ПАТРОННАЯ ГИЛЬЗА И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ЕЕ ПОВЕРХНОСТЬ
CARTRIDGE CASE AND METHOD FOR APPLICATION OF PROTECTIVE COATING ON ITS SURFACE

Изобретение относится к области производства патронов стрелкового оружия различного назначения и может быть реализовано преимущественно для изготовления стальных гильз патронов стрелкового оружия, гильз строительно-монтажных патронов и аналогичных деталей.
6
6
Известны патронные гильзы, изготовленные из стали и имеющие металлическое защитное покрытие, патент РФ №2062166, МПКB 21 D 51/54, 20.06.96 г., а также патронные гильзы, изготовленные из стали и имеющие защитное гальваническое покрытие цветным металлом, патент РФ №2120344, МПКB 21 D 51/54, 20.10.98 г. К недостаткам данных гильз можно отнести сложность нанесения защитного металлического покрытия, его дороговизна в случае использования в качестве покрытия меди, а также недостаточную стойкость данных покрытий к коррозии и к истиранию.
6
Известна патронная гильза, изготовленная из стали и имеющая покрытие на основе водорастворимого полимера полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом (водорастворимый состав ФПСМ-51) по второму варианту свидетельства на полезную модель РФ №6441, МПК F 42 B 5/26, 16.04.98 г., которая взята в качестве прототипа для конструкции патронной гильзы.
Водорастворимый состав для нанесения данного покрытия низкотоксичен, не требует специальных средств защиты персонала, а сам процесс нанесения данного покрытия на уже изготовленную гильзу прост.
К недостаткам данной гильзы можно отнести то, что защитное покрытие на основе водорастворимого состава ФПСМ-51, имеет низкие антикоррозионные свойства и низкие свойства по стойкости к истиранию, чем у вышеописанных покрытий. Кроме того, данное покрытие имеет маслянистый «рыхлый» мажущий характер. Данный недостаток приводит к тому, что в процессе изготовления всего изделия - патрона: капсюлирование гильзы, сборка патрона, герметизация, транспортные операции и др., на поверхности гильз налипает пыль, состоящая в основном из частиц покрытия. При эксплуатации патронов с данной гильзой загрязняются руки у пользователя, а также затвор оружия, снижая его эксплуатационные свойства, приводящие к заклиниванию оружия. К тому же серый окрас гильзы с покрытием, имеющим «рыхлый» маслянистый характер, ухудшает товарный вид патронов с данной гильзой.
6
Известен способ нанесения антикоррозионного покрытия на внешнюю поверхность патронных гильз при их изготовлении по патенту РФ №2120344, МПК B 21 D 51/54, 20.10.98 г. Согласно данному патенту при изготовлении патронной гильзы из стали после первой операции вытяжки на ее поверхность наносят гальваническое защитное покрытие цветным металлом толщиной 1…5 мкм путем осаждения его из электролита. После нанесения гальванического покрытия осуществляют последующие этапы вытяжки и обрезку гильзы в размер. К недостаткам данного способа нанесения защитного покрытия следует отнести сложность оборудования для нанесения покрытия, сложность самой электрохимической технологии нанесения защитного покрытия, высокие требования по безопасности технологии и вредность производства. Нанесение защитного покрытия между этапами вытяжек гильз снижает производительность процесса их изготовления, усложняет настройку автоматизированного оборудования, что фактически не позволяет реализовать данный способ при изготовлении гильз на высокопроизводительных роторных линиях. Кроме того, нанесение защитного покрытия после первой вытяжки полуфабриката приводит к тому, что после последующих этапов вытяжек защитное покрытие теряет сплошность, что существенно ухудшает антикоррозионные свойства защитного покрытия в готовом изделии.
6
Известен способ нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность металлической охотничьей гильзы при ее изготовлении по патенту РФ №2062166, МПК B 21 D 51/54, 20.06.96 г., который взят в качестве прототипа к способу нанесения защитного покрытия на внешнюю поверхность патронных гильз. Согласно п.2 данного изобретения на поверхность отштампованных в размер гильз наносят металлическое покрытие путем их химического омеднения при комнатной температуре в течение 3…5 мин в растворе серной кислоты и медного купороса. К недостаткам данного способа можно отнести то, что он применим лишь для гильз, изготовленных из стали, плакированной томпаком. Кроме того, данная технология относится к вредным производствам и требует специальных средств защиты персонала и спецоборудования.
