganeso.

5. El blindaje de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha primera capa absorbente de energía es una aleación que consiste esencialmente de 45 hasta 55 de porcentaje atómico de níquel, de 45 hasta 55 de porcentaje atómico de titanio, e impurezas incidentales.

6. El blindaje de la reivindicación 5, en donde dicha primera capa absorbente de energía es Nitinol.

7. El blindaje de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha segunda capa está unida por difusión a dicha primera capa absorbente de energía.

8. El blindaje de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una tercera capa dispuesta opuesta a dicha segunda capa y compuesta de un material que difiere de dicho material metálico de dicha primera capa absorbente de energía, dicha tercera capa estando contigua con y metalúrgicamente unida a por lo menos una porción de dicha primera capa absorbente de energía.

9. El blindaje de la reivindicación 8, en donde dicha tercera capa comprende un material seleccionado del grupo que consiste de titanio, fase gamma de titanio-aluminio, aleación de titanio α, aleación de titanio β, y aleación de titanio αβ.

10. El blindaje de la reivindicación 8, en donde dicha primera capa es contigua a dicha tercera capa.

11. El blindaje de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha primera capa es una primera placa, dicha segunda capa es una segunda placa, y dicha tercera capa, si está presente, es una tercera placa.

12. Un método de hacer un blindaje consistente de dos o más capas o placas, el método comprendiendo:

proporcionar una primera placa que incluye un material metálico que absorbe energía de un proyectil que impacta en el blindaje, en donde dicho material metálico se selecciona de al menos uno de un material metálico que experimenta un cambio de fase reversible tras la absorción de energía y un material metálico que presenta una deformación elástica bajo tensión de al menos 5%;

proporcionar una segunda placa que consiste de un material metálico que contiene titanio diferente de la primera placa y que comprende un material seleccionado del grupo que consiste en una aleación de titanio α que es al menos una de grados 1-4 CPTi, una aleación de titanio αβ que es Ti (6 -4) , y una aleación de titanio β que es al menos una de Ti (10-2-3) o Ti (15-3-3-3) ;

poner en contacto la primera placa y la segunda placa,

y

unir metalúrgicamente la primera placa a la segunda placa y, opcionalmente, reducir una dimensión de espesor de la primera placa y la segunda placa.

13. El método de la reivindicación 12, en el que dicha primera placa comprende una primera capa absorbente de energía y una segunda capa absorbente de energía, en donde una de dicha primera capa absorbente de energía y dicha segunda capa absorbente de energía es una capa de dicho material metálico, y en donde dicha primera capa absorbente de energía contacta con dicha segunda capa absorbente de energía.

14. El método de la reivindicación 12, en el que las superficies de contacto de la primera placa y la segunda placa se limpian antes de poner en contacto la primera placa y la segunda placa.

15. El método de la reivindicación 12, en el que unir la primera placa y la segunda placa comprende: calentar la primera placa y la segunda placa, y aplicar presión de unión a la primera placa y la segunda placa para proporcionar una unión metalúrgica.

16. El método de la reivindicación 15, en el que aplicar presión de unión a la primera placa y la segunda placa comprende laminar la primera placa y la segunda placa.

17. El método de la reivindicación 12, que además comprende:

proporcionar una tercera placa de un material diferente de la primera placa, disponer la tercera placa opuesta a la segunda placa, poner en contacto la tercera placa y la primera placa, y unir la primera placa a la tercera placa.

18. El método de la reivindicación 17, en el que las superficies de contacto de la primera placa y la tercera placa se limpian antes de ponerse en contacto la primera placa y la tercera placa.

19. El método de la reivindicación 17 en donde unir la primera placa y la tercera placa comprende: calentar la primera placa y la tercera placa, y aplicar presión de unión a la primera placa y la tercera placa para proporcionar una unión metalúrgica.

20. El método de la reivindicación 19, en el que aplicar presión de unión a la primera placa y la tercera placa comprende laminar la primera placa y la tercera placa.

21. Un artículo de fabricación incluyendo un blindaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

22. El artículo de fabricación de la reivindicación 21, en el que el artículo es un vehículo blindado.

23. Un método de absorción de energía de un proyectil que comprende la formación de un blindaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

24. Un método de protección de un artículo de fabricación contra la penetración de un proyectil que impacta, el método comprendiendo aplicar al artículo de fabricación un blindaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

Referencias citadas en la descripción Esta lista de referencias citadas por el solicitante es solamente para conveniencia del lector. No forman parte del documento de la Patente Europea. A pesar de que se ha tenido especial cuidado al compilar las referencias, no pueden excluirse errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad en este asunto.

Documentos de la patente citados en la descripción

• US 6053993 A [0003]

• US 5980655 A [0003] 10 • US 5332545 A [0003]

• US 4987033 A [0004]

• DE 4031550 [0005]

• US 5614305 A [0006]

• US 5293806 A [0007]