Brevet FR2479968A1 — publié le 19811009

lIa présente invention concerne les procédés destinés à diminuer l'érosion des surfaces de l'âme et du bloc de culasse d'une arme à feu exposées au contact des flammes Les surfaces internes des armes à feu, telles que l'âme et la face du bloc de culasse ainsi que l'é- vent d'amorçage dans les armes à feu utilisant des étuis-de cartouche combustibles, subissent une éro- sion provenant de causes diverses. le passage à grande vitesse des gaz chauds provenant de la com- bustion de l'amorce et de la charge propulsive prin- cipale produit une érosion considérable de l'évent d'amorçage, de la face interne du bloc de culasse et de l'âme de l'arme à feu. L'évent d'amorçage en particulier est sujet à une érosion produite par les flammes du fait du retour de flamme des gaz chauds provenant de la combustion de la charge principale par l'évent d'amorçage. le parcours du projectile dans le tube ou canon de l'arme, et le contact de sa ceinture avec les rayures, produisent une érosion supplémentaire de l'âme, accentuée par l'échappement des gaz autour du bord de fuite de cette ceinture l'érosion entraIne l'apparition de piqûres dans l'âme et l'usure des parties de l'arme usinées avec précision telles que le mécanisme de mise à feu et les rayures *Cette érosion est particulièrement ac- centuée dans les zones qui ont été soumises à une corrosion électrochimique résultant du dép8t de produits de pyrolyse tels que les sulfures, les nitrures, les sulfates, etc., dans les petites fis- sures de l'arme, et que le nettoyage de celle-ci ne parvient pas à éliminer facilement. En outre, des débris de la ceinture s'accumulent sur les rayures entratnant une diminution de l'efficacité de l'arme à feu. La remise en état des parties constitutives de l'arme est un processus compliqué et coCLteux, et il est donc souhaitable de limiter autant que pos- sible cette érosion. On savait déjà que la durée de service des pièces en fer et en acier dans un environnement o elles sont exposées à des gaz chauds et corrosifs, comme par exemple dans les chaudières, les turbines à gaz et les fours, se trouve augmentée par la diffusion de petites quantités d'aluminium dans la surface du métal par un traitement thermique approprié tel que la diffusion en paquet. Mais ces procédés de trai- tement thermique sont coDteux et difficiles à appli- quer à de oomposants de grandes dimensions tels que les canons d'armes à feu de fort calibre, et le chauffage requis pour une masse importante engendre- rait des modifications métallurgiques et peut-8tre dimensionnelles fâcheuses selon l'invention, Le procédê/de traitement de surface des composants d'une arme à feu exposés à un environnement érosif consiste à appliquer à la surface de ces composants un enduit contenant de l'aluminium, puis à exposer ces composants aux gaz chauds comprimés, produits en tirant un coup de feu avec cette arme, pour dif- fuser l'aluminium dans ladite surface. L'invention réalise ainsi un procédé d'amélioration de la résis- tance des surfaces internes d'une âme d'arme à feu à l'impact de flammes à température élevée, procédé n'exigeant pas l'application aux composants de gran- des dimensions de procédés annexes compliqués de traitement thermique. En outre, l'invention permet l'application locale d'une infusion protectrice d'aluminium particulaire au moyen de l'échauffement produit à l'intérieur de l'arme par la température élevée des gaz engendrés par le coup de feu, sans mettre en jeu de grandes quantités d'énergie ther- mique pouvant entraîner une déformation de l'arme ou une baisse de sa résistance mécanique comme cela pourrait se produire si le composant tout entier était soumis à un traitement thermique. Les-gaz de combustion produisent en outre une atmosphère azotée provoquant, en présence de l'aluminium, la diffusion de l'aluminium et de l'azote et engendrant, de ce fait, des tensions de compression avantageuses dans l'ime de l'arme à feu Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la diffusion de l'aluminium