СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПАТРОННОЙ ГИЛЬЗЫ
APPLICATION METHOD OF PROTECTIVE COATING ON SURFACE OF CARTRIDGE CASE

Изобретение относится к области изготовления патронов стрелкового оружия различного назначения и может быть реализовано преимущественно для нанесения полимерного покрытия на металлические поверхности.
Известен способ нанесения полимерного покрытия на поверхность металлической (стальной) гильзы. См. патент РФ №2246684. На поверхность гильзы нанесено защитное покрытие, включающее химическое формирование цинкофосфатного слоя 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 минут при температуре 30…70 градусов С, после промывки гильзы на ее поверхности формируют полимерный слой путем обработки гильзы в течение 1 мин в водном растворе на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиона со стиролом с концентрацией 80…140 г/л при температуре 15…30 градусов С, затем гильзу обрабатывают в водном растворе пленкообразующего вещества с формированием внешнего пленочного слоя, после чего осуществляют сушку при температуре 160…220 градусов С. Как вариант, внешний пленочный слой формируют путем обработки гильзы в течение не менее 1 мин в водном растворе поливинилового спирта с концентрацией 0,2…1,0 г/л при температуре 20…70 градусов С. Цинкофосфатный слой пассивируют и добавляют ингибитор коррозии.
К недостаткам известного способа можно отнести недостаточную продолжительность хранения изделий с нанесенным на них полимерным покрытием.
Известно более совершенное техническое решение, выполняющее идентичную задачу, см. патент RU №2313058 «Патронная гильза и способ нанесения защитного покрытия на ее поверхность» - прототип - включающее патронную гильзу, изготовленную из стали с защитным покрытием, состоящим из последовательно нанесенных слоев - цинкофосфатного слоя, выполняющего роль грунта, и полимерного слоя в виде полимер-полимерного комплекса на основе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующих его полимера и/или олигомера, образующих с полиорганосилоксаном единую пространственно сшитую структуру полимерного покрытия. При этом в качестве модифицирующего полимера используют сополимер бутилакрилата, метилакрилата и метакриловой кислоты или феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные или алкидные смолы. Полимерный слой в известном техническом решении - прототипе наносят путем обработки гильз в водном растворе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с последующей термообработкой, причем полимерный слой наносят или путем обработки гильзы в одной ванне в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующего его полимера и/или олигомера, или путем непрерывной последовательной обработки гильзы в двух ваннах. При этом обработку гильзы в первой ванне ведут в водном растворе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом, а во второй ванне - в водном растворе модифицирующего полимера и/или олигомера, а формирование защитного покрытия осуществляют путем отверждения нанесенного модифицированного полимерного слоя в процессе термической обработки до образования единой пространственно сшитой структуры полимер-полимерного комплекса. Термическую обработку осуществляют при температуре 170-220 градусов в течение 7 мин. Цинкофосфатный слой пассивируют ингибитором коррозии на бесхроматной основе, например «Фоскон 485» или «Фоскон 486» с концентрацией 0,5-3 г/л при температуре 20…45 градусов С. Концентрация водного раствора смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом составляет 2,0-6,0% и модифицирующего его полимера и/или олигомера с концентрацией раствора в диапазоне 2,0-6,0%. В качестве модифицирующего полимера используют сополимер бутилакрилата, метилакрилата и метакриловой кислоты. В качестве модифицирующего олигомера используют фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные или алкидные смолы.
Обработку гильзы во второй ванне ведут с добавлением ингибитора коррозии нитрита натрия в количестве 0,1…0,5 г/л.
К недостаткам известного способа-прототипа можно отнести появление взвесей и сгустков в водном растворе полимерной смеси в процессе обработки гильз, образующих на поверхности гильзы мучнисто-дисперсный слой, приводящий к налипанию к полимерному слою пыли, грязи и т.п. образований, приводящих в свою очередь к засорению оборудования при дальнейших операциях снаряжения патронов, не говоря уже о засорении магазина и патронника стрелкового оружия при стрельбе такими патронами.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание на поверхности гильзы прочного одинаковой толщины качественного защитного полимерного покрытия.
Поставленная задача достигается тем, что формирование грунтового фосфатного слоя на поверхности гильзы осуществляют последовательно, по меньшей мере, в двух ваннах, начиная с обработки в ванной с раствором в 20 точек, а затем с повышением общей кислотности до 120 точек в последующих(ей) ваннах(е), при этом в процессе обработки гильзы в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером раствор активно с использованием насоса перемешивают и непрерывно фильтруют, удаляя из него образовавшиеся сгустки и взвеси, после чего перед термообработкой в течение 1…5 минут гильзу подвергают сепарированию, удаляя с ее поверхности и из полости излишки смеси, при этом операции формирования слоев защитного покрытия осуществляют при помощи вращающегося барабана с последовательно расположенными соответствующими проводимым операциям секциями.
