美国炮管抗烧蚀涂层工艺技术新进展
2021-03-08 08:01:02
hualin
♔ 炮管的使用期限会收到火炮释放出时的热烧蚀、化学上烧蚀已经机磨花等几种客观重要因素的损害， 在2.次的世界大作战完结近年来， 炮钢的冶炼水平和炮管烧蚀的损害客观重要因素就很久不存在怎样的调整 。当今很多家庭火炮程序的能规范要求以后背对着高初速、高射速、高膛压和远射程的中心点发展方向， 成了体现这类能， 不得不要按照高火苗温度因素的当今很多家庭释放出药， 本来， 这类释放出药具备良好刺激性， 与正常释放出药优于，会迅速炮管的烧蚀。
ꦦ近年来的火炮体统基本上是采取电的堆积铬层保护性炮管口膛。但， 塑胶塑胶塑料塑胶电镀工艺流程洛表层存有诸多有缺陷， 如它的冷脆对比高， 剪接的难度和拉伸难度的难度对比低， 镀洛层易于脫落 ;塑胶塑胶塑料塑胶电镀工艺流程洛生產能力中的六价铬就是种致癌有机化合物有机化合物，存有比较严重的区域环境危害性的问题；塑胶塑胶塑料塑胶电镀工艺流程生產装置中肯定有生活污水解决装置， 所以上升了生產投资成本 。由于， 伴随着低温发送药的的转型和适用， 塑胶塑胶塑料塑胶电镀工艺流程洛都早已经 难以要求炮管抗烧蚀的更高些实际需求，的转型绿的使用炮管塑胶塑胶塑料塑胶电镀工艺流程洛的各种类型表层生產能力能力都早已经 将成为当前工作能力的转型新趋势 。
𒈔从近几余载的成长来讲， 美式在炮管抗烧蚀纳米耐磨金属金属涂层加工新加工工艺设计技能的的研究探讨地方走在市场前列的， 開發好几个款型新颖墨绿色纳米耐磨金属金属涂层加工新加工工艺设计技能， 例如美式炮兵pk贝尼特实验室的柱面磁控溅射加工新加工工艺设计 、美式 T P L 我司的爆声包敷焊结加工技能、美式橡树岭欧洲国家实验室（ O RN L ） 的大工作电压等阴离子弧光浸涂技能、美式新泽西技能的的研究探讨所的催化汽相沉淀积累纳米耐磨金属金属涂层技能及其美式 A lameda 技能采用信息技能我司的同轴高可沉淀积累（ CED） 纳米耐磨金属金属涂层技能等 。里面， 柱面磁控溅射加工新加工工艺设计和爆声包敷焊结加工技能兼具有效的技能特点， 技能采用利润相对积极， 是美式军方日前相对去看的 2 项技能， 已计入美式炮兵pk生产加工技能（ M an-tech） 工作行动计划和随着互联网的高速发展，小企业的科技创新（ SBIR） 工作行动计划， 以支持平台这 2 项技能在艾布拉姆斯坦克 120 mm 加农炮身管 、未來战场平台中车载式pk平台（ FCS M CS） 加农炮身管 、M2 布拉德利战车的 25 mm M 242 热带丛林之神加农炮身管的技能采用的的研究探讨 。
1 柱面磁控溅射基性岩钽镀层方法
🎐俄罗斯陆军作战贝尼特做实验的时候室的柱面磁控溅射钽涂覆加工归于生物学汽相堆积加工， 可用于堆积各类难熔金属质物料， 不会有着电镀层铬加工的污废水 净化处理等间题， 就是一种种深绿色加工枝术性水平。钽涂覆比铬涂覆物料的延展性和抗热影响的性能都好些， 融点比铬高， 就是一种种梦想的抗烧蚀物料， 面对目前为止炮管运用镀硬铬枝术性水平的被污染的和保修期不佳间题， 贝尼特做实验的时候室确立了用柱面磁控溅射钽加工成为用于枝术性水平， 从而提高炮管保修期的实际目标值， 见表1 。
表1 柱面磁控溅射钽技術代换以往不锈钢技術
挺高炮管使用期的预想指标
1 .1 柱面磁控溅射工序差不多范畴和操作过程
