DE2709247A1

DE2709247A1 - Verfahren zum herstellen und erhalten einer waermedaemmenden, erosionshemmenden schutzschicht auf der innenoberflaeche von waffenrohren

Info

Publication number: DE2709247A1
Application number: DE19772709247
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Boeder; Hartmut Dipl Ing Dr Marwitz
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: GB1599582A; DE2709247C2; JPS5921480B2; FR2382419A1; SE7802288L; ES467446A1; FR2382419B1; IT7820771A0; CH632837A5; GR66098B; NO780602L; JPS53110300A; PT67636B; IT1095364B; PT67636A; NL7800888A; DK75578A; BR7801287A; BE864365A

Description

RHElNMETaLL

Akte R 6kk Düsseldorf, den 2.3.1977

S-RP Re/Sch

Verfahren zum Herstellen und Erhalten einer wärmedämmenden, erosionshemmenden Schutzschicht auf der Innenoberfläche von Waffenrohren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Erhalten einer wärmedämmenden, erosionshemmenden Schutzschicht auf der Innenoberflache von unter sehr hoher thermischer und mechanischer Beanspruchung stehenden Waffenrohren, bei dem der die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung Zusätze beigefügt sind, die sich auf der Innenoberfläche rein oder in Form von chemischen Verbindungen niederschlagen.

Derartige Zusätze sind in der DT-AS lh 53 837 erwähnt, wobei hinzugefügt wurde, daß ein wesentlicher Nachteil des Zusetzens von Stoffen der genannten Art zur Pulvertreibladung darin besteht, daß nur in begrenztem Maße ein Zusatz möglich ist, da durch einen hohen Zusatz solcher Stoffe die Abbrandeigenschaften der Pulvertreibladung ungünstig beeinflußt werden. Entsprechend ist man gemäß den Ausführungen dieser Druckschrift gezwungen, sorgfältig zwischen der Wirkung dieser Stoffe und ihrem den Abbrand der Pulvertreibladung verschlechternden Einfluß abzuwägen, weshalb man in bezug auf die Beimengung solcher Stoffe zur Pulvertreibladung nur verhältnismäßig venig Spielraum hat.

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Hieraus ergibt sich, daß die bekannte Beimengung von rohrschonend wirkenden Stoffen zur Pulvertreibladung nur in geringem HaDe die erhoffte Wirkung zu erreichen gestattet, so daß zur Beschichtung der Oberfläche durch Ionitrieren, Gasnitrieren, Hartverchromen usw. geschritten werden muß, um eine angemessene Verschleiß- und Erosionsbeständigkeit der Innenoberflächen von Waffenrohren zu erreichen.

Metallische oder mit Metallen als Hauptbestandteil hergestellte Oberflächenschutzschichten haben jedoch den Nachteil, daß sie hohe Wärmeleitzahlen besitzen, so daß der Teiaperaturschutzeffekt für den Rohrgrundwerkstoff nur begrenzt ist. Versuche mit nichtmetallischen! Beschichten ergaben vorzeitiges Abschmelzen, Verdampfen bzw. Abrieb infolge der durch Wärmestau verursachten extrem hohen Oberflachentemperaturen.

Im Rahmen der Leistungssteigerung von Rohrwaffen durch Verwendung höherer Gasdrücke, heißerer Pulvergase und größerer Ladung und höherer Feuerfolgen werden jedoch immer höhere Anforderungen an diese Verschleiß- und Erosionsbectändigkeit gestellt, so daß die Lebensdauer von Waffenrohren trotz der bekannten Schutzmaßnahmen nicht mehr ausreichend ist.

Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die Oberflächen einerseits durch die thermische Kurzzeitbelastung und andererseits durch die mechanische Belastung angegriffen werden, wobei Oberflächentemperaturen in der Größenordnung bis 2000⁰C beobachtet werden. Derartige Temperaturen werden nur noch von wenigen Werkstoffen ohne Schmelzen ertragen.

