韋 丁，王瓊林，嚴(yán)文榮，張江波，趙煜華，劉 毅

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

引 言

身管武器是戰(zhàn)場(chǎng)壓制和精確打擊的主力裝備之一，目前我軍裝備的身管武器性能水平雖然有大幅度提高，但在發(fā)射時(shí)普遍存在許多不利現(xiàn)象，如身管燒蝕、炮口沖擊波等，不同程度地制約著身管武器效能的正常發(fā)揮[1-2]。發(fā)射藥燃?xì)鈱?duì)身管的燒蝕作用是射擊過(guò)程中伴隨發(fā)生的有害現(xiàn)象，主要指在身管使用時(shí)膛內(nèi)金屬表面逐漸生成裂紋、膛線磨損、藥室擴(kuò)大，從而造成膛壓、彈丸初速、射程和精度的下降以及射彈散布的增大，最終使身管武器使用壽命終止的過(guò)程[3]。嚴(yán)重?zé)g將會(huì)極大程度降低身管武器的威力，迅速縮短武器使用壽命，并且對(duì)炮手的生命造成威脅[4-5]?？梢?jiàn)，燒蝕嚴(yán)重地限制了身管武器的進(jìn)一步發(fā)展。為此，國(guó)內(nèi)外從事發(fā)射藥及身管武器研究的學(xué)者一直非常重視燒蝕這一有害射擊現(xiàn)象，并致力于研究燒蝕形成的原因和尋找防治、降低燒蝕的各種解決方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新型彈藥和高膛壓、高初速身管武器的合理設(shè)計(jì)[6-13]。

開(kāi)展降低發(fā)射藥燒蝕性的研究，是當(dāng)前新型高能發(fā)射藥配方設(shè)計(jì)和身管武器發(fā)展的重要方向。本文對(duì)燒蝕的產(chǎn)生、測(cè)量和控制進(jìn)行了綜述，主要探討緩蝕添加劑的應(yīng)用情況，指出未來(lái)降低炮管燒蝕性研究的重點(diǎn)方向。

1 燒蝕的產(chǎn)生及影響因素

根據(jù)身管武器燒蝕產(chǎn)生的原因，可以分為突發(fā)性燒蝕和漸發(fā)性燒蝕[14]。突發(fā)性燒蝕是指身管武器在射擊后突然出現(xiàn)內(nèi)膛嚴(yán)重受損甚至報(bào)廢，與膛內(nèi)危險(xiǎn)壓力波的產(chǎn)生相關(guān)?；鹚幇l(fā)射裝藥的密封性差、點(diǎn)火系統(tǒng)不匹配以及彈丸上膛裝填不到位等都有可能引起突發(fā)性燒蝕。身管的漸發(fā)性燒蝕是指隨著服役時(shí)間的增長(zhǎng)和射彈累計(jì)發(fā)數(shù)的增多而逐漸發(fā)生的燒蝕現(xiàn)象。由于突發(fā)性燒蝕大多情況下跟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、操作不當(dāng)?shù)热藶橐蛩赜嘘P(guān)，不具有明顯的客觀科學(xué)規(guī)律，因此目前大部分研究針對(duì)的是漸發(fā)性燒蝕。本文只探討漸發(fā)性燒蝕的相關(guān)研究進(jìn)展。

1.1 燒蝕的產(chǎn)生過(guò)程

從能量轉(zhuǎn)化的角度看，在身管武器發(fā)射過(guò)程中，發(fā)射藥中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)產(chǎn)生CO2、H2、H2O、CO和N2等大量燃?xì)?，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)彈丸運(yùn)動(dòng)。隨著發(fā)射藥燃?xì)庀蚺诳诜较驍U(kuò)散，身管及彈丸間的封閉容器中形成高溫高壓的復(fù)雜內(nèi)膛環(huán)境，這時(shí)可以把身管當(dāng)成一種承受循環(huán)載荷的特殊類型壓力容器。在這期間，內(nèi)膛金屬在幾個(gè)毫秒內(nèi)溫度上升至上千攝氏度，在射彈到達(dá)管口前又迅速降到最高溫的一半左右[15]。在距離身管內(nèi)壁表面200μm以內(nèi)的區(qū)域，炮鋼由于經(jīng)歷極大的溫度波動(dòng)而變得更硬更脆。另外，在高溫下，發(fā)射藥燃?xì)夂陀坞x原子擴(kuò)散進(jìn)入炮鋼晶格，改變其化學(xué)組成，導(dǎo)致表面層強(qiáng)度進(jìn)一步降低、脆性增大。結(jié)果在表面上產(chǎn)生一些或垂直或平行于表面的微裂紋，高速氣流產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和彈帶產(chǎn)生的接觸應(yīng)力就足以讓一部分裂紋層和脆性層剝落。

圖1描述了燒蝕的產(chǎn)生過(guò)程[14]：隨著射彈發(fā)數(shù)的增加，首先在膛線起始部附近陽(yáng)線上出現(xiàn)徑向細(xì)紋。繼續(xù)發(fā)射，細(xì)紋逐漸延伸并相互連接，形成閉合清晰的網(wǎng)狀裂紋，并且不斷加深加寬。隨后，由于發(fā)射藥燃?xì)鈱?duì)身管內(nèi)壁的沖擊壓縮作用，以及彈帶的機(jī)械磨損作用，使內(nèi)壁金屬表面逐漸剝落，在陰線底部形成縱向燒蝕溝，在陰線和陽(yáng)線之間形成縱橫交錯(cuò)的大燒蝕網(wǎng)，這時(shí)有明顯裂縫出現(xiàn)?？梢?jiàn)，裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展加快了燒蝕過(guò)程[12, 16]。通常裂紋有3種形成方式：由于表面材料迅速加熱和迅速冷卻形成熱龜裂；由于機(jī)械沖擊形成粗裂紋；由于熔融后冷卻收縮形成裂紋。

圖1 燒蝕產(chǎn)生過(guò)程示意圖 Fig.1 Illustration for the generation of erosion

樊磊等[17]在對(duì)大口徑機(jī)槍槍管壽命趨勢(shì)進(jìn)行分析時(shí)，研究了槍管燒蝕和膛口尺寸隨射彈數(shù)的變化規(guī)律及產(chǎn)生原因，認(rèn)為在內(nèi)膛鍍鉻的大口徑機(jī)槍槍管內(nèi)，燒蝕經(jīng)歷了鉻層網(wǎng)狀裂紋的形成和擴(kuò)展、鉻層剝落和基體金屬燒蝕共3個(gè)階段，前兩個(gè)階段主要決定了槍管的壽命長(zhǎng)短，即由鍍鉻層的壽命決定。