♔溅射积聚技木是用荷能粒子束轰击某段靶材（ 金属电极） , 使靶材里层原子团以肯定的能源逸出， 然后呢在材料的特性表明积聚成胶的技木。举个例子， 在图 1 的心轴相电压工作电流柱面溅射软件控制系统构成中， 对炮管基体加正相电压， 在管理中央金属电极T2紫T2紫铜管穿过 1 000 ～ 2 000 A 相电压工作电流， 形成柱面定位交变静电场， 它与径向静电场互为目的， 使惰性气物铁阴离子变成等铁阴离子体， 形成溅射目的， 钽靶材在管理中央金属电极T2紫T2紫铜管上拖拽， 就可能来完成钽铝层的溅射积聚。铝层积聚前需要对靶材和炮钢基体来进行溅射处理清洗， 以衡量铝层的依附性和质理 。在清洗靶材时， 要在溅射软件控制系统中导入同1个明显尺寸怎么算的铜电缆防水套管， 它对基体起着防范罩的目的， 对靶材起着提取清洗掉沉渣的目的 。在清洗基体时， 不用同1个较小尺寸怎么算的铜电缆防水套管（ 可拖拽） 提取从基体上清洗掉的沉渣。
1 .2 柱面磁控溅射生产工艺的的关键不良影响问题
𓆏磁控溅射平台中档铝阴阳阴铝阳铝铁离子体容重的不匀性是溅射磨合耐磨表层不匀性和粘着性的根本缓解 。因为， 因在轴上直流电压有的多方面磁体中， 等铝阴阳阴铝阳铝铁离子容重这样集中点在炮管的一头，这就从而导致了在轴上和圆上方上移的均镀能力素质减小。同一时间， 因等铝阴阳阴铝阳铝铁离子体的容重沿轴上位置是不一样的的， 没办法使内膛外观和靶材外观得以不匀的侵袭过滤清洗， 这也真接应响售后溅射磨合耐磨表层的粘举措，这样提高磁控溅射平台等铝阴阳阴铝阳铝铁离子体容重分布图制作不匀性就变成 根本方法 。贝尼特现场实验室解决处理的方法是延着溅射靶材轴上位置构思了产品体统可扭动的等铝阴阳阴铝阳铝铁离子环， 提高铝阴阳阴铝阳铝铁离子化高效率 。准确掌握措施是在柱面磁控平台内心中空调铜管上使用了产品体统不匀间格的cf凤凰之怒镊子的， 在镊子的和径向电场线中的轴上磁体参量有一产品体统与心中靶同德同心的宽约 25 mm 的等铝阴阳阴铝阳铝铁离子体环，所以借助鼓舞器可使等铝阴阳阴铝阳铝铁离子体环有振荡器， 这样克服自己了不不匀侵袭清洗和耐磨表层不匀性毛病。应用在这种平台现在已经胜利磨合了 70 ～ 160 μm 厚的钽耐磨表层， 板厚不一样的在 10 μm 之内（ 提高前板厚不一样的小于 60 μm） , 耐磨表层板厚不匀性和粘着性非常明显得以调节 。除此之外， 溅射磨合钽耐磨表层的相节构也是应响耐磨表层不匀性的根本主观因素。溅射磨合钽耐磨表层会存在 2 种不一样的的相节构， 即 α相钽耐磨表层和β 相钽耐磨表层， 但其中 α相耐磨表层兼有相对很理想的显微组织安排和显微硬性等安全效果 （ 努氏硬性 270, 与电镀锌铬硬性很大） , 而 β 相钽耐磨表层安全效果太差， 硬性高（ 努氏硬性 1 100） , 冷脆大。用贝尼特现场实验室联合开发的缴光脉冲信号升温方法校正 2 种相节构耐磨表层， 模似火炮释放大环境的能力， 最后阐明， α相耐磨表层损坏无损音乐， 而β 相钽耐磨表层存在裂纹 。设计察觉，正确掌握方法运作是根本缓解，在不一样的溅射废气、水压和炮钢基正常体温度等方法运作前提下， 可收获安全效果截然不一样的的钽耐磨表层相节构。
1 .3 应该用科研新况症状