Neben de« hohen Schmelzpunkt ist ein weiteres Kriterium für die ausreichende Lebensdauer eines Waffenrohres die Warmfestigkeit bei hohen Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes

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und die Trägheit bezüglich unerwünschter Gefügeumwandlungen. Von Bedeutung ist ferner die chemische Beständigkeit des Rohrwerkstoffes bzw. des Beschichtungswerkstoffes gegen die heißen Pulvergase.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Oberflächenschutzbeschichtungen vermeidet bzw. diese so verbessert, daß es möglich ist,' thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Waffenrohre herzustellen, die eine hohe Lebensdauer haben, wobei dieser Schutz so ausgebildet sein soll, daß eine evtl. teilweise Abtragung der Schutzschickt durch die thermische und mechanische Beanspruchung durch einen wiederholten Auftrag der Schutzschicht ausgeglichen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zusätze zur die thermische und/oder mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung in einer solchen Art und Menge beigefügt werden, daß sich eine zusammenhängende, abriebfeste, hochschmelzende, gering wärmeleitende Schicht bildet, deren Schichtdicke durch einen Gleichgewichtszustand zwischen der Abtragung aufgrund der thermischen und mechanischen Beanspruchung und der Neubildung bestimmt ist.

Das Verfahren nach der Erfindung geht dabei von der überraschenden Feststellung aus, daß von einer bestimmten Menge des Zusatzes an nicht mehr nur eine Beeinflussung der Grenzschicht zwischen den heißen Pulvergasen und der Rohrinnenwandung erreicht wird, wie es bei den Zusätzen gemäß dem Stand der Technik angestrebt wird, sondern daß sich auf der Rohrinnenwandung eine Schutzschicht niederschlägt, die die stark erosionshemmenden Eigenschaften aufweist.

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Die mit der Zugabe der nicht verbrennbaren Zusätze entstehenden Verluste an innenballistischer Leistung können dadurch _ftusgeglichen werden, daß der Heizwert der Pulvertreibladung angehoben wird, ohne daß dadurch die wesentlich verbesserte erosionshemniendc Wirkung wieder zunichte gemacht wird und/oder auf wesentliche Bindemittelanteilc außer dem wirksamen mengenmäßig erhöhten Zusatz verzichtet wird.

Als Zusätze eignen sich mehr oder weniger alle Metalle und deren Verbindungen, die vorteilhafterweise in dispergierter Form der Pulvertreibladung zugemischt bzw. angelagert werden und die während eines Schusses ißt Waffenrohr verteilt werden, wobei sie in der hochgespannten, extrem heißen Gasatmosphäre aufschmelzen, verdampfen, dissoziieren und mit oder ohne Eingehen neuer Verbindungen als Belag auf der Rohrinnenoberfläche aufschmelzen und/oder aufsublimieren.

Dieser Vorgang führt erst von bestimmten Miniestmengen von zugesetztem Ausgangsmaterial an, die wesentlich über bisher üblichen Zusatzanteilen liegen, zu wirksamen Schichtdicken. Die wirksame Schichtdicke ist diejenige, die das darunter liegende Grundmaterial vollständig vor Hitzeschäden schützt. Als besonders vorteilhaft haben sich Metalloxyde als Ausgangswerkstoff erwiesen, wobei sich Oberflächenbeschichtungen ergeben, die eine gute Haftung auf der Rohrinnenoberfläche aufweisen, die zu Ablagerungen in ausreichender, jedoch den Kaliberdurchmesser nicht störend verengender Dicke führen, die eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt sowie bei hohen Temperaturen eine sehr hohe Abriebfestigkeit aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens soll hierbei Titandioxyd als Zusatz verwendet werden, wobei dem Treibladungspulver wenigstens bei den ersten Schüssen in Abhängigkeit von den thermischen Verbältnissen etwa 10 bis 25 Jt des Zusatzes beigefügt sind.

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PUr weitere Beschüsse kann dieser Wert in Abhängigkeit von den innenballistischen Verhältnissen auf 5 % bis 15 % gesenkt werden. Im Zuge der bestimmungsgemäßen Benutzung des Waffenrohres kann ferner vorgesehen sein, nach einer bestimmten Schaßzahl, einen oder mehrere Schüsse abzugeben, deren Pulvertreibladung wieder einen erhöhten Zusatzanteil aufweist, um auf diese Weise einen verstärkten Niederschlag auf der Rohrinnenoberfläche zu erreichen und so eine Verringerung der Schutzschichtdicke auszugleichen.