1.2 燒蝕的測(cè)量方法

身管燒蝕的測(cè)量及燒蝕材料的特征分析主要基于燒蝕磨損發(fā)生后內(nèi)膛發(fā)生的一系列變化，主要包括尺寸變化、內(nèi)膛金相組織變化以及內(nèi)膛表面物理化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。在嚴(yán)重?zé)g下，利用電子測(cè)徑儀就可以測(cè)量因燒蝕磨損而引起內(nèi)膛直徑的變化情況。身管武器在只射擊了少量幾發(fā)子彈的情況下，由于燒蝕很小，膛徑的變化非常小，通過(guò)膛徑無(wú)法精確測(cè)試,這時(shí)需要采用間接方法測(cè)量。葛朝暉等[18]以燒蝕磨損量與內(nèi)膛表面溫度存在指數(shù)關(guān)系作為依據(jù)，用測(cè)溫傳感器測(cè)量了距身管內(nèi)膛表面一定厚度處的瞬態(tài)溫度變化，通過(guò)身管內(nèi)膛傳熱規(guī)律外推得到內(nèi)表面溫度，再以膛壁峰值溫度評(píng)估緩蝕添加劑的作用效果。

傳統(tǒng)火炮身管檢測(cè)主要是通過(guò)光學(xué)窺膛儀進(jìn)行[19]。這種方法通常用于燒蝕的定性觀察，定量測(cè)量并不能反映真實(shí)燒蝕情況，另外還存在檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度較大且效率低下等問(wèn)題。超聲檢測(cè)是身管燒蝕磨損的另外一種定性檢測(cè)方法，利用超聲波探傷儀可以記錄缺陷的位置、長(zhǎng)度、深度和大小等[20]。后來(lái)，由CCD相機(jī)構(gòu)成的光電檢測(cè)系統(tǒng)被用于身管內(nèi)膛的損傷測(cè)量，整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠完整采集火炮身管內(nèi)膛的全景圖像，具有很高的圖像分辦率[21]。放射性同位素法也被用于炮管的燒蝕測(cè)量，這種方法是通過(guò)直接測(cè)量Co-56放射性同位素的損失來(lái)測(cè)量炮鋼表面的磨損[22]。

目前,槍炮身管實(shí)際燒蝕性的測(cè)量困難，無(wú)法滿足大量基礎(chǔ)試驗(yàn)研究的需要，通常采用半密閉爆發(fā)器燒蝕管法進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，用于評(píng)估發(fā)射藥的熱燒蝕和化學(xué)燒蝕性，也可以用于評(píng)估緩蝕劑的降燒蝕效果[23]。半密閉爆發(fā)器燒蝕管法所用的裝置如圖2所示，在燒蝕管末端有一個(gè)控壓銅片。點(diǎn)火后，發(fā)射藥在半密閉爆發(fā)器中燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，?dāng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到一定值后，銅片被沖破，燃?xì)夂蜕倭抗腆w殘?jiān)ㄟ^(guò)燒蝕管向外噴出，使燒蝕管受到燒蝕磨損而質(zhì)量減少。以試驗(yàn)前后燒蝕管的質(zhì)量變化量表示發(fā)射藥的燒蝕性大小。

圖2 燒蝕管測(cè)試裝置圖Fig.2 The diagram of the erosion vessel

對(duì)于燒蝕材料破壞特征的分析可以使用掃描電子顯微鏡、光學(xué)金相儀、X射線衍射儀、微硬度測(cè)量、化學(xué)分析用電子光譜儀和二次質(zhì)量光譜儀等。

1.3 燒蝕的影響因素

身管的燒蝕破壞是由于高溫、高壓、高速發(fā)射藥氣體和彈丸與膛壁反復(fù)作用的結(jié)果，其中包括熱因素、化學(xué)因素和機(jī)械因素等3個(gè)方面[12, 15]。一般認(rèn)為，這3種影響因素并非各自獨(dú)立作用，而是相互關(guān)聯(lián)、共同作用的。

1.3.1 熱因素

在身管武器發(fā)射過(guò)程中，熱是影響燒蝕的基本因素。由于內(nèi)膛所達(dá)到的溫度還影響或者控制材料的機(jī)械強(qiáng)度、內(nèi)壁表面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，因此熱通常被認(rèn)為是起主導(dǎo)作用的因素[24]。熱的因素主要包括火藥氣體對(duì)膛壁的熱作用和彈丸與膛壁摩擦產(chǎn)生的熱。理論計(jì)算表明[25]，發(fā)射藥燃?xì)獾臏囟瓤梢赃_(dá)到2225～3180℃，其中10%～20%的熱能被膛壁吸收。另外，彈丸作功大約有6%被用于彈帶摩擦，這部分熱量大部分也被管壁吸收。這些熱作用的結(jié)果使內(nèi)膛表面有0.1～0.2mm金屬層的溫度達(dá)到800℃以上。高溫使管壁表面金屬熔化以及發(fā)生熱-化學(xué)轉(zhuǎn)變，使得這一薄層與身管材料的原始狀態(tài)不同，它被稱為“變質(zhì)層”，由奧氏體、馬氏體和滲碳體等組成[26-28]。從熱化學(xué)反應(yīng)的角度進(jìn)行描述，有利于理解“變質(zhì)層”和燒蝕的形成及發(fā)展過(guò)程：當(dāng)溫度大于750 ℃時(shí)，管壁鋼材中的鐵發(fā)生相變，體心立方結(jié)構(gòu)的α-Fe將轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)的γ-Fe，即奧氏體。彈丸發(fā)射后，又使膛內(nèi)表層金屬迅速冷卻，部分γ-Fe的晶格改組后形成α-Fe，即馬氏體。馬氏體的組織密度小于奧氏體，從奧氏體到馬氏體的相變過(guò)程中材料體積將增大，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生。隨著射擊次數(shù)增加，身管膛壁反復(fù)發(fā)生急劇膨脹和收縮，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)膛壁內(nèi)表層受熱最嚴(yán)重的金屬材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，該處會(huì)形成一層薄硬層并首先產(chǎn)生裂紋，加劇了對(duì)身管的燒蝕破壞作用。