После нанесения грунтового слоя на поверхность гильзы последнюю подвергают сушке при температуре 100-200 градусов в течение 2…8 мин.
Скорость вращения барабана выполнена равной 0,5…2 оборота в минуту.
Новизной предложенной технологии является последовательное формирование на поверхности гильзы грунтового фосфатного слоя, по меньшей мере, в двух ваннах, начиная с обработки в растворе с низкой общей кислотностью, например, в 20 точек, а затем с повышением общей кислотности до 120 точек в последующих ваннах, активное перемешивание водного раствора смеси с использованием насоса и фильтрация смеси с удалением из нее образовавшихся сгустков и взвесей и сепарирование. При этом все операции осуществляют при помощи вращающегося барабана с последовательно расположенными, соответствующими проводимым операциям, секциями.
Так, введение в процесс формирования грунтового фосфатного слоя повышения кислотности позволяет создать на поверхности гильзы большее количество центров кристаллизации, которые активизируют в дальнейшем реакцию полимерного покрытия с фосфатным слоем и вступают в тесные с ним взаимосвязи. Введение операции фильтрации смеси позволяет удалить из рабочего раствора смеси образовавшиеся в процессе обработки взвеси и сгустки, которые остаются в фильтре и не оказывают в дальнейшем воздействия на формирование качественного защитного фосфатно-полимерного покрытия. Проведение сепарации - отделение полимерного состава от гильзы позволяет убрать излишки полимерного состава с поверхности гильзы и из ее полости, снижая тем самым вероятность образования на поверхности гильзы непрореагировавшей и не связанной с фосфатным покрытием полимерной смеси.
Вращения барабана с заданной скоростью обеспечивает интенсивное перемешивание смеси и находящихся в ней изделий и способствует более качественному нанесению полимерного покрытия.
На фиг.1 схематично показана установка для осуществления процесса нанесения защитного фосфатно-полимерного покрытия на поверхность гильзы.
На фиг.2 показано устройство для нанесения грунтового слоя на поверхность гильзы с камерой сушки.
Установка для осуществления предлагаемого способа состоит из вращающегося барабана 1, смонтированного на роликах 2, и привода 3. Барабан 1 выполнен в виде нескольких последовательно расположенных секций, соответствующих осуществляемым в процессе нанесения фосфатно-полимерного покрытия операциям. Загрузка обрабатываемых гильз 4 в барабан 1 осуществляется при помощи лотка 5 через горловину первой секции 6 нанесения фосфатного покрытия на поверхность гильз. При этом секция 6 разделена, как минимум, на две дополнительные секции, например на секции 7, 8, 9. В секции 7 осуществляется нанесение фосфатного покрытия на поверхность гильз в растворе цинкофосфатного концентрата с кислотностью, например, в 20 точек. В секции 8 гильзы обрабатывают в растворе с кислотностью, например, в 40…60 точек, а в секции 9 - в растворе с кислотностью в 120 точек. В секции 10 осуществляют обработку гильзы в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером (полимерная смесь). При этом полимерную смесь (раствор) активно с использованием насоса 11 и вращающегося барабана перемешивают и при помощи насоса 11 и фильтра 12 непрерывно фильтруют, удаляя из водного раствора смеси образовавшиеся сгустки и взвеси. В секции 13 барабана 1 при помощи перфорированных стенок осуществляют сепарацию гильз от полимерной смеси. Термообработку осуществляют в секции 14. Все секции барабана 1 выполнены перфорированными. Перемещение гильз 4 по секциям барабана 1 осуществляется при помощи шнека 15 с соответствующими секциями.
В качестве вариантного исполнения предлагаемого способа, после нанесения грунтового слоя на поверхность гильзы, последнюю подвергают сушке в секции 16 при температуре 100-200 градусов в течение 2…8 мин.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Необходимое для обработки количество гильз 4 через лоток 5 подают в перфорированную секцию 7 вращающегося барабана 1, которая установлена в растворе цинкофосфатного концентрата с кислотностью, например, в 20 точек. Во время обработки гильз в перфорированной секции 7 на их поверхности создается первичный фосфатный слой, который активизирует стальную поверхность гильзы и способствует более равномерному по толщине образованию мелкокристаллического фосфатного покрытия.
Секцией шнека 15 гильзы при вращении барабана 1 постепенно перемещаются в следующую перфорированную секцию 8, которая установлена в растворе с кислотностью, например, в 40…60 точек. В этой секции продолжается процесс равномерного по толщине образования мелкокристаллического фосфатного покрытия. Окончательное формирование грунтового слоя происходит в перфорированной секции 9. В вариантном исполнении способа после нанесения грунтового слоя на поверхность гильзы последнюю подвергают сушке в секции 16 при температуре 100-200 градусов в течение 2…8 мин.