dans la Surface du canon de l'arme apparalt comme réduisant considéra- blement le dépôt, dans ce canon, des débris de la ceinture du projectile L'invention peut s'appliquer à une grande variété d'armes à feu à canon d'acier mais elle ne semble pas convenir aux projectiles munis de ceinture en cuivre car l'oxyde cuivreux qui se forme dès une température de 3502C et se dépose dans le canon, peut gêner la diffusion de l'aluminium particulaire dans l'âme. L'enduit contenant de l'aluminium sous forme de métal pourra être appliqué à la surface de la pièce par plusieurs procédés selon la nature de cette pièce Selon un mode de réalisation de l'invention,-les faces internes des blocs de culasse, les évents d'a- morçage et la partie arrière du tube ou canon for,-- ment la chambre pourront être recouverts d'un enduit contenant de l'aluminium métallique pulvérulent ou un mélange de poudre d'aluminium et de siliciure d'aluminium pulvérulent. le tir d'un coup de feu fera se diffuser l'aluminium dans la surface métal- lique. Plusieurs applications de cet enduit, suivies du tir d!un- toup-de feu, pourront être nécessaires pour permettre la formation d'une quantité d'alumi- nium diffusé assurant une protection efficace contre l'érosion * Un général, ces constituants de l'arme ne devront être protégée que dans les armes utili- sant des étuis de cartouche consomptibles ou combus- tibles, du fait qu'un étui de cartouche métallique protègera normalement l'arrière du tube contre le contact des gaz chauds érosifs et que seules les parties de l'im+ituées en avant de l'étui de car- touche nécessiteront une protection. En général, l'application d'un enduit contenant de l'aluminium aux parties avant de l'âme que parcourt le projec- tile ne donnera pas satisfaction du fait qu'une faible flexion du tube avant le coup de feu pourra entraîner une fissuration de-la pellicule enductrice et la rupture de la continuité de l'enduit. De plus, la présence d'une telle quantité assez importante de poudre d'aluminium à l'intérieur du tube pourra produire une pyrophoricité engendrant des pressions élevées à l'intérieur du tube et par conséquent une baisse de rendement pouvant aller jusqu'à l'endomma- gement du tube. En conséquence, selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'enduit pourra être appliqué à la surface des projectiles, cette appli- cation pouvant commodément se faire à la place d'une peinture anti-rouille ou sur une peinture d'identi- fication sans avoir besoin d'employer une couche de gravure à l'acide. Un avantage de cette application aux projectiles d'un enduit contenant de l'aluminium permet la formation, sur la surface interne du tube, d'une couche superficielle contenant de l'aluminium qui se maintiendra en permanence pendant l'usage normal de l'arme à feu. Le tir d'un projectile ain- si enduit laissera, sur la surface interne de l'âme, un mince badigeon d'aluminium que les gaz chauds suivant le projectile feront se diffuser dans la surface de l'acier * De préfé2rence,le -:endIuits appro- priés ne devront pas contenir de solvants, durcis- sants, émulsifiants, etc., organiques pour réduire le risque de formation de dép8ts carbonés qui pour- raient gêner la diffusion de l'aluminium ou augmen- ter la corrosion de l'arme. De préférence, l'enduit contenant de l'aluminium ne devra être appliqué qu'aux parties du projectile en avant de la ceinture pour éviter la pyrophoricité lorsque l'aluminium vient en contact avec les gaz chauds engendrés par la combustion de la charge pro- pulsive. Si on le désire, l'arrière du projectile pourra être muni d'un enduit thermiquement stable tel qu'un lubrifiant sec, par exemple un enduit con- tenant du polytétrafluoréthylène, comme celui décrit dans le brevet américain N2 1.019.202. Un enduit préféré, applicable aussi bien aux blocs de culasse ou autres pièces de l'arme qu'aux projec- tiles, contient des matières entièrement inorganiques et peut subir un traitement thermique de mflrissement à température élevée après séchage de façon à doter sa structure de