EP1048921A2 - Verfahren zur Innenbeschichtung eines Waffenrohres - Google Patents

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EP1048921A2
EP1048921A2 EP00104757A EP00104757A EP1048921A2 EP 1048921 A2 EP1048921 A2 EP 1048921A2 EP 00104757 A EP00104757 A EP 00104757A EP 00104757 A EP00104757 A EP 00104757A EP 1048921 A2 EP1048921 A2 EP 1048921A2
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layer
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gun barrel
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/22—Barrels which have undergone surface treatment, e.g. phosphating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/02—Composite barrels, i.e. barrels having multiple layers, e.g. of different materials
    • F41A21/04—Barrel liners

Definitions

  • the invention relates to a method for internal coating a weapon barrel, on the inner surface of which at least in a partial area at least one layer of a layer material is applied to avoid erosion.
  • a disadvantage of this known method is, inter alia, that the electrolytically deposited hard chrome layers of Do not withstand increased ammunition. To yourself resulting chrome breakouts gradually arise severe erosion.
  • the invention has for its object a method for Specify the inner coating of a gun barrel with which to Avoiding erosion of high-melting layer materials be applied to the inner surface of the barrel can, the coating applied to the weapon barrel in particular should have a high adhesive strength.
  • the invention is based on the idea of the inner coating of the respective gun barrel by plasma deposition welding to make a burner in the gun barrel to generate a plasma is arranged, which up to extends inside the gun barrel and into which the layer material in powder, wire or strip form Form is introduced.
  • the layer material is in the plasma melted and the melted material on the then deposited inside surface of the barrel.
  • a major advantage of the method according to the invention is that high-melting materials, such as niobium, Molybdenum, tantalum, hafnium, vanadium, tungsten, zirconium or their alloys, in layer thicknesses up to a few mm on the inner surface of the gun barrel can be applied.
  • high-melting materials such as niobium, Molybdenum, tantalum, hafnium, vanadium, tungsten, zirconium or their alloys
  • layer thicknesses up to a few mm on the inner surface of the gun barrel can be applied.
  • materials such as molybdenum or tantalum from aqueous Do not deposit electrolytes. You can also use the known methods only layer thicknesses of a few tenths of a millimeter produce.
  • the coating can be applied to the entire inner surface of the pipe can also be applied selectively.
  • the gun barrel before coating adapted to the corresponding wall thickness of the coating the pipe section to be coated have a diameter that is in addition to the caliber diameter corresponds to twice the wall thickness of the coating.
  • metal salts such as carbides or nitrides proved to be advantageous in addition to the corresponding one
  • Metal a suitable gas for the plasma e.g. methane for Formation of carbides or nitrogen to form nitrides
  • Fig. 1 denotes a gun barrel, which in a Subarea 2 with a refractory metal, e.g. Niobium, coated shall be.
  • a refractory metal e.g. Niobium
  • coated 2 indicates the weapon barrel 1 in relation to the caliber diameter Oversize 3.
  • a plasma torch 4 is used to coat the gun barrel 1 with a cathode and a possibly water-cooled Anode (for reasons of clarity, the electrodes are not shown) provided (Fig. 2).
  • the cathode and anode are connected to the corresponding electrical cables Power source 5 connected. Should be a coating of the gun barrel 1 are made, an arc between the cathode and the anode are ignited and the plasma torch 4 by means of a displacement device 6 in the interior 7 of the Gun barrel 1 inserted.
  • the plasma flame 8 stretches to the inner surface 9 of the barrel 1.
  • the layer-forming material that is, for example, in powder form in a container 10, is introduced into the plasma flame 8 and melted there. Because of the flow rate of the expanding Plasma gases become the teardrop-shaped, molten ones Material particles against the surface to be coated 9 hurled. Since the gun barrel 1 is also in a relative narrow area 11 near the surface by the plasma flame 8 is melted, an alloy is formed between base and layer material. This molten The combination of both materials then leads to a very high adhesion of the layer material to the inner surface 9 of the gun barrel 1.
  • a flat coating of the inner surface 9 of the gun barrel 1 in section 2 is obtained in that the plasma torch 4 and the gun barrel 1 relative to each other perform a spiral movement, for example.
  • the plasma torch 4 with the aid of the displacement device 6 both an axial and a rotary Carry out movement.
  • the burner 4 can the displacement device 6 is only axially displaced and that Gun barrel 1 by a drive, not shown, around his Soul axis can be rotated.