Настоящее изобретение решает задачу повышения коррозионных защитных свойств гильзы, повышение стойкости покрытия патронной гильзы к истиранию, а также задачу улучшения внешнего декоративного вида изделия и повышения эксплуатационных свойств оружия при использовании патронов с данной гильзой. Кроме того, изобретение решает задачу упрощения технологии нанесения защитного покрытия на патронные гильзы, изготовленные из стали, и снижение вредности данного технологического процесса.
Поставленная задача решается тем, что у патронной гильзы, изготовленной из стали и имеющей полимерное покрытие на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом, покрытие выполнено композиционным, состоит из последовательно нанесенных цинкофосфатного слоя, полимерного слоя на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и внешнего пленочного слоя, полученного из водорастворимых пленкообразующих веществ.
В качестве внешнего пленочного слоя могут быть использованы пленки, например, на основе поливинилового спирта, или пленки на основе водорастворимых лаков и красок, или пленки на основе жидкого стекла.
При осуществлении предлагаемого способа нанесения защитного покрытия на поверхность патронной гильзы путем его химического осаждения первоначально на внешней поверхности патронной гильзы формируют цинкофосфатный слой путем фосфатирования водорастворимым цинкофосфатным концентратом с концентрацией 40…100 мл/л с добавлением нитрита натрия из расчета 0,05…1,0 г/л в течение 3…20 мин при температуре 30…70°С, после промывки гильзы формируют полимерный слой путем обработки гильзы в течение не менее 1 мин в водном растворе на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с концентрацией 80…140 г/л при температуре 15…30°С, а затем гильзу обрабатывают в водном растворе пленкообразующего вещества с формированием внешнего пленочного слоя, после чего осуществляют сушку гильзы при температуре 160…220°С.
Для усиления антикоррозионных свойств покрытия после нанесения цинкофосфатного слоя целесообразно его пассивировать, например, в течение не менее 1 мин в водном растворе калия двухромовокислого при концентрации 0,1…10,0 г/л при температуре 20…70°С.
Усилить антикоррозионные свойства гильзы можно также пассивацией внешнего пленочного слоя, например ингибиторами коррозии на хроматной или органической основе, например, на основе калия двухромовокислого при концентрации его в растворе пленкообразующего вещества, равной 0,1…10,0 г/л, или на основе хромата циклогексиламина при концентрации его в растворе пленкообразующего вещества, равной 0,1…0,5 г/л.
Ингибиторы коррозии целесообразно добавлять в водный раствор пленкообразующего вещества непосредственно перед его нанесением на поверхность патронной гильзы.
Пассивация внешнего пленочного слоя может осуществляться как с использование пассивации фосфатного слоя, так и взамен него.
На фиг.1 представлена патронная гильза, на фиг.2 - фрагмент I защитного коррозионно-стойкого и износостойкого покрытия гильзы, представленный на фиг.1.
На наружной поверхности гильзы 1, выполненной из стали, нанесено композиционное покрытие 2. Композиционное покрытие состоит из последовательно нанесенных фосфатного слоя 3, полимерного слоя 4 и внешнего пленочного слоя 5, полученного из водорастворимых пленкообразующих веществ.
Нанесение композиционного покрытия можно осуществлять на одном автоматизированном шнековом барабанном агрегате, состоящем из последовательно размещенных барабанов, соединенных шнековым конвейером, т.е. нанесение покрытия осуществляется простым окунанием в соответствующие растворы с ворошением патронных гильз.
Фосфатное покрытие 3 наносится окунанием и ворошением патронных гильз в растворе цинкофосфатного концентрата.
Полимерный слой 4 наносится путем окунания и ворошения гильз в водорастворимом составе, выполненном основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом - промышленное название данного состава: ФПСМ-51.
Для закрепления полимерного защитного слоя 4 и улучшения декоративного внешнего вида гильзы поверх полимерного слоя 4 наносят внешний пленочный слой 5, полученный на основе водорастворимых пленкообразующих веществ, в том числе с использованием водорастворимых красок.
Взамен пассивации фосфатного слоя или в дополнении к нему может быть осуществлена пассивация внешнего пленочного слоя, например ингибиторами на хроматной или органической основе.
Дополнительная пассивация хотя бы одного из слоев композиционного покрытия патронной гильзы позволяет при хранении патронов во влажной атмосфере подавлять развитие коррозионных процессов в композиционном покрытии патронных гильз.