Das bemerkenswerte Ergebnis dieses Deschichtungsverfahrens ist darin zu sehen, daß eine einmal aufgetragene Schicht bei nachfolgenden Schüssen in der Pulvergasatmosphäre trotz des ■ hohen Schmelzpunktes infolge ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit zwar zunächst teilweise aufgeschmolzen aber anschließend im Verein mit dem in der Ladung mitgeführten dispergierten und teilweise dissoziierten Ausgangswerkstoff für die Schichtbildung wieder aufgebaut wird, wobei die Menge des beigefügten Ausgangsmaterials beim ersten und bei den folgenden Schüssen so abgestimmt wird, daß sich mit wenigen Schuß eine genügend dicke Schutzschicht aufbaut und sich weiterhin selbstregelnd erhält. Das heißt, die Schichtdicke ist durch einen Gleichgewichtszustand zwischen der Abtragung aufgrund der thermischen und mechanischen Beanspruchung und der Neubildung bestimmt, wobei dieser Regelungsinechanismus u. a. dadurch erklärt werden kann, daß dickere Schutzschichten wegen der geringeren Wärmeleitung in die Rohrwand hinein höhere Temperaturen erreichen als dünne. Dicke Schichten werden daher während des Schusses etwas mehr aufgeschmolzen und abgetragen als dünne.

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Die Schutzschicht kann sofort im Anschluß an die Fertigung des \<ufl enrohres, z. B. im Rahmen eines Abnahmebeschusses aufgel.-rächt werden, indem wenigstens eine thermische und

nie;chanische Beanspruchung, die mindestens gleich derjenige·: während der bestitanungsgeinäi; «n Benutzung des Waffenrohrv';:. ist, in Anschluß an die Fertigung durchgeführt wird νηά ct.is hierbei öcr die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugender] Pulvertreibladung ein nach Art unö/oter Menge gegenüber der Benutzung verschiedener Zusatz beigefügt \ij.rd.

In der Hegel wird die Menge des Zusatzes bei dieser ersten Beanspruchung höher liegen als bei üer späteren bestiiawungsgeißäßen Benutzung, wobei noch zusätzlich vorgesehen werden kann, den Anteil des Zusatzes in dan Randberoichen der die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung größer zu machen als im Kernlsereich. Es ist auch möglich, bei Waffenrohren eine Beschichtung aufzubringen, die der eigentlichen Benutzung vorausgeht, so daß die Ertitbeschichtung im Rahmen eines Abnahmebeschusses bzw. teilweise durch fertigungstechnische Verfahren, teilweise durch Schießen erzeugt werden kann. Hierbei können auch unterschiedliche Treibladungspulverarten und Pulvermengen sowie Geschoßiaassen verwendet werden, die zu unterschiedlichen innenballistischen Leistungen führen.

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Claims

Akte R 6kk Düsseldorf, den 2.3.1977

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Patentansprüche

ι 1.^! Verfahren zum Herstellen und Erhalten einer warmcdiiminendpn, erosionshemraenden Schutzschicht auf der Innenoberiläche von unter hoher thermischer und . mechanischer Beanspruchung stehenden Rohrwaffen, bei dem der die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung Zusätze beigefügt sind, die «ich auf der Itohrinnenoberflache rein oder in Forin von chemischen Verbindungen niederschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zusätze in einer solchen Art und Menge beigefügt werden, daß sich eine zusammenhängende, abriebfeste, hochschmelzende, gering wärmeleitende Schicht bildet, deren Schichtdicke durch einen Gleichgewichtszustand zwischen der Abtragung aufgrund der thermischen und/oder mechanischen Beanspruchung und der Neubildung bestimmt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine thermische

Beanspruchung, die mindestens gleich derjenigen während der bestimmungsgemäßen Benutzung des Hohlkörpers ist, im Anschluß an die Fertigung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die thermische Beanspruchung im Anschluß an die Fertigung erzeugenden Pulvertreibladung ein nach Art und Menge gegenüber der Benutzung verschiedener Zusatz beigefügt ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Zusatzes bei der oder den ersten Beanspruchungen höher liegt als bei der späteren bestiirmiungsgeniäßen Benutzung.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz ira wesentlichen aus Titandioxyd besteht.
6. Verf«ihren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zic für die erste (n) Beanspruchung (en) aus 10 fo bis 25 % Titandioxyd in feinverteilter Form besteht und daß dieser Anteil bei der bestiimuungsgeinäßen Beanspruchung bis auf 5 % bis 15 # herabgesetzt ist.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6_V dadurch gekennzeichnet, daß bei der bestiianiungsgemäßen Benutzung des VTaffenrohres die Menge des Zusatzes bei den einzelnen Beanspnichungcn periodisch erhöht ist.

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