🐟新加坡陆军竞争贝尼特疲劳实验室的炮管金属表层的技术水平水平顶目所涉 7 个不一样方案， 从 1998 ～ 2005 财年资金投入总事业费约 3 000 万左右的澳元 。目前为止， 20 m m M 61A 1 炮钢管内膛已获得了 100 % α相钽金属表层， 其炮管人类耐用度在 150 发/一分钟的经济条件下， 到 1 500 发， 比较少的能测量方法到受损， 使用性能高于镀铬漆层。还有就是， 还非常完成完成任务了 M242“ 热带丛林王”和 45 m m Casius 炮管的全膛磁控溅射火成岩镀钽，并经历了速射疲劳现场实验检测 。并且， 在华特弗利特兵加工厂建房子了适用 120 m m 、155 mm 、105 mm 溅射全间距大口经炮管的试制造柱面磁控溅射火成岩加工网站， 适用“ 艾布拉姆斯” 、“ 十字军” 和中国未来竞争体系等大口经炮管的磁控溅射全膛镀钽， 在 2005 年人类耐用度速射疲劳现场实验检测非常完成后， 该的技术水平水平将步入炮管的批制造方案 。还有就是，新加坡海洋舰队都是欲望在比较好的火炮体系顶目中主要包括这般的技术水平水平。
2 轰炸包敷电弧焊接新技术
✱爆出包敷不锈钢悍接技艺就是一种利于爆出波动波不锈钢悍接合金材料质的加工过程设备技艺， 在实工业领域早已使用了 40 年， 就能够连入其它相异的合金材料质， 目前比较广泛分为宇航、军工概念股、化工品等行业中。这类：宇宙黑洞火箭队上各种各样的形壮的中小型铝品舱壁、气压金属罐上的圆盖、蒸汽锅炉的顶板、热互相交换器中的凸状透气板还有铝品中小型全反射器等， 都分为了爆出包敷不锈钢悍接技艺。2004 年，澳大利亚南海舰队进行爆出包敷不锈钢悍接技艺可作比较好的火炮控制机模式（ A GS ） 楼盘炮管的抗烧蚀镀层加工过程设备技艺 。2005 年， 澳大利亚炮兵将爆出覆盖加工过程设备技艺例入 Mantech 制造出厂技艺筹划， 以认可澳大利亚T P L 总部爆出包敷不锈钢悍接技艺分为 25/ 30 mm 和 76 m m 南海舰队火炮控制机模式并且做好为分为 155 mm 南海舰队 A G S控制机模式的侯选项目， 并筹划使用在未来的竞争控制机模式的中孔径加农炮（ Mk44 30/ 40m m） 身管的制造出厂中。
2 .1 爆包敷点焊技术应用设备主要原因及技术应用设备特殊性
🌱非常强大包敷焊结加工加工制作工艺 是跟随着焊结加工物的的样子 、厚度及材料的基本上特征而进行各种不同的， 但包敷焊结加工原则基本上一样的（ 如图已知 2） , 以扁平包敷焊结加工特征分析， 在非常强大前， 飞板与柔性板左右下有个预置角， 黑索金体验后， 以平稳的流速 Vd （ 似的为 1 500 ～ 3 500 m/ s） 爆轰， 使飞板导致变化并与柔性板导致快速路斜冲撞， 流速能够达到 200 ～500 m／s, 在 外力点 处会产 生其中一种射流， 便是通过这样射流，能力 得出良 好的焊结加工质， 在此冲刺角 β 持续在 7°～ 25°左右。
图 2 爱体育
包敷点焊加工过程作用
ꦦ炮管镀层的爆燃包敷手工悍接流程是将管状的包敷层涂料， 灵活运用黑索金驱动安装， 达到与炮管径膛的切合实际。该流程凭借掌握黑索金爆轰能量场， 促使镀层涂料包敷在炮管基体涂料上， 凭借在直流高压下产生更多延性应力应变，变成有色金属切合实际。故此，与日常镀络和物理防御及化工汽相形成等工艺差距， 爆燃包敷手工悍接工艺犹如下优缺点 。