Пример.
Поверхность патронных гильз, изготовленных из стали 18ЮА, предварительно подготавливали для нанесения защитного покрытия по традиционной технологии:
- для снятия загрязнения и обеспечения равномерности дальнейшей химической обработки поверхность гильз химически обезжиривали в течение 5 мин тринатрийфосфатом техническим двенадцативодным концентрацией 120…130 г/л при температуре 60…70°С, после чего гильзы промывали противотоком в теплой воде;
- для удаления с поверхности гильз окисленных участков металла и активизации поверхностного слоя металла гильз их подвергали химическому травлению в течение 3 мин в серной технической кислоте концентрацией 120…130 г/л при температуре 40…50°С с последующей промывкой противотоком в холодной воде.
На подготовленную для нанесения защитного антикоррозионного покрытия поверхность патронной гильзы наносили первый цинкофосфатный слой. Фосфатирование осуществляли в течение 5…10 мин в водорастворимом цинкофосфатном концентрате концентрацией 60…80 мл/л при температуре 40…45°С с добавлением нитрита натрия из расчета 0,3…0,5 г/л.
В процессе нанесения цинкофосфатного слоя 3 на стальной поверхности гильзы 1 происходит конверсионный процесс растворения металла и высаживание на поверхности гильзы фосфатов железа и цинка с образованием первого подготовительного пористого цинкофосфатного слоя 3, необходимого для проникновения в этот слой и закрепления в нем защитного полимерного слоя 4, т.е. для лучшего сцепления с внешней поверхностью гильзы последующего за цинкофосфатным слоем защитного полимерного слоя 4.
После фосфатирования гильзы промывали в холодной проточной воде.
Для усиления антикоррозионной защиты композиционного покрытия 2 цинкофосфатный слой 3 пассивировали в течение 1 мин в водном растворе калия двухромовокислого концентрацией 0,3…0,5 г/л при температуре 60…70°С с последующей промывкой в проточной холодной воде.
Все вышеперечисленные операции выполняли на одном автоматизированном шнековом барабанном агрегате.
Далее гильзы перемещали на другой автоматизированный агрегат для нанесения второго слоя композиционного защитного покрытия - полимерного слоя 4. Перед нанесением этого слоя для обеспечения его равномерности по поверхности фосфатный слой 3 гильзы 1 смачивали водой. Для формирования второго защитного слоя гильзу обрабатывали в течение 3 мин в водном растворе кремнийорганического полимера - в водном составе на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом (ФПСМ-51) концентрацией 90…100 г/л при температуре 18…23°С.
Для усиления антикоррозионной защиты композиционного покрытия 2 перед нанесением внешнего пленочного слоя 5 в водный раствор пленкообразующего вещества - поливинилового спирта (ПВС) с концентрацией 2,0…3,0 г/л добавляли ингибитор коррозии - калий двухромовокислого до концентрации в растворе, равной 0,3…0,5 г/л.
Внешний пленочный слой 5 был сформирован путем обработки гильзы в течение 2 мин в полученном водном растворе поливинилового спирта (ПВС) с ингибитором коррозии при температуре 18…23°С. Внешний пленочный слой 5 позволил ликвидировать мажущее свойство предшествующего полимерного слоя 4.
Таким образом, в процессе нанесения внешнего пленочного покрытия проводили его пассивацию.
После этого гильзы сушили при температуре 185±5° в течение не менее 5 мин и охлаждали до комнатной температуры.
Заявленные патронные гильзы с трехслойным покрытием с альтернативными внешними пленочными покрытиями изготавливались на Тульском патронном заводе и были подвергнуты испытаниям по коррозионным свойствам и по стойкости покрытия к истиранию, а также по надежности функционирования оружия с использованием патронов с заявленной гильзой. Эксперименты показали, что по боевым и эксплуатационным характеристикам гильза не уступает штатным, а по антикоррозионным свойствам и по стойкости к истиранию значительно превосходит покрытие патронной гильзы по прототипу. К тому же внешне патроны с использованием заявленной гильзы имеют более привлекательный декоративный вид, что важно при использовании данных гильз в охотничьих патронах. Использование в качестве внешнего пленочного покрытия водорастворимых красок позволяет осуществить маркировку патронов по тем или иным параметра, в том числе по их боевым характеристикам.