1.3.2 化學(xué)因素

身管中的化學(xué)侵蝕主要指在高溫、高壓環(huán)境下，發(fā)射藥燃?xì)馀c身管材料(主要是鐵元素)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬而脆或者熔點(diǎn)更低的氧化物、碳化物、氮化物等[29-31]，包含這些新生成化合物的表面薄層局部容易生成裂紋、被氣流沖刷掉或者被彈帶摩擦掉，從而使燒蝕加劇[32]。在發(fā)射環(huán)境下，內(nèi)膛表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要包括[3]：

(1)生成FeO的反應(yīng)：

Fe+CO2→FeO+CO

(1)

Fe+H2O→FeO+H2

(2)

其中，反應(yīng)(1)為吸熱反應(yīng)，而反應(yīng)(2)為放熱反應(yīng)，并且兩個(gè)反應(yīng)使壁面溫度升降的數(shù)值接近，因此兩者的反應(yīng)熱對(duì)壁面溫度影響不大。但是，鐵的氧化物密度小、體積大，使內(nèi)膛壁面原來(lái)緊密的金屬組織變得松散，有利于氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。另外，在表面上生成的化合物FeO由于硬、脆而且熔點(diǎn)明顯低于炮鋼熔點(diǎn)，所以更加容易燒蝕、剝落。

(2)生成Fe3O4的反應(yīng)：

3Fe+4CO2→Fe3O4+4CO

(3)

3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2

(4)

通常在裂紋的較深處檢測(cè)到Fe3O4，這可能跟Fe3O4在較低溫度下穩(wěn)定有關(guān)。

(3)生成Fe3C的反應(yīng)：

2CO→CO2+C

(5)

CO→C+O

(6)

C+3Fe→Fe3C

(7)

生成Fe3C的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，放出的熱量進(jìn)一步加劇身管內(nèi)表面的升溫，當(dāng)溫度超過(guò)了基體金屬的熔點(diǎn)時(shí)就會(huì)使金屬熔化。另外，F(xiàn)e3C的熔點(diǎn)低于炮鋼，會(huì)加速熱燒蝕作用。

(4)生成Fe(CO)5的反應(yīng)：

Fe+5CO→Fe(CO)5

(8)

這是放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物Fe(CO)5具有很大的揮發(fā)性，可隨燃?xì)鈴牧鸭y中逸出，使裂紋變寬。

此外，在發(fā)射裝藥中經(jīng)常含有一些添加物，如消焰劑、消煙劑、除銅劑等，這些物質(zhì)中含有K、S、Sn和Pb等元素。在裝藥底火和點(diǎn)火材料中，含有一些附加元素，比如K、Ca、Ba、Sb、B、Al和S等。內(nèi)膛的氣體除了CO、CO2、H2、H2O和N2幾種主要燃燒產(chǎn)物，可能還有少量的NH3、CH4、COS、KOH、HCN和HS等。這些元素和化合物也會(huì)參與化學(xué)燒蝕反應(yīng)[33]。

1.3.3 機(jī)械因素

基體金屬在受到熱、化學(xué)作用之后出現(xiàn)熔化、裂紋，材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。在火藥氣體沖刷、彈丸機(jī)械磨損以及氣流中夾帶物(包括液態(tài)和固態(tài)生成物、未燃完的發(fā)射藥粒子)的機(jī)械磨損作用下，這些變化的基體金屬被消耗掉，使矩形陽(yáng)線磨損變成圓弧形，陰線部位形成縱向的不斷加寬加深的裂紋網(wǎng)，內(nèi)膛直徑不斷擴(kuò)大[34]。在一定條件下，例如當(dāng)身管內(nèi)膛的溫度、壓力條件不足以導(dǎo)致熱燒蝕和化學(xué)燒蝕時(shí)，機(jī)械磨損則成為影響身管燒蝕的主要因素[35]。

2 燒蝕的控制措施

通過(guò)研究身管燒蝕的形成過(guò)程、影響因素，可以找到相應(yīng)的控制措施。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在降低身管燒蝕方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究，主要有改進(jìn)發(fā)射藥、改進(jìn)武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(如內(nèi)膛結(jié)構(gòu)、彈帶結(jié)構(gòu)和材料)、采用內(nèi)膛表面強(qiáng)化技術(shù)以及采用新材料和新技術(shù)等[36-38]。根據(jù)這些方法的主要作用原理，可以分為熱因素控制措施、化學(xué)因素控制措施和機(jī)械因素控制措施3大類。熱輸入是引起身管燒蝕的主要因素，另外，強(qiáng)制對(duì)流使熱量從高溫氣體傳到身管內(nèi)膛表面，造成身管材料溫度急劇上升，從而加速燃?xì)夂突w金屬的化學(xué)反應(yīng)，也使金屬的機(jī)械強(qiáng)度減弱。因此，目前關(guān)于燒蝕控制措施的研究大部分是針對(duì)熱因素的控制開(kāi)展的。

2.1 熱因素控制措施

2.1.1 主動(dòng)冷卻法

不同成分火藥對(duì)燒蝕的影響不同。Montgomery等[39]認(rèn)為降低發(fā)射藥燃?xì)鉄徂D(zhuǎn)移速度是控制燒蝕的根本原因之一。如果使用的發(fā)射藥火焰溫度比較低，相應(yīng)的熱轉(zhuǎn)移和燒蝕的速度會(huì)降低。與硝化棉對(duì)比，硝化甘油熱量高、分解快，分解生成溫度遠(yuǎn)高于火藥氣體平均爆溫的高溫高速氣體。因此，硝化甘油發(fā)射藥產(chǎn)生的燒蝕更加嚴(yán)重。劉波等[40]通過(guò)“浸漬-鈍感”工藝制得了一種改性單基發(fā)射藥MSBP-5/7。與基礎(chǔ)藥5/7對(duì)比，改性單基發(fā)射藥的燒蝕量降低了16.4%，而且內(nèi)彈道性能得到顯著改善。應(yīng)該注意的是，低爆溫發(fā)射藥作功能力更小，使彈丸的殺傷力下降，所以這種控制燒蝕的方法有局限性。為了兼顧火焰溫度和作功能力，可以通過(guò)使用新型含能增塑劑、含能黏合劑和高能氧化劑來(lái)改進(jìn)發(fā)射藥配方[41-42]。