  • layer thickness 15 to be applied to the weapon barrel 1 layer 13 must therefore be greater than layer thickness 16 the layer 17 of the finished gun barrel (Fig. 4).
  • the invention is of course not based on the above described embodiment limited.
  • the entire gun barrel 1 with the corresponding Shielding gas to be flooded.
  • you can click on a protective gas jacket can be dispensed with and the weapon barrel 1 be evacuated before the coating process.
  • intermediate layers can be used Apply materials to the base material (e.g. steel) that cannot be surfaced directly.
  • the base material e.g. steel
  • a chrome or molybdenum coating of the barrel first as an intermediate layer Nickel-based alloy on the weapon barrel made of steel be applied.
  • the layer thicknesses of the top and intermediate layers should be between 0.5 and 1.5 depending on the application mm lie.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Innenbeschichtung eines Waffenrohres, auf dessen innere Oberfläche (9) mindestens in einem Teilbereich (2) ein Schichtwerkstoff zur Vermeidung von Erosionen aufgebracht wird. Um auf einfache Weise hochschmelzende Schichtwerkstoffe auf die innere Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) aufzubringen, schlägt die Erfindung vor, die Innenbeschichtung des jeweiligen Waffenrohres (1) durch Plasma-Auftragsschweißen vorzunehmen, wobei in dem Waffenrohr (1) ein Brenner (4) zum Erzeugen einer Plasmaflamme (8) angeordnet ist, welche sich bis zur inneren Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) erstreckt und in welches der Schichtwerkstoff in pulver-, draht- oder bandförmiger Form eingebracht wird. In dem Plasma wird der Schichtwerkstoff aufgeschmolzen und das schmelzförmige Material an der inneren Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) dann abgeschieden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Innenbeschichtung eines Waffenrohres, auf dessen innere Oberfläche mindestens in einem Teilbereich mindestens eine Schicht eines Schichtwerkstoffes zur Vermeidung von Erosionen aufgebracht wird.
In der Waffentechnik bewirken leistungsgesteigerte Munitionsarten aufgrund ihrer beim Abschuß entstehenden hohen Gastemperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten, insbesondere bei den aus Stahl bestehenden Waffenrohren, starke Erosionen, die das jeweilige Waffenrohr bereits vor Erreichen seiner Ermüdungslebensdauer verschleißen. Es ist bereits bekannt, die entsprechenden Waffenrohre zwecks Vermeidung derartiger Erosionen mit einer Hartchromschicht zu versehen. Dabei wird der Hartchrom elektrolytisch an der inneren Oberfläche des Waffenrohres abgeschieden.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren unter anderem, daß die elektrolytisch abgeschiedenen Hartchromschichten der leistungsgesteigerten Munition nicht standhalten. An den sich dadurch ergebenden Chromausbrüchen entstehen nach und nach starke Erosionen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Innenbeschichtung eines Waffenrohres anzugeben, mit dem zur Vermeidung von Erosionen hochschmelzende Schichtwerkstoffe auf die innere Oberfläche des Waffenrohres aufgebracht werden können, wobei die auf dem Waffenrohr aufgebrachte Beschichtung insbesondere eine hohe Haftfestigkeit besitzen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Innenbeschichtung des jeweiligen Waffenrohres durch Plasma-Auftragsschweißen vorzunehmen, wobei in den Waffenrohr ein Brenner zum Erzeugen eines Plasmas angeordnet ist, welches sich bis zur inneren Oberfläche des Waffenrohres erstreckt und in welches der Schichtwerkstoff in pulver-, draht- oder bandförmiger Form eingebracht wird. In dem Plasma wird der Schichtwerkstoff aufgeschmolzen und das schmelzförmige Material an der inneren Oberfläche des Waffenrohres dann abgeschieden.
Durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen dem Brenner und dem Waffenrohr kann eine flächige Beschichtung der inneren Oberfläche des Waffenrohres mit dem Schichtwerkstoff erzielt werden. Außerdem ist es durch Wiederholung des Beschichtungsvorganges möglich, unterschiedliche Schichten nacheinander aufzubringen und das Waffenrohr an die jeweiligen Anforderungen optimal anzupassen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß hochschmelzende Werkstoffe, wie Niob, Molybdän, Tantal, Hafnium, Vanadin, Wolfram, Zirkonium oder deren Legierungen, in Schichtdicken bis zu einigen mm auf die innere Oberfläche des Waffenrohres aufgebracht werden können. Demgegenüber lassen sich mit den bekannten galvanischen Verfahren Werkstoffe wie Molybdän oder Tantal aus wässerigen Elektrolyten nicht abscheiden. Außerdem lassen sich mit den bekannten Verfahren lediglich Schichtdicken von einigen Zehntelmillimeter erzeugen.