fortes liaisons du genre céramique rendant l'enduit traité insoluble dans l'eau et for- tement adhérent à la surface métallique d'un tube d'arme à feu ou d'un projectile, et peu exposé à être enlevé par des manipulations brutales au cours du service. Des enduits de ce genre sont décrits dans le brevet britannique N2 1.015.425 et son addi- tion N2 1.030.285, et dans le brevet américain NO 3:248.251. les enduits décrits dans ces brevets contiennent, outre les particules d'aluminium et un véhicule liquide inorganique, des additifs préparant la surface du métal et améliorant le mouillage tels que les chromates, dichromates, molybdates, inorga- niques ou les mélanges de ces composés, des additifs aidant l'enduit à adhérer à la surface tels que les acides phosphoriques (de préférence ortho-phosphori- ques mais également méta-, pyro- ou hypo-phosphori- ques), et des additifs tels que la magnésie, l'alu- mine et l'oxyde de zinc qui commandent la vitesse du 25. traitement de motrissement et entraînent la formation d'une forte structure céramique. L'addition de par- ticules de siliciure d'aluminium, telle que décrite dans le brevet américain précité NQ 3.248.251, s'est révélée avantageuse. Des pigments inorganiques co- lorants pourront également être ajoutés à la compo- sition de ces enduits. On notera que la composition décrite ci-dessus con- tient de l'acide phosphorique et de l'acide chromique libres et qu'il convient donc de préparer un mélange de tous les composants sauf l'aluminium, la poudre d'aluminium n'étant ajoutée qu'immédiatement avant l'emploi. Ces enduits pourront être appliqués par des procédés absolument classiques tels que projec- tion au pistolet ou application au pinceau, mais de préférence par électrophorèse, après préparation de la surface métallique, par exemple par un léger sa- blage. Il suffira d'appliquer une couche extrêmement fine d'un enduit contenant de l'aluminium car des couches épaisses pourraient produire une pyrophori- cité néfaste. Pour cette raison, il 'sera préférable de ne pas appliquer l'enduit par immersion car la pesanteur pourrait entrainer la formation d'une cou- che épaisse. L'enduit pourra être séché à l'air à la température ambiante puis séché à une température élevée, approximativement comprise en général entre 1202C et 550QC selon la composition utilisée, de fa- çon à donner un enduit à forte liaisons chimiques Le temps de traitement nécessaire au mûrissement dépendra des températures utiliséez Il sera possible de réaliser avantageusement un trai- tement de mtrissement extrêmement rapide en utilisant un chauffage par radiation à une température encore plus élevée car un tel chauffage n'affecte que la surface d'un substrat de peinture et dispense de l'obligation de chauffer la totalité de la masse d'une pièce de grandes dimensions telle qu'un bloc de culasse. Les enduits contenant des chromates devront, de préférence, être traités à. une tempé- rature supérieure à 350QC afin de réduire la surface métallique et inhiber l'oxydation de l'aluminium Selon un autre mode de réalisation de l'invention, convenant également à l'enduction des parties avant de l'âme d'une arme à feu, on ajuste autour du corps d'un projectile, immédiatement en avant de la cein- ture, n anneau creux en matière cassante ou facile A briser et contenant une composition comportant de l'aluminium pulvérulent. Lorsqu'on tire un coup de feu avec un tel projectile ainsi équipé, l'anneau se désintègre et la composition contenant de l'aluminium se répand sur les parois de l'âme et est amenée à se diffuser dans la surface decette dernière par les gaz chauds comprimés suivant le projectile De préférence, cet anneau sera fait d'une matière souple et légèrement élastique pour pouvoir tre facilement passée sur le corps du projectile et l'en- serrer énergiquement. Il pourra avantageusement Stre fait d'une matière synthétique telle que le nylon 66 L'épaisseur des parois de l'arneau devra être aussi mince que possible afin d'éviter le dépôt de quanti- tés excessives de matière carbonée