两个火炮都发射了4670发弹药,枪炮零部件的配合表面是可以从球状镍涂层得益的一个实例

四、发明详述

五、射击实验本发明的射击实验有意采用了廉价弹药,因为这些弹药的腐蚀性火药残渣对武器表面有损害,如果这种残渣不能完全从表面清除掉,残留物会变成酸性物质侵蚀武器的基体金属。本发明的目的就是利用镍硼涂层保护火炮表面免受这种化学侵蚀。实验准备了两个火炮,其中一个先用二硫化钼磨光,这种二硫化钼是一种干燥薄膜润滑剂,要涂在镍硼涂层的表面。没涂润滑油的火炮开始有点”粘”,操作显得粗糙,到后来,操作与具有干膜润滑剂的武器一样好。但在炮管的破口区需要进行抛光,防止弹药从无润滑火炮卸弹壳时绞死。第一轮射击操作以半自动和全自动方式发射了470发温彻斯特弹药,一切正常。像制造商要求的那样,火炮无需清洁维护,发射操作一切正常。同一天,约8小时后,再发射500发Wolf
Brand弹药,同样无需清洁维护,一切正常。24小时后,再发射1200发弹药,还是一切正常,武器不需要进行清洁维护。2天后,又发射了500发弹药,接着一周又发射了2000发弹药,有3个瞎火,但是这与弹仓质量差有关,而与火炮及其涂敷的零部件完全无关。两个火炮都发射了4670发弹药,没有二硫化钼干膜润滑的火炮在最开始出现了唯一的一次瞎火,那以后一直正常。有干膜润滑的火炮由于弹舱质量差,在约2100发的时候出现了3发瞎火。这些例子说明,使用本发明涂层后可以使火炮的维护周期与湿性润滑剂所要求的维护周期相比极大地延长了。枪炮零部件上涂层的最佳表面粗糙度要求大约是20RMS,化学镍硼沉积后涂层表面粗糙度大约是40RMS,通常要求涂层表面具有较低的RMS以减小配合表面之间的磨损,避免不希望的沙砾截留在结节之间。利用常规的抛光技术可以降低表面粗糙度。这种结节涂层形成了一种能够自润滑的枪炮,自润滑枪炮意思是枪炮至少具有一种部件具有结节镍涂层,这种涂层的性能除可满足湿性润滑剂的要求外,还可延长清洁维护周期和炮管寿命。其中,涂层的硼含量要超过2.5%但不能高于6%,因为硼含量增加会使硬度增加,硼含量的最佳范围是4~4.5%重量百分数。将80%∶20%或者20%∶80%的二硫化钨和二硫化钼混合物涂敷到结节镍涂层上,可以强化镍硼涂层。混合的最佳比例约为50∶50。这些配方具有独特的结构与性能,混合物可以按下述工艺涂敷:通过摩擦使其磨在镍涂层中;用溶剂稀释并涂到镍表面;与玻璃珠混合将其喷射到表面或用高压气体将其喷射到表面,例如250~1000psi无玻璃珠的氮气。

本发明的涂层组分对于润滑性及耐磨性要求高的表面,如配合表面的基体很有用。枪炮工业很需要这种涂层。这种涂层能使枪炮的使用维护周期比采用常规湿性润滑剂时更长。维护周期通常由枪炮制造商确定,用于指导用户清洁火炮,一般是每发射1000发炮弹后进行重新装配,涂敷新鲜油脂预防腐蚀并闭锁发射机构。

枪炮零部件的配合表面是可以从球状镍涂层得益的一个实例。使用湿性润滑剂容易吸附灰尘和沙砾,这会增加在恶劣环境下的清洁和维护工作量。另外,炮弹的连续发射会磨损火炮和枪械身管,将球状镍涂层应用到配合部件表面时,涂层具有牺牲性涂层的作用,可使身管的磨损寿命超过采用湿性润滑剂时的磨损寿命。通过这种牺牲性涂层作用,炮管可以再镀敷涂层,使炮管可以继续使用。

以下实验证明了这种涂层的效果:

1、火炮的配合公差很严格,而镍硼涂层会使表面额外增加尺寸,所以在去除工厂涂层之前要认真进行测量和记录;