Die Beschichtung kann sowohl auf der gesamten Rohrinnenfläche als auch selektiv aufgetragen werden. In beiden Fällen ist allerdings zu beachten, daß das Waffenrohr vor der Beschichtung an die entsprechende Wandstärke der Beschichtung angepaßt werden muß, d.h., der zu beschichtende Rohrabschnitt muß einen Durchmesser besitzen, der dem Kaliberdurchmesser zuzüglich der doppelten Wandstärke der Beschichtung entspricht.
Um eine Beschichtung des Waffenrohres mit hochschmelzenden Metallsalzen wie Karbiden oder Nitriden vorzunehmen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich zu dem entsprechenden Metall dem Plasma ein geeignetes Gas (z.B. Methan zur Bildung von Karbiden oder Stickstoff zur Bildung von Nitriden) zuzuführen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig.1-3
den zu beschichtenden Rohrabschnitt eines Waffenrohres vor, während und nach Durchführung der Innenbeschichtung sowie
Fig.4
den in den Fig.1-3 dargestellten Rohrabschnitt nach einer mechanischen Nachbearbeitung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Waffenrohr bezeichnet, welches in einem Teilbereich 2 mit einem Refraktärmetall, z.B. Niob, beschichtet werden soll. In dem zu beschichtenden Teilbereich 2 weist das Waffenrohr 1 gegenüber dem Kaliberdurchmesser ein Übermaß 3 auf.
Zur Beschichtung des Waffenrohres 1 ist ein Plasmabrenner 4 mit einer Kathode und einer gegebenenfalls wassergekühlten Anode (aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Elektroden nicht dargestellt) vorgesehen (Fig. 2). Die Kathode und Anode sind über entsprechende elektrische Leitungen mit einer Stromquelle 5 verbunden. Soll eine Beschichtung des Waffenrohres 1 vorgenommen werden, so wird ein Lichtbogen zwischen der Kathode und der Anode gezündet und der Plasmabrenner 4 mittels einer Verfahreinrichtung 6 in den Innenraum 7 des Waffenrohres 1 eingeschoben.
Da sich das Waffenrohr 1 ebenfalls auf Anodenpotential befindet, dehnt sich die Plasmaflamme 8 bis zur inneren Oberfläche 9 des Waffenrohres 1 aus. Der schichtbildende Werkstoff, der sich beispielsweise in Pulverform in einem Behälter 10 befindet, wird in die Plasmaflamme 8 eingebracht und dort aufgeschmolzen. Aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit der expandierenden Plasmagase werden die tropfenförmigen, schmelzflüssigen Werkstoffpartikel gegen die zu beschichtende Oberfläche 9 geschleudert. Da das Waffenrohr 1 ebenfalls in einem relativ schmalen oberflächennahen Bereich 11 durch die Plasmaflamme 8 aufgeschmolzen wird, kommt es zu einer Legierungsbildung zwischen Grund- und Schichtwerkstoff. Dieser schmelzflüssige Verbund beider Werkstoffe führt dann zu einer sehr hohen Haftung des Schichtwerkstoffes an der inneren Oberfläche 9 des Waffenrohres 1.
Um eine Reaktion des schmelzflüssigen Schichtwerkstoffes mit der Umgebungsatmosphäre (und damit die Bildung von Oxiden, Nitriden oder Karbiden) zu verhindern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Plasmaflamme 8 und das Schmelzbad von einem Schutzgasmantel umgeben werden. Hierzu ist ein mit einem Schutzgas gefüllter Behälter 12 vorgesehen, der über Leitungen mit dem Plasmabrenner 4 verbunden ist.
Eine flächige Beschichtung der inneren Oberfläche 9 des Waffenrohres 1 in dem Teilbereich 2 wird dadurch erhalten, daß der Plasmabrenner 4 und das Waffenrohr 1 relativ zueinander eine beispielsweise spiralförmige Bewegung ausführen. Hierzu kann beispielsweise der Plasmabrenner 4 mit Hilfe der Verfahreinrichtung 6 sowohl eine axiale als auch einen rotatorische Bewegung durchführen. Ferner kann der Brenner 4 durch die Verfahreinrichtung 6 auch nur axial verschoben und das Waffenrohr 1 durch einen nicht dargestellten Antrieb um seine Seelenachse gedreht werden.
