金属装甲是最成熟的一类装甲材料，现今仍广泛用于防弹。目前，金属装甲材料已有很大程度的发展，新型金属装甲系统正在被用于提高各种武器系统的抗弹性能，同时减轻其重量。历史上，大多数装甲是从设计材料使其满足结构和其它要求演变而来，而非从为防弹而专门设计的材料演变而来。这种设计方式正在发生改变，以便满足陆军转型成更轻、更具生存力的部队的发展要求。金属装甲系统现在正在被设计成具有最佳的质量防护系数、空间防护系数和效费比。本文简要地回顾了现代被动金属装甲材料的发展历史、测试和类型，重点阐述了满足未来装甲要求的复合金属技术，并论述了现代金属装甲材料系统的设计方法。

一、历史与材料
利用金属作装甲可追溯到公元前3000~2000 年青铜的发明。金属装甲与皮革和木材这样的较软材料相比，优点显而易见。机动性与生存防护性能之间的平衡，早在大卫(David)与歌利亚(Goliath)之间的战斗时已有记录，在那场战斗中，灵活性、准确性与机动性战胜了重型装甲。本文涉及一些传统和现今的整体金属装甲材料，还论述了金属复合材料装甲与复合装甲系统。

二、钢装甲的发展
装甲钢是过去与现在的装甲材料、还可能是未来装甲材料的主体。这是因为，装甲钢具有许多不应被忽视的所需属性。钢材本身由于原材料与制造成本低以及巨大的工业生产能力并不昂贵。装甲钢对各种威胁具有良好的抗弹性能以及优良的抗多发弹丸打击能力。装甲钢易于进行切割、机械加工、成形、焊接、战场维修，对周围环境具有良好的抗降解能力。
第二次世界大战末期以及随后的十年，是陆军水城兵工厂实验室研究高强度钢的物理冶金与机械性能的强盛时期。业已发现，钢在最大硬度时还具有在各种情况下抗裂纹的足够韧性，提供最佳的抗弹性能。利用具有III 阶段回火马氏体显微结构的中低碳低合金钢，获得了最佳的强度与韧性综合性能。目前，轧制均质装甲(RHA，MIL-DTL-12560)与铸造均质装甲(CHA，MIL-DTL-11356)是两种主要类型的钢装甲。这两种钢装甲自世界大战期间被采用以来，其技术规格发生了明显变化。因为工业用钢提高了质量与产量方面的生产能力，所以，装甲钢的技术规格被修改，反映出上述钢生产能力的变化。装甲钢中的夹杂物、硫、磷以及杂质元素的含量已大幅度减少，而强度，特别是韧性获得了提高。水城兵工厂普及了专用于控制装甲钢质量的夏比V 形缺口韧性测定试验。装甲钢的抗绝热剪切性能随着钢的洁净度和显微结构的改善而得到提高。
越南战争时期，发展了用于抵御实心枪弹的高硬度钢装甲(HHA，MIL-DTL- 46100)。该装甲钢的成分类似于轧制均质装甲钢，但是，具有0.32%(重量)的最大碳含量，被回火成Ⅰ阶段回火组织。这种钢抗实心枪弹具有特别高的质量防护系数，尤其是在大倾斜冲击角时更是如此。该钢最初被研制成附加(非结构) 装甲，但是，由于改进了焊接技术，可利用该合金钢作结构材料制造车辆，在使用中不会产生裂纹。轻型装甲车辆的吃水线以上部分用这种钢制成，而轧制均质装甲钢用于吃水线以下部分。

三、铝装甲的发展
5083-H131 铝合金(MIL-DTL-46027)是一种非热处理应变硬化铝-镁合金。该铝合金对裂纹和应力腐蚀裂纹具有非常高的抗力，易于焊接，耐腐蚀，具有优良的抗破片能力。M113 装甲人员运输车、M109 帕拉丁自行榴弹炮以及布雷德利战车的下半部分由5083 铝合金制成。
7039-T64 铝合金(MIL-DTL-46063)是铝-镁-锌合金，可热处理到高于5083 铝合金硬度的硬度值。该铝合金抗实心枪弹与穿甲弹的性能优于5083 铝合金，抗破片的性能有一些降低。该铝合金对应力腐蚀裂纹敏感，特别是在短横纵向更是如此，因此，该铝合金不被推荐用于未来车辆。布雷德利战车的上半部分由7039 铝合金制成。
2519-T87 铝合金(MIL-DTL-46192)是一种铝-铜-锰合金，可热处理到5083 与7039 铝合金硬度之间的某一硬度值。该铝合金抗破片的性能优于5083 铝合金，抗实心枪弹与穿甲弹的性能几乎与7039 铝合金相同。该铝合金具有良好的抗应力腐蚀裂纹能力，但是，抗一般腐蚀的能力差。焊缝附近材料(热影响区中的金属强度低得多)的抗弹性能会显著降低，因此打算把这种铝合金的焊缝设计成对抗弹性能影响最小。采用2519 铝合金生产的第一辆装甲车辆将是美国海军陆战队的远征战斗车辆(前身被称作先进两栖突击车，即AAAV)。
未来铝合金装甲的发展集中在获得更高的强度而不牺牲动态延性，同时保持 5083 铝合金的所有耐腐蚀性能和可焊接性能。5059 铝合金很象 5083 铝合金，但是达到了更高的强度水平，现正在鉴定用作铝合金装甲的候选材料。