發(fā)射藥的形狀也會(huì)影響燒蝕性，據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用粒狀發(fā)射藥代替管狀發(fā)射藥也能減緩燒蝕磨損速率[43-44]。這是因?yàn)樵诎l(fā)射環(huán)境下，粒狀發(fā)射藥比管狀發(fā)射藥的流動(dòng)性好，可以隨著火藥氣體一起流動(dòng)，從而使熱量在軸向上更加均勻分布，防止熱量集中于膛線起始部加速燒蝕過(guò)程。

李洪廣等[16]認(rèn)為在裝藥系統(tǒng)中加入石蠟、二氧化鈦等緩蝕劑是最簡(jiǎn)單有效的降燒蝕措施。緩蝕劑可以做成襯套在裝藥的前端或直接加入炮彈的發(fā)射藥包中使用。由于緩蝕添加劑能在膛壁形成絕熱、潤(rùn)滑或冷氣層而產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，能顯著地減小內(nèi)膛壁的熱輸入，從而降低表面金屬溫度。

2.1.2 被動(dòng)隔熱法

通過(guò)物理或化學(xué)方法在身管內(nèi)膛表面涂覆一層與基體金屬不同的膜層，以提高其抗燒蝕能力。早期用過(guò)一種隔熱方法，即在發(fā)射藥點(diǎn)燃前，通過(guò)在炮膛表面涂覆一層惰性油脂，給基體金屬提供一個(gè)臨時(shí)的熱障礙層。當(dāng)前最常用的是通過(guò)電鍍和化學(xué)鍍?cè)谂阡摫砻姹桓层t涂層。由于鉻的熔點(diǎn)是1857℃，比炮鋼高，并且在射擊環(huán)境下化學(xué)穩(wěn)定性好，因此，鉻鍍層除了將炮鋼與高溫燃?xì)飧綦x、阻止熱量向身管鋼基體傳入之外，還能抵抗發(fā)射藥燃?xì)獾幕瘜W(xué)燒蝕[30]。由于鉻的彈性模量比鋼高，因此鉻層在高膛壓環(huán)境下容易產(chǎn)生裂紋。為了增強(qiáng)鉻層的性能，20世紀(jì)80年代以來(lái)人們發(fā)展了無(wú)裂紋鍍鉻層、低收縮鉻層和多層鍍鉻技術(shù)?？紤]到鉻對(duì)環(huán)境的危害，Carter[45]提出了幾種陶瓷替代涂層材料。因?yàn)樘沾刹牧蠠釋?dǎo)率低、熔點(diǎn)高，已應(yīng)用于極端環(huán)境條件下金屬的保護(hù)。綜合考慮穩(wěn)定性、不經(jīng)歷不連續(xù)相變、具有類似于鐵的熱膨脹系數(shù)、機(jī)械性能好以及能跟鐵強(qiáng)粘附在一起等幾種因素，作者選擇了TiC、ZrC和立方相BN幾種陶瓷材料進(jìn)行理論計(jì)算，結(jié)果表明TiC是取代鉻涂層的最佳選擇。陳永才等[46]從材料的熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、抗熱震性和硬度等方面分析了身管涂層材料的選取原則，也認(rèn)為TiC是理想的涂層材料。其他金屬材料，包括Ni、Mo、Nb、Ta、W、Zr、Re、Os、Pt以及合金Ni-Ta、Ta-W、Re-Pt等難熔耐高溫材料都是耐燒蝕涂層的備選材料體系[47-48]。

采用新的材料鍍層技術(shù)，能進(jìn)一步改善現(xiàn)有身管的耐燒蝕性能，包括[49-50]：激光熱處理、等離子噴鍍、磁控濺射技術(shù)、氣相沉積、鹽浴電滲等。比如德國(guó)萊茵金屬公司武器與彈藥分公司通過(guò)采用激光熱處理方法對(duì)身管的鍍鉻層進(jìn)行再結(jié)晶熱處理，使鉻層溫度達(dá)到500℃以上，獲得一致的鐵素體后再結(jié)晶，而基體鋼材的性能不變，從而在保持自身鋼基體性能不變的前提下，改善鉻層的組織和性能[50]。美國(guó)使用綠色環(huán)保的磁控濺射鉭涂層技術(shù)對(duì)身管進(jìn)行處理，耐燒蝕性能有明顯提高。

雖然內(nèi)膛鍍層不僅能起熱防護(hù)作用，還能耐沖蝕磨損。但是，只靠鍍層并不能為高性能火炮提供足夠的保護(hù)，為了有效控制身管過(guò)熱，還需要綜合其他技術(shù)措施。例如，使用隔熱防護(hù)膜或隔熱襯里對(duì)身管有明顯的降壁溫、降燒蝕作用[51]。

2.2 化學(xué)因素控制措施

2.2.1 調(diào)控發(fā)射藥燃?xì)饨M成

試驗(yàn)證明[52]，發(fā)射藥組分不同，燃燒產(chǎn)物不同，對(duì)炮鋼的化學(xué)燒蝕作用就不同。發(fā)射藥氣體的主要成分是H2、CO、CO2、H2O和N2，還有少量的NH3、CH4、NO、H2S以及微量化學(xué)基團(tuán)、離子和亞穩(wěn)態(tài)分子等。這些燃?xì)獬煞趾?、比例隨發(fā)射藥成分不同而不同。若發(fā)射藥的火焰溫度較高，而且燃?xì)庵蠧O和CO2的含量接近，則化學(xué)反應(yīng)后表面產(chǎn)物主要為FeO和γ-Fe，熔點(diǎn)較低。而火焰溫度較低發(fā)射藥氣體與炮鋼反應(yīng)后主要生成Fe3C、鐵的氮化物和少量Fe3O4。這些變質(zhì)鋼層的熔點(diǎn)比原始鋼的熔點(diǎn)低約300℃，高速氣體可以將一些軟化或松散的反應(yīng)產(chǎn)物帶走。研究認(rèn)為，硝化纖維素發(fā)射藥燃?xì)馔阡摰姆磻?yīng)是化學(xué)滲碳型反應(yīng)，而雙基藥(硝化纖維素和硝化甘油)是化學(xué)氧化型反應(yīng)。