🥀1） 的生产科技速度高， 进行爆破包敷电焊焊接的的生产科技持续性时长仅为几十秒， 而比起来行于， 另外科技的举例沉淀传输速率是每每小时 0 .025 4 mm 尺寸。
🎃2） 将难熔复合如钽纳米涂层使用爆炸声包敷电焊到中、大口径规格的炮管中膛从表面， 不具备不锈钢生产技术中有的氢脆毛病和有毒毛病， 是不会有所以容易造成的炮管损坏和室内环境危害毛病。
𓄧3） 不还要重点村综合考虑从接触面预备的故障 ， 鉴于在包敷加工制作工艺 中， 包层和基体村料从接触面会行成等阴阳离子体， 而等阴阳离子体会致使压垮先进向前跑健身， 会达成擦试 两个从接触面的用， 随后面也都是清透的村料， 无硫化物或震碎的碎片， 影响于获得了最好的综合。
꧂4） 蓄电量发射点试验装置都已经 证件了非常强大事件包敷焊新技术能有明显挺高炮管蓄电量， 如美利坚共和国空军 M 242 炮管经非常强大事件包敷焊重金属金属涂层后， 比基准“ 从林王”炮管蓄电量更少挺高 6 倍 。
ꦕ5） 着火包敷点焊方法能力也是种固定冷点焊方法制作工艺，是可以使难熔复合涂膜和基体联接而不损失率联接前的能力， 保持冶金行业通过， 能接受内弹道力和火炮经常 、高速 射的极端恶劣催化和热生态环境 。
2 .2 在炮管内的适用分析重大突破情况下
ཧ从 2001 年慢慢， 芬兰陆军作战和海洋舰队就慢慢了轰炸包敷悍接的技术在中口经和大口经火炮身管的应该用研发作业。
2 .2 .1 中通径炮管
ꦅ2001 年， 只能根据美国的海军爆出包敷电焊技艺对 二个森林 王 M242 炮管包敷了 纯钽耐磨纳米涂层， 并采 用 XM 919/ 616W 尾翼安稳脱壳穿甲弹做出了释放实验。海军的选择的实验炮管框架涵盖滑膛炮管与在钽中切屑无缠角膛线框架炮管。T P L 企业的炮管滑膛框架爆出包敷钽在释放 1 385 发后仍会让用，线膛框架包敷钽在释放了 600 发后仍行食用 。表示爆出包敷电焊钽耐磨纳米涂层炮管的热-检查是否机械化屈服强度与规范炮管较之有为显著提高自己。并且， 对有膛线框架的炮管实验的导致下列关于分享的导致证实， 纯钽太软，以置于于不会容忍施用优酷云膛炮阳线和阴线上教育的力， 是需要进一歩探讨钽钨和金（ 含 W 线质量评分为 5 %～ 10 %）及及钨铬钴和金的行得通性。
2 .2 .2 大管径炮管
🌳美利坚 T P L 集团就逐渐 可确认了也可以在 120 m m 炮管上分别为爆出包敷电焊 T a-2.5W 合金钢和纯钽， 板厚到达0 .69 m m 和1 .6 m m 。2003 年， BAE系统化开展一项用做实验的时候， 用和開發最有未来趋势的难熔用料高高技木， 看作一流的内膛的表面铝层， 使用于中国海洋舰队 155 mm A G S 产品。用做实验的时候用 BA E 系统化专门的 45 mm做实验的时候部件，将镀洛铝层高高技木与沒有 6 种蓝色铝层高高技木开展可比性图 。中间， 美利坚 T P L 集团的爆出包敷电焊高高技木被选中入驻 AG S 产品 。当今， 做实验的时候就逐渐 从 45 mm仿真模拟发部件移动了全图片尺寸扮演者火炮做实验的时候，包扩炮兵 M242（ 25 m m） 、炮兵 M k44（ 30 mm ） 和中国海洋舰队 M k75（ 76 m m） 炮管， 2006 年开展后面使用时间做实验的时候，2007 月初在中国海洋舰队 155 m m 炮中开展应用领域開發实验，开展爆出包敷层使用时间做实验的时候并与当今的镀洛高高技木没想到开展可比性图。
