ПАТРОННАЯ ГИЛЬЗА

Полезная модель относится к патронам стрелкового оружия различного назначения и может быть реализована преимущественно для изготовления стальных гильз патронов стрелкового оружия, гильз строительно-монтажных патронов и аналогичных стальных деталей.
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, МПК6 F42B 5/26, 16.04.98 г. Водорастворимый состав для нанесения данного покрытия нетоксичен, 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 имеет маслянистый мажущий характер с эффектом налипания. 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.
Известна патронная гильза по первому независимому пункту формулы изобретения по патенту РФ №2246684, МПК7 F42B 5/26; B21D 51/54, С23С 22/12; С23С 28/00, опубл. 20.02.2005 г. Данная гильза изготовлена из стали и имеет композиционное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных цинкофосфатного слоя, полимерного слоя и внешнего пленочного слоя, полученного из водорастворимых пленкообразующих веществ. Данное покрытие имеет коррозионную стойкость, позволяющую использовать его только в покрытии гильз патронов спортивно-охотничьего назначения с гарантированным сроком хранения не менее 5 лет, и не позволяет использование его для гильз патронов боевого назначения, с требуемым гарантированным сроком хранения не менее 25 лет.
Известна патронная гильза по первому независимому пункту патента РФ №2313058, МПК F42B 5/295, С23С 22/12, С23С 28/00, B21D 51/54, опубл. 20.12.2006 г., которая выбрана в качестве ближайшего аналога к заявляемой патронной гильзе. Данная патронная гильза изготовлена из стали, и имеет защитное покрытие, состоящее 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 пространственную сшитую структуру полимерного покрытия. Данное полимерное покрытие имеет коррозионную стойкость, позволяющую использовать его для гильз патронов, принятых на вооружение Российской армии с гарантированным сроком хранения не менее 25 лет. К недостаткам данного полимерного покрытия можно отнести то, что из-за деструкции (старения) внешнего слоя полимерного покрытия в процессе термической обработки при его формировании, оно имеет невысокую стабильность. Вследствие этого полимерное покрытие после сушки имеет белый сыпучий налет, что, во-первых, затрудняет процесс выделения дефектов гильз патронов на контрольных операциях, а, во вторых, снижает эксплуатационные свойства стрелкового оружия при использовании патронов с гильзой, имеющей данное защитное покрытие. Кроме того, внешний полимерный слой данного покрытия имеет невысокую механическую стойкость к истиранию. Это, в свою очередь, снижает его коррозионную стойкость.
Настоящая полезная модель решает задачу повышения коррозионной стойкости покрытия патронной гильзы, а также усиление механической стойкости данного покрытия к истиранию за счет повышения стабильности сформированного полимерного покрытия. Это позволит использовать данное защитное полимерное покрытие для гильз боевых патронов стрелкового оружия, принятых на вооружение Российской армией с гарантированным сроком хранения не менее 25 лет, при сохранении эксплуатационных свойств стрелкового оружия в случае использования патронов с данной гильзой. Полезная модель решает указанную задачу без ухудшения внешнего декоративного вида обрабатываемых патронных гильз.
Поставленная задача решается тем, защитное покрытие патронной гильзы, изготовленной из стали, состоит из нанесенного на металлическую поверхность гильзы цинкофосфатного слоя, пропитанного пленкообразующими полимерами с образованием внешнего полимерного слоя из пленкообразующих полимеров. В качестве пленкообразующих полимеров используют полимерный комплекс на основе полимерной композиции сополимера стирола и акриловой кислоты или ее производных и модифицирующей добавки на основе 2-меркаптобензотиазола, причем массовое соотношение 2-меркаптобензотиазола и пленкообразующих полимеров составляет 1:100÷1:300.
Толщина цинкофосфатного слоя может составлять 2…4 мкм., причем на глубину 1…2 мкм. цинкофосфатный слой пропитан пленкообразующими полимерами.
Толщина же внешнего полимерного слоя может составлять 2…4 мкм.
Целесообразно в качестве полимерной композиции сополимера стирола и акриловой кислоты использовать полимерную композицию ЦКН-26, а в качестве модифицирующей добавки использовать модифицирующую добавку ТПН-1.
Следует отметить, что основу полимерной композиции ЦКН-26 составляют водорастворимые полимеры стирола и акриловой кислоты или ее производных (полиакриловые соединения). Кроме того, в состав композиции входят вещества, играющие роль пластификаторов, смачивателей, а также ингибиторы коррозии (см. «Бесхроматная пассивация цинковых покрытий», Грубин С.Д., Григорян Н.С., Акимова Е.Ф. и др., журнал «Гальванотехника и обработка поверхности», том X1 №2, 2003 г., Москва, стр.35-40).
Модифицирующая добавка ТПН-1, разработанная на ОАО «Тульский патронный завод», является водным раствором, который содержит 2-меркаптобензотиазол, разведенный в водном растворе калия карбонат или натрия карбонат, гексаметафосфат натрия и тринатрийфосфат двенадцативодный.
Патронные гильзы изготавливались следующим образом.