目前研究的一個(gè)趨勢(shì)是在發(fā)射藥中使用富氮化合物(NRC)[53-54]，使燃?xì)庵泻写罅康牡獨(dú)狻Ｔ谏鋼暨^(guò)程，這種富含氮?dú)獾母邷厝細(xì)獯偈箖?nèi)膛表面鋼材氮化，使其硬度和熱穩(wěn)定性變高，抗燒蝕能力增強(qiáng)[55-56]。并且燃?xì)庵械臍錃夂拷档?，降低了炮鋼中氫致裂紋的危害[57]。研究證明，疊氮化物、四唑類化合物、三嗪類化合物和三氨基胍鹽等富氮化合物有望用于發(fā)射藥配方中，以達(dá)到降低燒蝕的目的[58]。

2.2.2 調(diào)控身管表面組成

為了提高火炮身管的抗氧化、抗碳化能力，可以使用緩蝕劑以改變身管表面的組成，從而增強(qiáng)基底金屬材料的抗化學(xué)燒蝕性。在高溫發(fā)射環(huán)境下，緩蝕劑反應(yīng)生成堅(jiān)硬的氧化物、碳化物薄層鋪展在基底金屬上，有效減緩了火藥氣體與炮膛表面金屬之間的化學(xué)作用。降低化學(xué)燒蝕還可以通過(guò)在膛表面使用化學(xué)穩(wěn)定性非常優(yōu)越的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如SiC等。瑞典國(guó)防研究機(jī)構(gòu)使用一種新材料-Ti-15% Mo合金模擬槍管工作條件進(jìn)行燒蝕性測(cè)試，在3900 ℃高溫下，該合金抗氧化性能、抗蠕變性能和熱穩(wěn)定性非常好[59]。德國(guó)制造了一種纖維增強(qiáng)身管，在其內(nèi)膛壁涂上碳化硅涂層，在1750℃下能保持化學(xué)穩(wěn)定性[60]。

2.3 機(jī)械因素控制措施

通常，炮口磨損基本上是機(jī)械磨損。損壞的彈帶和未燃燒的發(fā)射藥顆粒會(huì)造成炮口附近的機(jī)械磨損，雖然磨損量多數(shù)時(shí)候比較小，但在某些遠(yuǎn)射程火炮中，炮口磨損會(huì)影響武器效能的正常發(fā)揮。針對(duì)炮口磨損問(wèn)題通常采取兩種方法進(jìn)行控制：一是提高身管的耐燒蝕性，通過(guò)機(jī)械方法使內(nèi)膛表面金屬層發(fā)生塑性變形，可以得到高硬度、高強(qiáng)度的硬化層，比如對(duì)大口徑火炮采用機(jī)械自緊技術(shù)處理后，表面金屬硬度增加20%以上[61];二是對(duì)身管延壽修復(fù)，魏化震等[62]研究了延壽修復(fù)材料對(duì)武器身管的修復(fù)延壽效果。通過(guò)使用一種由微納米礦物材料和脂類制成的膏狀物作為修復(fù)材料，在射擊前涂覆于彈丸表面或身管內(nèi)膛表面。該材料在高溫高壓燃?xì)饬骱透咚倌Σ良疤胤N催化劑作用下陶瓷化，在基體金屬表面形成陶瓷保護(hù)膜，能填補(bǔ)膛壁表面的凹坑和裂紋，還能明顯降低身管溫升。對(duì)于中小口徑火炮，修復(fù)材料能減小膛徑磨損量。其他材料，比如鈦合金，因?yàn)榫哂匈|(zhì)量小、抗燒蝕性強(qiáng)和機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)而有可能成為炮鋼替代物。身管武器內(nèi)膛的膛線形狀和炮管坡膛的錐度設(shè)計(jì)已經(jīng)被證實(shí)會(huì)影響內(nèi)膛的燒蝕速率[27]。把膛線做成條數(shù)多而淺時(shí)，可以減小側(cè)向力，減緩了陽(yáng)線的磨平速度。還有把陰線底部的圓角做得大些，也能降低燒蝕。采用混合膛線設(shè)計(jì)，即為了減少炮口部的磨損可采用等齊膛線，而在身管中間部位采用漸速膛線，這樣可以降低最大膛壓處膛線的側(cè)向壓力并使磨損后的彈帶仍能密封發(fā)射藥燃?xì)?。?duì)于炮管坡膛的錐度設(shè)計(jì)，通常采用第一段錐度大而第二段錐度小，可在保證彈道性能穩(wěn)定的同時(shí)降低燒蝕。

在彈丸質(zhì)量和裝藥量一定的條件下，需要對(duì)身管口徑和長(zhǎng)度等幾何尺寸進(jìn)行優(yōu)化以控制燒蝕速率。通常，彈帶以其擠進(jìn)作用和與鋼形成低熔點(diǎn)合金而對(duì)身管燒蝕起作用。所以，彈帶材料及結(jié)構(gòu)的合理選擇和設(shè)計(jì)也非常重要[63]。彈帶材料必須具有較高的熔點(diǎn)和良好的耐摩擦性。目前，常用紫銅作為彈帶材料，使用塑料和尼龍彈帶可以有效抑制身管內(nèi)膛的燒蝕磨損。Schupfer等[64]通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別考察了Ni、Ti和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料替代傳統(tǒng)彈帶材料銅的可能性，以滿足現(xiàn)代大口徑火炮更高負(fù)荷的要求。另外，改進(jìn)彈帶的凸臺(tái)設(shè)計(jì)可減小彈丸定位點(diǎn)的變化，因此減緩火炮彈道性能的下降。

3 緩蝕劑的研究與應(yīng)用

通過(guò)對(duì)身管燒蝕磨損的機(jī)理分析可以看出，嚴(yán)重?zé)g根源于初始裂紋的形成[65]。減緩發(fā)射燒蝕的出發(fā)點(diǎn)首先必須防止裂紋形成，其途徑主要有預(yù)防熱沖擊和化學(xué)侵蝕。在多種防燒蝕技術(shù)中，緩蝕添加劑技術(shù)是應(yīng)用最為方便、有效的一種降燒蝕途徑。