𒈔如今， 美利坚空军作战生产能力水平工艺进度表（ M anTech） 以经注资， 搭载美利坚 T P L 新总部轰炸包敷锡焊能力水平工艺使用 25/ 30 mm 和 76 m m 中国海上舰队作战火炮设计并且做好为使用 155 m m 中国海上舰队作战 A G S 设计的侯选手段。P EO -IWS 以经注资探析轰炸包敷锡焊与大管径海炮（ 155 m m） 中稳定度地应力直接关系。竞争战略条件探析未来发展进度表也注资， 可确认轰炸包敷锡焊能力水平工艺与如今镀络手段相对的资源优势之处。美利坚 T P L 新总部轰炸包敷锡焊能力水平工艺的资源优势以经可确认了其在美利坚空军作战和中国海上舰队作战中 、大管径火炮设计中的采用行业发展前景， 显眼要能向 57 m m 海域警卫员， 155 m m 中国海上舰队作战和 120 mm 坦克炮初始化。
3 沒有涂膜工艺设计技术设备
🐓USA探究的一些用于炮管主轴主轴电镀铬的涂覆能力能力有同轴一般形成（ CED） 钽涂覆能力、大功效等化合物弧光浸涂能力和生物学汽相形成涂覆能力等。CED （ Coaxi al Energe tic Depo sitio n） 能力是USA A lameda 用社会装修公司开发加工制作制作方法设计 的， 近年来还不来熟，还没在USA南海舰队 A G S 内容炮管抗烧蚀涂覆能力能力的第一点轮挑选 。CED 能力工作原理见图 3 。CED 能力系统中的金属电极是涂覆原料的来历， 与作阳极的炮管同轴， 间接有激烈电阻线给予载荷磁场强度， 在金属电极、阳极直接可燃弧，能将原料从金属电极传导到阳极炮管道内部内外壁， 在血压低压高涡流方式下存在涂覆形成。该能力形成化合物的电能越来越高， 可超过 20 eV （ 而生物学汽相形成 、主轴主轴电镀和溅射等能力都不低于 1 eV ） , 因而能助拥有比较好的涂覆， 一种有未来趋势的炮管涂覆能力能力。
图 3 CED 加工过程原理图
ꦦ现在， 欧美 A lameda 使用科枝大公司已百度在线膛和滑膛 4340 钢炮管钢材拉伸经过多次实验发现上， 形成了 T a10 %W 和 α钽纳米涂膜， 厚薄高达 25 μm, 是使用期限经过多次实验发现效果体现了纳米涂膜仍然释放了基体 。但是， 工艺技术环保设备的不间断改进和改进将变成该工艺技术取得胜利的重要的阶段， 纳米涂膜性能参数 、工艺技术质量和代价还亟待提高认识一个脚印观看 。
꧒2005 年， 韩国新泽西技巧论述所争对中管径炮管的抗烧蚀话题， 提供数据 物理汽相岩浆岩方法制得高品产品品质钽耐腐耐磨涂膜技巧， 为处理好中管径炮管的耐腐损和烧蚀保护话题提供数据新一种必选择的技巧行业 。早已经归入了韩防御环保一些问题大型项目预计， 目标 2008 年达到 。但有，该技巧如今居于探求的阶段， 更多话题并不能确定， 越发是在物理汽相岩浆岩耐腐耐磨涂膜的抗烧蚀性， 方法性， 耐腐耐磨涂膜阻止组成， 映照性，方法转化率甚至工作化采用的可以性等层面， 还必须再继续望而却步。
🌠之前， 欧美橡树岭发展中国家经过多次实验发现室（ O RN L） 推出， 要进行大电机功率等亚铁离子弧光设施设备， 在炮管路膛浸涂矿冶结合实际的难熔重金属金属涂层， 解决办法炮管烧蚀问題。欧美空军则代表在用原材料经过多次实验发现后， 将投资费用享有科学研究能够 。