dans le tube de l'arme à feu La forme la plus commode pour la composition conte- nant de l'aluminium renfermée dans l'anneau creux sera celle d'une pâte visqueuse de poudre d'alumi- nium et d'autres composants tels que, par exemple, des stabilisateurs de p&te ou. e produits donnant une viscosité convenable. De préférence, la compo- sition contenant de l'aluminium ne devra contenir aucune matière organique afin d'éviter le dép8t de matières carbonées dans le tube. Parmi les compo- sitions convenables, on pourra citer les compositions de moulage, disponibles dans le commerce, décrites dans le brevet britannique NR 1. 030.385, contenant de 50 à 98 % en poids de poudre d'aluminium d'une granulométrie comprise entre les modules Afnor 17 et 20, le complément étant constitué par de l'eau, des chromates et des phosphates. Ce mode de réalisation de l'invention convient par- ticulièrement aux armes tirant des projectiles de fort calibre, c'est à dire supérieur à 30 mm. La quantité d'aluminium nécessaire pour réaliser une protection efficace de l'âme de l'arme à feu dépendra du calibre de cette arme mais, d'une façon générale, la quantité convenables avec une composi- tion telle que décrite ci-dessus, pourra être conte- nue dans un anneau dont le corps a une section transversale circulaire de 2 à 4 mm de diamètre in- térieur. On devra éviter de dépasser cette quantité car un excès d'aluminium pourrait entra5ner une pyrophoricité qui engendrerait des surpressions dans le tube de l'arme. L'invention est décrite ci-après à l'aide de quel- ques exemples non limitatifs et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue perspective d'un projec- tile de fort calibre muni d'un anneau creux ren- fermant une composition contenant de l'aluminium conforme à l'invention; et - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle de la zone encerclée de la figure 1, montrant la paroi du projectile, sa ceinture et l'anneau creux. EXEMPLE 1 On applique, par projection au pistolet (ou autre moyen), aux enveloppes d'acier de projectiles de calibre moyen munis de ceintures en fer fritté, un enduit de la composition suivante: MgrO 4 7H20 266 g H3P34 98 g Mg(2 PO4)2. 3 H20 372 g HX0 complément jusqu'à 1000 cm3 Poudre d'aluminium (sphères de 5 à 10 l de diam.) 600 g telle que décrite dans le brevet britannique d'addi- tion NQ 1.030.285, de façon à former un enduit d'en- viron 0,0125 mm d'épaisseur. On sèche l'enduit et on le soumet à un traitement thermique de mûrisse- ment en le chauffant d'abord à 3752C pendant 15 à 50 minutes puis à 5502C pendant 5 à 10 minutes pour le durcir. On utilise, dans des conditions de tir normales, les projectiles ainsi préparés et l'on constate qu'ils produisent un transfert d'aluminium sur la surface de 1'9me de l'arme à feu BXBMPIE 2 On dépose par électrophorèse, sur-les parois de l'évent d'amorçage d'une bouche à feu de fort ca- libre, un enduit tel que décrit dans l'exemple 1 jusqu'à une épaisseur de 5 mm. Cet enduit est en- suite séché à l'air et traité thermiquement comme dans l'exemple précédent. le tir d'un coup de feu avec cette arme, dans des conditions de service nor- males, provoque la diffusion de l'aluminium dans les parois de l'évent d'amorçage et l'on constate, lors de tire ultérieurs, une diminution importante de l'érosion de cet évent par les gaz chauds. EXEMPLE 3 En se référant aux figures 1 et 2, on prépare un anneau creux 1, approprié à un projectile 2 de fort calibre, en prenant un+uyau de nylon 66 de 4 mm de diamètre intérieur et d'une longueur égale & la cir- conférence du projectile 2. On remplit ce tuyau, à l'exception de quelques millimètres à ehaque ex- trémité, d'une pâte 3 contenant de l'aluminium, telle que décrite dans le brevet britannique N2 1.030.385, faite de 80 % en poids de poudre d'alu- minium (de granulométrie comprise entre les modules Afnor 17 et 20) et de 20 % en poids d'un liquide aqueux de composition z 3 o4 196 g XgO 50 g Mg(H2Po4)2. 6 2 50 MgCr207. 