Гильзы с нанесенным на них грунтовым фосфатным слоем после сушки либо без сушки передаются соответствующей секцией шнека 15 в перфорированную секцию 10 нанесения полимерного покрытия, которая погружена в водный раствор смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером. В течение заданного времени, зависящего от скорости вращения барабана 1 и длины перфорированной части секции 10, осуществляется нанесение полимерного покрытия на поверхность гильз. Во время обработки гильз в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером путем перекачки смеси при помощи насоса 11 и вращения барабана 1 полимерную смесь интенсивно перемешивают, а при помощи фильтра отделяют от смеси образовавшиеся в процессе нанесения полимерного покрытия взвеси и сгустки. В процессе обработки гильз в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом, последняя качественно пропитывает фосфатный слой, при этом свободные связи полимерной смеси входят в соединение со свободными связями фосфатного покрытия. По окончании нанесения полимерного покрытия в перфорированной секции 13 в течение 1…5 минут осуществляют сепарацию гильз (отделение излишков полимерной смеси с поверхности и из полости гильз). После сепарации гильзы поступают на термообработку, где и происходит окончательное формирование защитного полимерного покрытия, прочно связанного через фосфатный слой с поверхностью гильз.
Конкретный пример осуществления способа.
Гильзы 4 к патронам калибра 5,45 объемом 0,5 м куб. через лоток 5 порциями с объемом по 6 дм куб. с периодичностью в 5 сек подавали в перфорированную секцию 7 вращающегося барабана 1, с цинкофосфатным концентратом с кислотностью в 24 точки и температурой в 21 градус С. Во время обработки гильз в перфорированной секции 7 на их поверхности первоначально создавался предварительный тонкий слой, способствующий в дальнейшем образованию более равномерного по толщине грунтового фосфатного покрытия. Секцией шнека 15 гильзы при вращении барабана 1 постепенно переместили в следующую перфорированную секцию 8, которая установлена в растворе с кислотностью в 60 точек. В этой секции продолжался процесс образования мелкокристаллического фосфатного покрытия.
Окончательное формирование грунтового слоя происходило в перфорированной секции 9 в растворе цинкофосфатного концентрата кислотностью в 120 точек. Последовательное нанесение фосфатных слоев в ваннах с разной кислотностью создает равномерное по толщине мелкокристаллическое фосфатное покрытие со сплошностью более 40 сек. В данном случае получили сплошность 45 сек.
В вариантном исполнении грунтовый фосфатный слой на поверхности гильзы подвергали сушке при температуре 180 градусов в течение 5 минут.
Гильзы с нанесенным на них сырым и сухим грунтовым слоем соответствующей секцией шнека 15 были переданы в перфорированную секцию 10 нанесения полимерного покрытия, которая была погружена в водный раствор смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером. В течение заданного времени - 3-х минут, при скорости вращения барабана 1,5 м/мин и длине перфорированной части секции в 80 см осуществлялось нанесение полимерного покрытия на поверхность гильз. Осуществление сушки позволяет закрепить грунтовый слой на поверхности гильзы и осуществлять хранение гильз и последующее нанесение полимерного покрытия по мере необходимости. Во время обработки гильз в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующим его полимером путем перекачки смеси при помощи насоса 11 и барабана 1 полимерную смесь интенсивно перемешивали, а при помощи фильтра 12 отделяли от смеси образовавшиеся в процессе нанесения полимерного покрытия взвеси и сгустки. При этом полимерная смесь пропитывала фосфатный слой, при этом свободные связи полимерной смеси входили в соединение со свободными связями фосфатного покрытия. По окончании нанесения полимерного покрытия в перфорированной секции 13 в течение 2,5 минут осуществляли сепарацию гильз (отделяли излишки полимерной смеси с поверхности и из полости гильз). После сепарации гильзы при помощи соответствующей секции шнека 15 передавали в секцию термообработки барабана 1, где и происходило окончательное формирование защитного полимерного покрытия, прочно связанного через фосфатный слой с поверхностью гильз.
При обработке следующей партии гильз операции предлагаемого способа осуществлялись в такой же последовательности и при тех же режимах.
В настоящее время на предприятии разработана техническая документация на предлагаемый способ, проведены заводские испытания, получены положительные результаты. Полимерное защитное покрытие на поверхности гильз было плотным, гладким, не липким и соответствовало предъявляемым к ним требованиям.
Принято решение провести государственные комплексные испытания предлагаемого способа и полимерного покрытия, после чего будет принято решение об организации производства нанесения полимерного покрытия на поверхность гильз.