📖ORNL 红外加工厂学校科研的各种等阴阳离子弧灯，的设备最大功率更是高达 300 000 W, 能产生了高防度红外动能，简单阳光照射到难熔金屬 、粉化金属涂覆上， 在炮管钢内膛可以获得冶金机械构建的金属涂覆， 效果改善炮管抗疲惫和抗烧蚀能力， 效果拉长其实用质保期。
✃ORNL 首 选 的炮 管难 熔 黑色金属 涂 层材 料 是Mo41Re, 当今就已来进行了虚拟仿真热无限循环校正， 反映有着好点的抗热作用和抗烧蚀业务能力。但该技巧当今还不来熟， 普遍存在许许多多有待彻底解决和科学研究的状况， 如前道涂抹生产技术、熔敷加工、有没必须多加工，冶金材料运用用户界面能及作用等。
4 结语
𒀰很理想的炮管抗烧蚀涂覆工艺软件性除非应选用高沸点涂覆的原材料囿于、更至关重要的是应转型极具冶金材料通过 、一定厚薄 、不均涂覆 、还是纯天然、便捷 、低人工成本的制作工艺装置设计设计软件性。在以上所述深入分析的五种涂覆制作工艺装置设计中， 柱面磁控溅射钽制作工艺装置设计设计软件性现在已经进入到项目化时候，软件就业前景相对较自信， 但磁控溅射装置相对较错综复杂， 所需投资项目较高， 经济增长可背负性是其宽泛软件的大部分话题 。
🅰非常强大包敷对焊技巧水平设备就在的工艺界操作领域了 40 年，近来美利坚炮兵的发送试验台也证明文件该技巧水平设备在炮管上的操作领域是准许的。该技巧水平设备的工艺生产率高， 无环境影响，能相关性延长炮管使用年限， 是很有出息的炮管抗烧蚀表层技巧水平设备 。目前我国的在非常强大包敷对焊技巧水平设备方便同样有二十多年的钻研和操作领域基础性， 可以目前我国的侧重推进该技巧水平设备在炮管抗烧蚀表层方便的操作领域钻研 。
[ 参看专著]
🐈[ 1] Fang Y ee, M ar k W otzak, M ichael Cipo llo, et al .Cy lin- drical M agnetro n Sput te ring in a F err omag netic Cylinder [ C] . 47th SV C TechCon in the P lasma Pr ocessing Session, 2004.
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🌳[ 3] Lar ry Burton, Ro be rt Carter, Victor Champagne, et al.A rmy targ ets age old problem s with new gun barr el materials[ J] .A M P T IA C, 2004, l8（ 4） :49-55 .
꧋[ 4] Vigilante G , Sag e T , K endall G , e t al.Characterization of T antalum Line rs A pplied to 25mm and 120mm Cannon Bore Sectio ns via Explo sive[ M] .AD A387587, 2001.
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🙈小说作家概述：郭瑞萍（ 1968-） , 女， 副科学副科研员， 基本具备重兵器相关材料与技艺技木咨询了解及科学科研本职工作。