3.1 緩蝕劑作用機(jī)理和分類

近年來(lái)，人們?cè)诰徫g添加劑的研究上取得了許多重要進(jìn)展。但由于緩蝕效果隨火炮結(jié)構(gòu)和射擊彈種的不同而異，其降燒蝕效果也很不穩(wěn)定，因此弄清緩蝕機(jī)理是當(dāng)前急需研究的課題。緩蝕添加劑的作用機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的、多因素的作用過(guò)程，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果，大致可以歸納為以下幾個(gè)方面[27, 66-67]。

3.1.1 高分子熱分解形成低溫層流層

在高溫下緩蝕添加劑中的有機(jī)成分分解或者蒸發(fā)，期間吸熱降低了燃?xì)鉁囟龋谔疟诟浇纬梢粚虞^冷的氣層，阻止發(fā)射藥氣體對(duì)金屬表面的熱作用，降低身管溫度，減少身管燒蝕作用。

3.1.2 高密度固體殘留物沉積隔熱

在發(fā)射環(huán)境下，緩蝕添加劑與發(fā)射藥氣體發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物或者原始無(wú)機(jī)緩蝕劑在身管內(nèi)膛表面通常形成厚度小于10μm的隔熱保護(hù)層，由于這一薄層物質(zhì)的導(dǎo)熱率很低，所以能夠減少輸送到身管上的熱量。

3.1.3 抗化學(xué)腐蝕

無(wú)機(jī)緩蝕劑微?；蛘哂袡C(jī)緩蝕劑反應(yīng)后的產(chǎn)物是堅(jiān)硬的氧化物或者碳化物(如SiO2、TiO2、SiC和TiC等)，其附著在身管內(nèi)膛金屬表面，并直接與發(fā)射藥氣體接觸，因而阻礙燃?xì)庵械腃O2、H2O、H2、CO對(duì)膛面的化學(xué)腐蝕。

3.1.4 抗機(jī)械磨損

由于在氣流沖刷和彈丸擠壓過(guò)程中，處于表層的緩蝕劑與燃?xì)夥磻?yīng)產(chǎn)物優(yōu)先被消耗掉，因而減緩了身管材料本身的機(jī)械磨損。另一方面，有機(jī)緩蝕添加劑與發(fā)射藥氣體的反應(yīng)產(chǎn)物粒子或者原始無(wú)機(jī)緩蝕劑粒子可以減弱膛壁附近渦流擾動(dòng)，從而降低由燃?xì)鉀_刷引起的機(jī)械燒蝕。

3.2 發(fā)射藥內(nèi)添加型緩蝕劑

3.2.1 傳統(tǒng)緩蝕劑

高效的緩蝕添加劑不僅能在內(nèi)膛表面形成冷卻層，還能減少表面金屬氧化，從而能夠減緩金屬表面裂紋的生成速度。在進(jìn)行緩蝕添加劑的配方設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下原則[66]：在發(fā)射環(huán)境下，高效的緩蝕添加劑應(yīng)該能降低燃?xì)庵械难鹾?，減少表面金屬的氧化。另外，緩蝕劑高溫?zé)岱纸獾漠a(chǎn)物可以在身管內(nèi)膛金屬表面形成非常光滑的防護(hù)型薄層，使高溫火藥燃?xì)馀c身管內(nèi)膛隔離開(kāi)。該薄層物質(zhì)應(yīng)該具有比較低的導(dǎo)熱率，既能降低對(duì)身管的熱傳導(dǎo)，還能減小對(duì)膛壁的機(jī)械磨損作用，從而達(dá)到降低身管燒蝕磨損的目的。

TiO2、滑石粉、SiO2、CeO2、WO3、ZnO、ZnS、ZnCO3、Zn3(PO4)2、ZnF2、ZnCrO4、ZnSiO3、AlF3·3H2O和MoS2等無(wú)機(jī)化合物或者它們的混合物是研究比較多的緩蝕添加劑[68]，這些緩蝕劑的降燒蝕性能與其良好的耐熱性及較低的熱傳導(dǎo)有關(guān)。TiO2和滑石粉作為無(wú)機(jī)緩蝕劑，國(guó)外在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)投入使用。國(guó)內(nèi)對(duì)此類添加劑的研究也取得了比較理想的降燒蝕效果。通常，為了保證發(fā)射藥的燃燒性能，添加劑的加入量不宜過(guò)多，用量隨發(fā)射藥成分的不同而變化。通常對(duì)于硝化甘油發(fā)射藥,其用量約為裝藥質(zhì)量的2%～3%，對(duì)一般硝化棉發(fā)射藥約為3%～5%。

一些鉀鹽和稀土化合物也被用于緩蝕添加劑中，有些鉀鹽在降燒蝕的同時(shí)還可以降低炮口焰。1976年日本在90mm反坦克炮上采用了谷氨酸鉀作為緩蝕添加劑，使身管壽命有明顯提高[27]。美國(guó)使用碳酸氫銨和碳酸氫鉀作為緩蝕添加劑，發(fā)現(xiàn)它們不僅可以解決燒蝕問(wèn)題，還能降低炮口焰，是多功能型緩蝕劑[52]。上世紀(jì)九十年代，國(guó)內(nèi)研制了多功能稀土緩蝕劑，兼具降燒蝕和降煙焰的功效，使火炮的戰(zhàn)斗隱蔽性增加。

孟繁榮等[69]在現(xiàn)已廣泛應(yīng)用的碳酸鈣、滑石粉等導(dǎo)熱率較低的幾種緩蝕添加劑基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了數(shù)十種配方。經(jīng)過(guò)在14.5mm彈道槍上進(jìn)行篩選試驗(yàn)，確定了兩種最佳配方及其配比。其中I號(hào)配方的最佳配比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：碳酸鈣37.5%、滑石粉37.5%、MS 25%；Ⅱ號(hào)配方的最佳配比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：碳酸鈣19.4%、碳酸鈉19.4%、MT 61.2%。這兩種配方都表現(xiàn)了很好的成膜能力。姬月萍等[66]以有機(jī)硅酮，有機(jī)高分子易分解化合物等作為主要組分設(shè)計(jì)制備了數(shù)十種多元復(fù)合緩蝕添加劑新配方，并利用半密閉爆發(fā)器對(duì)它們的緩蝕效果進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果純有機(jī)型SiL-56(有機(jī)硅酮5份、蠟5份、有機(jī)物3.5份)和有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合型SiL-72(有機(jī)硅酮2.5份、蠟3.5份、無(wú)機(jī)物3.2份、有機(jī)物3.0份)這兩種緩蝕添加劑對(duì)單基藥、太根藥和硝基胍藥均有較好的緩蝕性能。分析認(rèn)為，純有機(jī)型SiL-56的緩蝕效果較好與高分子蠟的強(qiáng)吸熱效應(yīng)有關(guān)，而有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合型SiL-72的緩蝕作用可能是因?yàn)橛袡C(jī)與無(wú)機(jī)添加物間存在協(xié)同作用。