Поверхность патронных гильз, изготовленных из стали 18ЮА, предварительно подготавливали для нанесения защитного цинкофосфатного покрытия, например, по следующей технологии:
- производилось обезжиривание поверхности гильз по известной технологии для снятия с них загрязнений с последующей промывкой холодной проточной водой;
- для удаления с поверхности гильз окисных пленок, проводили химическое травление их в водном растворе серной кислоты с ингибитором по известной технологии, с последующей промывкой холодной проточной водой;
Процесс формирования защитного полимерного покрытия проводили в четыре последовательные стадии:
- Проводили фосфатирование поверхности гильз для улучшения антикоррозионной защиты поверхности гильз и увеличения адгезии защитного полимерного покрытия с последующей промывкой в холодной воде. Толщина наносимого цинкофосфатного слоя составляла 2…4 мкм. Цинкофосфатный слой химически связан с металлом и состоит из сросшихся между собой мельчайших кристаллов, разделенных порами микроскопических размеров и образующих высокоразвитую шероховатую поверхность. Размер кристаллов и пористость фосфатного слоя обеспечивают высокую адсорбционную способность для его последующей пропитки пленкообразующими полимерами.
- Проводили пассивацию сформированного цинкофосфатного слоя в водном растворе пассивирующе-стабилизирующей добавки на основе 2-меркаптобензотиазола для усиления антикоррозионной защиты фосфатного покрытия в межоперационный период хранения изделий.
- Наносили полимерный слой путем обработки гильзы в водном растворе смеси полимерной композиции ЦКН-26 и пассивирующе-стабилизирующей добавки ТПН-1 на основе 2-меркаптобензотиазола с удалением излишков полимерной композиции путем свободного их отекания с гильзы и ее сушки, например, методом обдува воздухом.
При этом пленкообразующие полимеры пропитывали цинкофосфатный слой на глубину 1…2 мкм. Толщина же внешнего полимерного слоя составляла 2…4 мкм. Пропитка цинкофасфатного слоя пленкообразующими полимерами на указанную глубину обеспечивает надежную адгезию формируемого внешнего полимерного слоя с цинкофосфатным слоем.
- Осуществляли термообработку патронной гильзы с нанесенным полимерным покрытием методом обдува гильзы горячим воздухом температурой 100…120°С.
Гильзы с нанесенным полимерным покрытием после термообработки подвергали охлаждению методом обдува холодным воздухом.
Повышение защитных свойств сформированного полимерного покрытия объясняется следующим образом.
Используемый в защитном покрытии 2-меркаптобензотиазол, с одной стороны, относится к ингибиторам адсорбционного типа, который прочно хемосорбируется на фофатированной поверхности металла, образуя пленки труднорастворимых комплексных соединений, и является гетероциклическим соединением, содержащим в структуре два различных гетероатома. С другой стороны, 2-меркаптобензтиазол - является ускорителем процесса полимеризации, способствует образованию пространственно сшитых структур полимерного комплекса в процессе формирования полимерного покрытия на металлических изделиях, а также является стабилизатором-антиоксидантом и препятствует старению (деструкции) полимерного комплекса. Таким образом, 2-меркаптобензотиазол, входящий в состав защитного полимерного покрытия, в процессе термообработки полимерного покрытия способствует сшиванию стирол-акриловых макромолекул в трехмерную пространственную сетку редкими поперечными химическими связями. Созданные поперечные связи ограничивают необратимые перемещения макромолекул при механическом нагружении, но не изменяют их способности к высокоэластичной деформации. Кроме того, 2-меркаптобензотиазол - ингибитор свободно-радикальных реакций, тормозящий процесс автоокисления, разрушающий гидропероксиды без образования свободных радикалов. Присутствие 2-меркаптобензотиазола повышает стабильность полимерного покрытия, стойкость его к внешним воздействиям, удлиняет срок эксплуатации изделий с данным покрытием.
Массовое соотношение 2-меркаптобензотиазола и пленкообразующих полимеров, лежащее в диапазоне 1:100÷1:300 является оптимальным, поскольку обеспечивает равновесное соотношение рассматриваемых компонентов. Данное соотношение было подобрано экспериментально в результате отработки технологии нанесения защитного полимерного покрытия в Центральной заводской лаборатории ОАО «Тульский патронный завод».
Массовое содержание 2-меркаптобензотиазола в пленкообразующих полимерах меньше чем 1/300 недостаточно для сшивания всех свободно-радикальных связей стирол-акриловых макромолекул в трехмерную пространственную сетку. Это не позволяет обеспечить качественное улучшение защитных свойств формируемого полимерного покрытия.
Содержание 2-меркаптобензотиазола в пленкообразующих полимерах больше чем 1/100 нецелесообразно, поскольку не весь 2-меркаптобензотиазол вступает в реакцию со стирол-акриловыми макромолекулами.
Полученное полимерное покрытие патронной гильзы на основе полимерной композиции сополимера стирола и акриловой кислоты или ее производных и модифицирующей добавки на основе 2-меркаптобензотиазола с заявленным массовым соотношением указанных компонентов обладает масло-бензостойкостью, стойкостью к атмосферной коррозии, водостойкостью, стойкостью в солевом растворе, содержащем хлорид-ион, механической прочностью, стойкостью к истиранию, термостойкостью.
Заявленные патронные гильзы с полимерным защитным покрытием изготавливались на ОАО «Тульский патронный завод» 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. Промышленные испытания показали, что по боевым и эксплуатационным характеристикам заявленная патронная гильза не уступает штатным, а по антикоррозионным свойствам и по стойкости к истиранию значительно превосходит патронную гильзу по прототипу. Кроме того, заявленная технология нанесения защитного полимерного покрытия экологически безопасна и существенно удешевляет производство гильз к патронам с заявленным полимерным покрытием. Результаты Государственных испытаний патронов с заявленной гильзой подтвердили, что заявленное покрытие поверхности гильз обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к патронам стрелкового оружия в условиях длительного их хранения не менее 25 лет.