2、剥去各种工厂涂层,如铝表面的硬质阳极氧化涂层、钢质件的磷酸锰和炮管内的硬铬涂层等;

3、进行测量,确定去除各种工厂涂层的去除质量;

4、连续涂敷镍硼涂层,达到平均厚度0.0005~0.001英寸;

5、铝质零件的处理工艺如下:

剥除工厂的阳极氧化表面。将零件浸入锌酸盐溶液中,直到表面清除了氧化铝为止;

塞紧小螺孔,防止被镀敷;

将零件浸入不侵蚀铝的清洗溶液中2~3分钟;

将零件浸入化学侵蚀溶液中40秒;

将零件浸入标准的锌酸盐溶液中15秒;

将零件浸入镀镍溶液中,提供一个防高碱性镍硼浴的保护层;

然后将零件浸入如下镍硼溶液中:

a .
制备含0.25磅镍盐、1磅乙二胺、1/3磅氢氧化铵、1/3磅氢氧化钠的水溶液1加仑。

b. 将上述溶液加热到1908±5?F。

c.
在上述溶液中加入10mls还原剂。还原剂配置如下:1磅硼氢化钠加1/2加仑水,再加入2磅硼氢化钠,配置到1加仑。

d.
在上述镀槽溶液中加入10mls稳定剂溶液。稳定剂配置如下:10g钨酸铅加3/4加仑水,再加入50g氢氧化钠、150mls乙二胺、50mls乙二胺四乙酸盐,加水到1加仑。然后加入50g表面活性剂并充分混合。

e. 将火炮零件置于镀敷溶液中11/2小时,得到0.0006英寸镍硼涂层。

6、钢质零件镀敷工艺如下:

将零件浸入温度为150?F的每加仑含16盎司氢氧化钠的水溶液中1小时,去除工厂磷酸镁涂层。

将零件浸入温度为160?F的清洁剂型浸泡清洁液中2~3分钟。

将零件浸入酸溶液中1~2分钟进行表面活化。

将零件浸入镍硼镀敷溶液中11/2小时,得到大约0.0006英寸厚的镍硼涂层。

镍硼溶液制备使用如下:

a.
配置含0.25磅镍盐、1磅乙二胺、1/3磅氢氧化铵、1/3磅氢氧化钠的水溶液1加仑。

b. 将上述溶液加热到1908±5?F。

c.
在上述溶液中加入10mls还原剂。还原剂配置如下:1磅硼氢化钠加1/2加仑水,再加入2磅硼氢化钠,配置到1加仑。

d.
在上述溶液中加入10mls稳定剂溶液。稳定剂配置如下:10g钨酸铅加3/4加仑水,再加入50g氢氧化钠、150mls乙二胺、50mls乙二胺四乙酸盐,加水到1加仑。然后加入50g表面活性剂并充分混合。

e. 将火炮零件浸入镀敷溶液中11/2小时,得到0.0006英寸厚的镍硼涂层。

f.
为了提高硬度,钢质零件要在700?F进行热处理90分钟,这样能使硬度从980knoop增加到1410knoop(基于25g载荷)。

7、炮管钢的处理与上述钢质零件一样,但首先要在40%的盐酸溶液中浸泡约2小时,清除掉镀铬层。镀敷工艺如下:

配置含0.25磅镍盐、1磅乙二胺、1/3磅氢氧化铵、1/3磅氢氧化钠的水溶液1加仑。

将上述溶液加热到1908±5?F。

在上述溶液中加入10mls还原剂。还原剂配置如下:1磅硼氢化钠加1/2加仑水,再加入2磅硼氢化钠,配置到1加仑。

在上述溶液中加入10mls稳定剂溶液。稳定剂配置如下:10g钨酸铅加3/4加仑水,再加入50g氢氧化钠、150mls乙二胺、50mls乙二胺四乙酸盐,加水到1加仑。然后加入50g表面活性剂并充分混合。

将火炮零件浸入镀敷溶液中11/2小时,得到0.0006英寸厚镍硼涂层。

为了提高硬度,钢质零件要在700?F进行热处理90分钟,这样硬度会从980knoop增加到1410knoop(基于25g载荷)。

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