3.2.2 新型緩蝕劑

在常用緩蝕劑的基礎(chǔ)上，新型緩蝕添加劑或者新配方也在不斷地研究中，以期達(dá)到更好的緩蝕效果。林少森等[70]以原位聚合法在偏鈦酸粉體表面包覆脲醛樹(shù)脂殼層，獲得核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料用作發(fā)射藥緩蝕添加劑，并以燒蝕管試驗(yàn)法衡量核殼粒子的緩蝕性能。結(jié)果表明，所制備的偏鈦酸/脲醛樹(shù)脂核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合緩蝕劑的分散性和均勻性較好，球形度相比包覆前有所提高，對(duì)比某型制式發(fā)射藥能夠達(dá)到較好的緩蝕效果，在相對(duì)于發(fā)射藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的情況下，緩蝕效率可達(dá)16.92%，有望緩解高能發(fā)射藥帶來(lái)的燒蝕問(wèn)題。

近年來(lái)，納米材料由于具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，在傳感器、光纖、催化、生物醫(yī)藥、潤(rùn)滑添加劑等許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[71]。選用具有緩蝕和潤(rùn)滑功能的納米材料，將其添加到發(fā)射藥中，能夠起到降低燒蝕、減小磨損，從而有效延長(zhǎng)自動(dòng)武器身管使用壽命的作用。陳永才等[72]用捏合法制備了含納米添加劑的發(fā)射藥，其火藥力與制式發(fā)射藥相當(dāng)，而燒蝕量只有制式發(fā)射藥的91%。掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，燒蝕管內(nèi)壁被含納米添加劑發(fā)射藥火藥氣體沖刷過(guò)后，金屬表面組織細(xì)化，有助于防止試件銹蝕。宋遒志等[73]以小口徑自動(dòng)武器為研究對(duì)象，以該武器的雙基球扁發(fā)射藥為研究載體，在發(fā)射藥中，加入一種表面修飾有機(jī)長(zhǎng)鏈大分子的納米復(fù)合材料，研究了納米復(fù)合材料對(duì)發(fā)射藥燒蝕性能的影響。燒蝕試驗(yàn)和管內(nèi)膛燒蝕檢測(cè)結(jié)果都證明了含納米材料發(fā)射藥的抗燒蝕性優(yōu)于制式發(fā)射藥。修飾用的有機(jī)長(zhǎng)鏈大分子在發(fā)射藥燃燒時(shí)裂解，產(chǎn)生的C、H同發(fā)射藥燃?xì)庵械腃O2和H2O反應(yīng)，生成CO和H2，使燃?xì)庵械难趸詺怏wCO2和H2O減少，降低了對(duì)內(nèi)膛金屬的氧化作用[74]。值得注意的是，納米材料在發(fā)射藥中的分散性直接影響抗燒蝕效果的好壞[75]。納米材料如果在發(fā)射藥中分散性差，在發(fā)射時(shí)納米粉體在高溫下燒結(jié)形成大顆粒并附著于內(nèi)膛表面，當(dāng)下一發(fā)彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在槍膛內(nèi)形成了磨料磨損；另一方面，彈丸表面的覆銅被刮落掉，部分滯留在膛面形成掛銅。這種情況下，納米緩蝕添加劑嚴(yán)重降低了身管的使用壽命。

為了滿足高密度裝藥的抗燒蝕性需求，Sun等[76]通過(guò)乳液聚合法制備了TiO2-氟聚合物核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物添加劑 (見(jiàn)圖3) 并添加到硝化纖維素和硝酸甘油基發(fā)射藥中。分析結(jié)果表明，氟化的TiO2納米復(fù)合物呈球狀，平均直徑為126nm。在TiO2納米顆粒外面，有一個(gè)厚度在22nm左右的聚合物包覆層，其質(zhì)量占納米顆粒的89.7%。作者詳細(xì)研究了氟化TiO2納米復(fù)合物的表面遷移和富集行為，影響因素包括氟化添加劑的含量、發(fā)射藥成分、氟聚合物的鏈結(jié)構(gòu)和TiO2納米顆粒尺寸。該結(jié)果為后續(xù)發(fā)射藥的燃燒和燒蝕行為研究提供技術(shù)支撐。此外，該研究團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了另外兩種新型緩蝕劑[23, 77]：(1) 把液體狀的有機(jī)硅油包覆在納米膠囊中，其殼層是用TiO2和Si3N4納米粒子修飾聚苯乙烯的復(fù)合物PS/TiO2-Si3N4，這種結(jié)構(gòu)既能防止硅油泄露、提高硅油的熱穩(wěn)定性，又能利用納米材料的抗燒蝕優(yōu)勢(shì)。把制備的納米膠囊當(dāng)做發(fā)射藥緩蝕劑，最佳條件下燒蝕量降低20.6%，同時(shí)還能調(diào)節(jié)發(fā)射藥的燃燒行為，使燃燒時(shí)間延長(zhǎng)、起始燃燒速度降低；(2) 從具有抗燒蝕能力、與發(fā)射藥具有很好相容性并且能直接添加到發(fā)射藥中幾個(gè)方面考慮，設(shè)計(jì)制備了一種由固體石蠟、納米TiO2、納米BN、ZIF-67和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)組成的微米復(fù)合物作為多功能添加劑，用于含質(zhì)量分?jǐn)?shù)23% RDX的高能發(fā)射藥中。復(fù)合物和發(fā)射藥之間兼容性很好，與原始發(fā)射藥相比，當(dāng)微米復(fù)合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.1%時(shí)，改性發(fā)射藥的燒蝕質(zhì)量降至37.0%，而火藥力只降低了5.7%。