四、钛合金装甲的发展
与钢相比，钛合金在重量效率比方面的成本高，因而过去限用于重量关系重大的飞机装甲。然而，最近在低成本钛合金方面的投入，已经能够使钛合金应用于先进地面轻型装甲车辆。水城兵工厂研制出装甲用途的Ti-6Al-4V 钛合金(MIL-DTL-46077)，其成分是6%(重量)铝，4%钒，其余为钛。该钛合金在退火状态下使用，而不是在硬得多的固溶处理与时效状态使用。当该合金尽可能软时，通常获得最佳的性能。

五、金属复合装甲
金属层压复合装甲研究人员研制出了双硬度装甲钢(DHA，MIL-DTL-46099)，以获得改善的高于高硬度装甲钢的性能。通常采用硬面板破碎穿甲弹，然后用较软的背板捕捉碎片的方法，战胜穿甲威胁。双硬度装甲钢具有洛氏硬度值为 59~63HRC 的面板(通常是S-7 工具钢)，以及采用轧制方法复合硬度值为 50~53HRC 的低合金钢背板。谨慎选择与马氏体相变起始温度相匹配的钢成分，可避免钢板在淬火时翘曲。这是抗实心枪弹和穿甲弹等轻武器弹药性能最好的钢装甲，但是该装甲也是最昂贵的装甲。双硬度钢装甲难于成形焊接，其大块板常常具有没有完全结合的区域。
硬度大约为55HRC 的非常硬钢背衬2519 铝合金被证明抗某些穿甲弹具有良好的质量防护系数、空间防护系数和效费比。5083 铝合金装甲背衬高硬度钢装甲已经用于防实心枪弹与破片。在前面板上装备铝合金改变了高硬度钢背衬的侵彻方式，即从冲塞作用改变为延性撕裂，因而提高了其质量防护系数。
目前，在装甲系统中，整体金属装甲常背衬聚合物基复合材料。复合材料用作防崩落防护内衬，在金属装甲被侵彻时把车内的损伤降低为最小。通常，用作增强聚合物基体的纤维材料是Doron 抗弹尼龙、S-2 玻璃或者Kevlar?芳族聚酰胺。几乎所有的现代装甲系统都采用了防崩落内衬。UH-60 黑鹰直升机驾驶员与副驾驶员座椅用的昂贵的陶瓷作面板的装甲已被硬度值为60HRC 的 AISI4350 钢取代。陶瓷与钢面板都背衬Kevlar?，以便容纳装甲被弹丸击中时产生的装甲崩落碎片。虽然钢装甲比陶瓷装甲重，但是，由于废除了一些现用的机头配重材料而不会产生重量负担。钢取代陶瓷，在生产过程中使陆军节省了数百万美元。
业已证明，用Kevlar?薄层紧紧包裹高硬度钢装甲或者钛装甲提高了装甲的抗弹性能。Pinnacle 装甲公司制造的DragonSkin?柔性人体装甲就采用了这项研究成果。DragonSkin?柔性人体装甲背心可抵御11 发7.62mm 枪弹的射击。单一"尺寸级别"钛复合材料已经组装到柔性可呼吸的人体装甲之中，达到III 级和IV 级防弹性能，成功抵御了***射击。
金属-陶瓷复合装甲典型的金属-陶瓷复合装甲由陶瓷面板与金属支撑背板组成。在用双硬度钢装甲进行证明的一个方案中，抗冲击硬面板抵御破碎弹丸的威胁非常有效。陶瓷可能具有比最硬的钢还硬的硬度，因此，它们是弹丸击中背板前破坏、破碎、侵蚀、阻止或者制约弹丸的有效材料。而金属背板还可捕捉陶瓷和弹丸的破片。
最近，陆军研究实验室的研究工作是发展金属-封装陶瓷复合装甲。在这种装甲方案中，装甲陶瓷被严格地限定，以便增加驻留状态。金属-陶瓷复合增加了剪切强度，减少了界面的阻抗失配，经证明对促进驻留与延迟陶瓷破坏，从而提高抗弹性能具有显著的影响。目前的一些项目是设计钛合金和铝合金装甲，它们增强了与包封陶瓷的复合效果，提高了结构背衬材料的性能。此外，刚性 金属背衬通过抗弹过程中抗弯曲，进一步提高了陶瓷的性能。因此，连续陶瓷纤维和陶瓷颗粒增强的金属基复合材料正在用作装甲陶瓷与金属背衬之间的刚性层。
金属-陶瓷-复合材料复合装甲虽然一些金属-陶瓷-复合材料复合装甲已经投入战场使用，但还有一些金属-陶瓷-复合材料复合装甲处于研究之中。这些复合装甲系统采用硬陶瓷作抗冲击面板，破坏弹丸，利用金属作结构支撑并捕捉陶瓷与弹丸产生的破片。聚合物基复合材料也被用于捕捉金属背衬的崩落物。斯特赖克(Stryker)过渡装甲车和远征战斗车辆(EFV)就采用这种金属-陶瓷-复合材料装甲系统，具有优良的防弹性能。 金
属装甲材料系统目前的设计方法历史上，金属装甲的研究以"加热与敲打、射击与观察"试探法为基础。装甲设计者依靠经验数据以及借助于分析模型的工程判断，设计候选系统。然后，通过试验候选的装甲材料，改进或放弃设计方案。然而今天，人们通过已知的基本合金研究(化学组成与化学性质、热机械处理)以及对弹芯与靶相互作用现象的了解来设计金属装甲。 最近的金属装甲研究针对复合材料设计中的金属部件。复合装甲系统所需的性能常常不同于整体装甲系统所需的性能。