Nach vollständigem Aufbringen der Schicht 13 auf den Teilbereich 2 (Fig. 3) erfolgt eine mechanische Nachbearbeitung, da die Schicht 13 eine relativ rauhe Oberfläche 14 aufweist. Die zunächst auf das Waffenrohr 1 aufzutragende Schichtdicke 15 der Schicht 13 muß daher größer sein als die Schichtdicke 16 der Schicht 17 des fertigen Waffenrohres (Fig. 4).
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise zur Erzeugung des Schutzgasmantels vor dem Beschichtungsvorgang das gesamte Waffenrohr 1 mit dem entsprechenden Schutzgas geflutet werden. Alternativ kann auch auf einen Schutzgasmantel verzichtet werden und das Waffenrohr 1 vor dem Beschichtungsvorgang evakuiert werden.
Um eine Verbesserung der Haftfestigkeit zu erreichen, kann es außerdem vorteilhaft sein, statt nur einer Schicht eines Schichtwerkstoffes mehrere Schichten gleicher oder unterschiedlicher Schichtwerkstoffe nacheinander auf die innere Oberfläche des Waffenrohres aufzutragen.
Ferner lassen sich unter Verwendung von Zwischenschichten Werkstoffe auf das Grundmaterial (z.B. Stahl) auftragen, die sich direkt nicht auftragsschweißen lassen. So kann beispielsweise zum Auftragen einer Chrom- oder Molybdän-Beschichtung des Waffenrohres zunächst als Zwischenschicht eine Nickelbasislegierung auf das aus Stahl bestehende Waffenrohr aufgebracht werden. Die Schichtdicken der Deck- und Zwischenschichten sollten je nach Anwendungsfall zwischen 0,5 und 1,5 mm liegen.
Bezugszeichenliste
1
Waffenrohr
2
Teilbereich
3
Übermaß
4
Plasmabrenner, Brenner
5
Stromquelle
6
Verfahreinrichtung
7
Innenraum (Wattenrohr)
8
Plasmaflamme
9
innere Oberfläche (Waffenrohr)
10
Behälter
11
oberflächennaher Bereich
12
Behälter
13
Schicht
14
Oberfläche
15,16
Schichtdicken
17
Schicht

Claims (7)

  1. Verfahren zur Innenbeschichtung eines Waffenrohres, auf dessen innere Oberfläche (9) mindestens in einem Teilbereich (2) mindestens eine Schicht (17) eines Schichtwerkstoffes zur Vermeidung von Erosionen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schichtwerkstoff durch Plasma-Auftragsschweißen auf die innere Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) aufgebracht wird,
    daß hierzu in dem Waffenrohr (1) ein gegenüber diesem axial verschiebbarer Brenner (4) angeordnet ist, welcher eine Plasmaflamme (8) erzeugt, die sich bis zur jeweiligen inneren Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) erstreckt,
    daß der Schichtwerkstoff in die Plasmaflamme (8) in pulver-, draht- oder bandförmiger Form eingebracht wird, derart, daß es von der Plasmaflamme (8) aufgeschmolzen und das schmelzflüssige Material sich an der inneren Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) niederschlägt und
    daß anschließend der Brenner (4) relativ zum Waffenrohr (1) weiterbewegt wird, so daß sich eine flächige Beschichtung der inneren Oberfläche (9) mit dem Schichtwerkstoff ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff Niob, Molybdän, Tantal, Hafnium, Chrom, Vanadin, Wolfram, Zirkonium oder deren Legierungen verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten gleicher oder unterschiedlicher Schichtwerkstoffe nacheinander auf die innere Oberfläche (9) des Wattenrohres (1) aufgetragen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Innenbeschichtung eines aus Stahl bestehenden Waffenrohres (1) mit einem Schichtwerkstoff aus Chrom oder Molybdän eine Nickelbasislegierung auf die innere Oberfläche (9) des Waffenrohres (1) durch Plasma-Auftragsschweißen aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen eines Metallkarbides als Schichtwerkstoff auf die innere Oberfläche des Wattenrohres (1) zusätzlich zu einem entsprechenden Metall Methan der Plasmaflamme (8) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen eines Metallnitrides als Schichtwerkstoff auf die innere Oberfläche des Waffenrohres (1) zusätzlich zu einem entsprechenden Metall Stickstoff der Plasmaflamme (8) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (16) des jeweils aufzubringenden Schichtwerkstoffes zwischen 0,5 und 1,5 mm beträgt.
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