圖3 TiO2-氟聚物核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物制備過(guò)程示意圖(a)及TEM圖(b)Fig.3 Illustration of the synthetic procedure (a) and TEM images (b) of fluorinated TiO2 core-shell nanocomposites

3.3 外加緩蝕劑

在不影響武器彈道性能的條件下，除了把緩蝕劑添加到發(fā)射藥配方中，還有一種是通過(guò)降燒蝕元器件等方式發(fā)揮降燒蝕作用，即外加方式。這種緩蝕劑通常經(jīng)過(guò)特殊工藝加工成護(hù)膛襯里，比如聚氨酯泡沫襯套、石蠟襯紙、二氧化鈦襯紙、聚烯烴襯紙和硅油袋等，裝填在藥筒內(nèi)壁，多用于大、中口徑火炮。加拿大研究者最先發(fā)明了聚氨酯泡沫襯套，裝于不同炮彈藥筒內(nèi)，有效延長(zhǎng)了身管使用壽命。瑞典研究者發(fā)展的TiO2/石蠟添加劑、美國(guó)研究的滑石/石蠟添加劑以及加拿大開(kāi)發(fā)的聚氨酯泡沫塑料被認(rèn)為是20世紀(jì)五六十年代研究與應(yīng)用最成功的三大緩蝕添加劑[25]。這些添加劑可以做成襯套放置在裝藥的前端或直接加入發(fā)射藥包中使用。如在M456破甲彈上采用TiO2/石蠟添加劑,射擊50發(fā)后，磨損了0.075mm，而改用滑石/石蠟緩蝕劑，同樣射擊50發(fā)后，沒(méi)有檢測(cè)到磨損。由于滑石/石蠟緩蝕劑一般比TiO2/石蠟緩蝕劑減蝕效果好，因此美軍在新的火炮和彈藥系統(tǒng)中已經(jīng)用滑石/石蠟襯套取代TiO2/石蠟襯套。在20世紀(jì)60年代，Picard等[68]所研制的滑石粉/石蠟緩蝕劑已被列入美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)制備了新型滑石粉/石蠟/氧化物添加劑，既降低燒蝕又減少燃燒殘?jiān)黐16]。近些年國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)硅材料降燒蝕性能進(jìn)行了許多研究[78-79]，研制了一種液狀添加劑，如有機(jī)硅油/TiO2或有機(jī)硅油/滑石粉，被封在密閉容器中放置在藥筒內(nèi)發(fā)射藥上部周圍。

梁西瑤等[80]在12.7mm燒蝕模擬槍上，對(duì)射擊裝有細(xì)微滑石粉緩蝕劑的燒蝕襯管進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)滑石粉緩蝕劑在身管內(nèi)膛表面形成涂層，其中含有Si、Mg的化合物。與粗滑石粉相比，細(xì)微滑石粉由于比表面積大，表面原子數(shù)多，沉積層中微細(xì)滑石粉粒子在內(nèi)膛表面附著的面積更大，因而具有更優(yōu)異的降燒蝕性能。作者推測(cè)了滑石粉在發(fā)射環(huán)境下發(fā)生的一系列吸熱反應(yīng)：

3MgO·2SiO2→ 3MgO+2SiO2
SiO2+C → SiO+CO

SiO+CO2→ SiO2+CO

MgO+H2O → Mg(OH)2

SiO2+2N → SiO+N2O

在有機(jī)緩蝕添加劑中，地蠟、石蠟、硅油、石油脂、聚氨脂泡沫塑料等有機(jī)高碳?xì)浠衔镅芯孔疃唷?/p>

石蠟、脂類在高溫下熔化、裂解，反應(yīng)吸收大量熱能，在膛壁附近形成冷的邊界層。鄭雙等[81]開(kāi)展了新型有機(jī)硅降蝕劑的應(yīng)用研究。密閉爆發(fā)器試驗(yàn)、內(nèi)彈道試驗(yàn)、燒蝕管試驗(yàn)及燃燒完全性試驗(yàn)等試驗(yàn)結(jié)果表明，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%新型有機(jī)硅降蝕劑的裝藥與由二氧化鈦與滑石粉等組成的801#降蝕劑的裝藥相比，前者燒蝕量降低了13.8%，具有明顯的降燒蝕效果，并且燃燒完全性好。Walsh等[82]研究了一種以高氮有機(jī)物為主體的緩蝕添加劑，與制式發(fā)射藥相比，該化合物在分解時(shí)吸收了更多熱量，并提高了發(fā)射藥燃?xì)庵械牡急?，干擾滲碳過(guò)程。

4 結(jié)論與展望

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)身管武器綜合性能要求的不斷提高，對(duì)發(fā)射藥和裝藥也提出了更高的要求，在要求提高彈丸初速及射擊精度的同時(shí)，還要求減少射擊時(shí)的各種有害現(xiàn)象。降低炮管燒蝕性一直是國(guó)內(nèi)外從事火炸藥及身管武器研究人員的重點(diǎn)研究方向之一，目前,在燒蝕性測(cè)試方法、發(fā)射藥配方組成影響、裝藥元器件影響和燒蝕機(jī)理等方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究，但是系統(tǒng)性的研究工作不多，應(yīng)用于實(shí)際火炮發(fā)射時(shí)的多功能高效緩蝕劑研究較少，燒蝕抑制機(jī)理研究缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，不能滿足我國(guó)對(duì)延長(zhǎng)身管武器使用壽命的需求。

建議未來(lái)降低炮管燒蝕性的重點(diǎn)研究方向?yàn)椋?/p>

(1)開(kāi)展更簡(jiǎn)便實(shí)用的炮管燒蝕性分析測(cè)試方法研究；

(2)在保證作功能力的前提下，加強(qiáng)新高能低燒蝕發(fā)射藥研究及優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)研究；

(3)重點(diǎn)針對(duì)身管的坡膛、炮口附近等磨損最嚴(yán)重的部位進(jìn)行表面強(qiáng)化處理等方面研究；

(4)開(kāi)發(fā)新型多功能緩蝕添加劑，能同時(shí)降燒蝕、降低炮口焰，并且能改善發(fā)射藥燃燒性能。另外，需要進(jìn)一步加強(qiáng)緩蝕劑作用機(jī)理的理論研究。