整体装甲系统设计的经验法则是:
(1)越硬越好，应具有"足够"的硬度，以便破碎弹丸;
 (2)越韧越好，应具有"足够"的韧性，以便抗裂纹;
(3)越厚越好;
(4)越重越好;
(5)一块厚板优于两块薄的层压板; (6)倾斜度(冲击角)越大越好。

而多种材料(复合)装甲系统设计的经验法则是:
(1)不一定越硬越好，但通常采用硬面板;
(2)不一定越韧越好，但通常采用韧性背板;
(3)不一定越厚越好;
(4)不一定越重越好;
(5)两块薄的层压板可能优于一块厚板;
(6)倾斜度越大不一定越好。

六、最近的装甲研究
2000 年，应特种作战司令部(SOCOM)技术应用项目办公室(TAPO)对直升机装甲的要求，防护材料公司在陆军研究实验室的协助下，研究了防弹系统(BPS)。关注的直升机是UH-60 黑鹰(Blackhawk)直升机和MH-47 切努克人(Chinook)直升机，防护区域是乘员区与载货区。
设计的装甲采用高质量、高硬度钢，包裹薄层凯芙拉(Kevlar)材料。涂覆多层漆，使装甲表面获得不打滑与耐磨损性能并耐坏境作用。该装甲系统总厚度小于3/8 英寸，具有优良的空间防护系数，易于安装。因为钢可进行高精度激光切割而不必进行进一步的机械加工，所以显著降低了成本。
该装甲系统由每架飞机用的一套装甲板组成，飞机能够根据特殊的使命以模件方式定制装甲系统。装甲系统能够被快速安装和除去。因为主要材料是钢，所以该装甲系统具有优良的抗多发弹丸打击能力、耐久性以及高效费比。由于上述原因，该装甲系统获得了适航准备证书。最近，这种装甲系统配置在了美国海军陆战队的CH-53E 超级牡马(SuperStallion)飞机上。
西北大学材料技术实验室在海军研究办公室的资助下，正在进行一项船体钢研究项目，研究提高抗炸毁能力的合金。这个特殊的项目利用计算热动力与强度设计方法，研究新型二次硬化马氏体钢用模型，这种新型钢可达到过去从未获得的极端的动态断裂韧性和超高强度等级。这种二次硬化钢依靠Cr、W、 Mo 和V 等合金元素在回火热处理期间沉淀微细的弥散合金元素碳化物。这种稳定相成核取代较粗的渗碳体(Fe3C)颗粒，获得了提高强度和抗断裂能力的显微结构。可获得提高了的抗炸毁能力的这些新方案，通过使化学成分与工艺最佳化，满足可焊接性与成本要求，将成为下一代海军船体钢的基础。

七、结论
先进的金属装甲材料仍然显示出其它材料不可比拟的性能，其中包括成本、可制造性、耐久性、抗多发弹丸打击能力以及抵御宽范围威胁的能力。金属装甲演变到起结构装甲背衬的作用，从而激发研究金属基复合材料、微-金属间化合物层压材料以及复合断续心部材料。从而有可能使设计出多功能的金属装甲成为现实。