6 H2 170 g Eau compl.j-qu'à 1000 cm3 On réunit par soudage à chaud les deux extrémités de ce tuyau de façon à former un anneau fermé. On a- juste cet anneau 1 autour du projectile 2 immédiate- ment en avant de la ceinture 4 de sorte qu'au départ du coup, dans des conditions de service normales, l'anneau sera rompu par les rayures de l'âme, la pâte se déposera sur la surface interne de cette âie, et l'aluminium se diffusera dans cette sur- face. REVENDICATIONS -1. Procédé de traitement des surfaces des éléments constitutifs d'une arme à feu exposés à un environ- nement érosif, caractérisé en ce qu'il consiste à enduire ces surfaces d'une couche de matière enduc- trice contenant de l'aluminium métallique puis à exposer ces surfaces enduites aux gaz chauds engen- drés par le tir d'un coup de feu avec cette arme. 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'enduit est appliqué aux surfaces des éléments constitutifs de l'arme en appliquant d'abord une couche de matière enductrice contenant de l'alumi- nium métallique à la surface d'un projectile puis en tirant ce projectile avec cette arme de façon à transférer une partie de cette matière enductrice du projectile aux éléments constitutifs de l'arme 3. Procédé selon une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière enductrice contient du siliciure d'aluminium. 4. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la-matière enductrice est appliquée, contenue dans un véhicule liquide, puis séchée. 5. Procédé selon la Revendication 4, caractérisé en ce que le véhicule liquide contient des additifs pré- parant la surface et améliorant le mouillage, des additifs améliorant l'adhérence de l'enduit à la surface, ou des additifs formant des liaisons de type céramique lorsqu'ils sont soumis à un traite- ment thermique de mûrissement. 6. Procédé selon la Revendication 5, caractérisé en ce que les additifs préparant la surface et améliorant le mouillage comprennent des chromates, des dichro- mates ou des molybdates. 7. Procédé selon la Revendication 5, caractérisé en ce que les additifs améliorant l'adhérence de l'enduit à la surface comprennent des acides phosphoriques 8. Procédé selon la Revendication 5, caractérisé en ce que les additifs formant des liaisons de type céra- mique comprennent la magnésie, l'alumine, l'oxyde de zinc ou des mélanges de ces composés. 9. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la matière enductrice est soumise, après application, à un traitement thermique de mOrissement à une tem- pérature élevée. 10. Procédé selon la Revendication 9, caractérisé en ce que le traitement thermique de mDrissement s'effec- tue au moyen de chaleur radiante. 11. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que la matière enductrice est entièrement composée de produits inorganiques. r 12. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la matière enductrice est appliquée à la surfa- ce des éléments constitutifs de l'arme en ajustant autour d'un projectile un anneau creux en matière cassante ou se brisant facilement et reonermmant-une composition enductrice contenant de l'aluminium mé- tallique, puis en tirant ce projectile avec cette arme de façon à rompre l'anneau creux et par consé- quent & enduire les éléments constitutifs de l'arme par le fait de la progression du projectile dans le tube de l'arme 13. Procédé selon la Revendication 12, caractérisé en ce que la matière cassante ou se brisant facilement est une matière synthétique. 14. Procédé selon la Revendication 13, caractérisé en ce que ladite matière synthétique est du nylon 66. 15. Procédé selon la Revendication 12, caractérisé en ce que ladite composition comprend une pate visqueuse contenant de l'aluminium et un véhicule liquide. 16. Projectile caractérisé en oe qu'il est enduit d'une couche de matière enductrice contenant de l'alumi- nium métallique et destiné à être utilisé dans un procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11. 17. Anneau creux en matière cassante ou se brisant fa- cilement, destiné à être utilisé dans un procédé selon une quelconque des Revendications 12, 13, 14 ou 15 À U