一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢以及表面改性方法技术

本发明专利技术提供了一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢以及表面改性方法，属于电磁轨道炮领域，本发明专利技术的电枢表面具有改性膜，改性膜与电磁轨道的铜合金材料具有正混合热，具有导电性能，比电枢自身的Al合金基体材料的软化温度和表面硬度更高，其为纯钨膜，纯银膜，钛合金膜、TiC合金膜、钨不锈钢膜或/和铬不锈钢膜，改性膜厚度为800nm～8μm，改性膜呈柱状晶结构。采用磁控溅射的方式在电枢表面制备改性膜。磁控溅射的功率为30W～200W，电枢表面的温度为298K～423K，溅射时间为30min～300min，保护性气体为氩气。本发明专利技术通过在电枢表面制备改性膜，能有效减少电磁炮电枢发射过程中的因熔化沉积而产生的铝合金粘附问题。沉积而产生的铝合金粘附问题。沉积而产生的铝合金粘附问题。

【技术实现步骤摘要】
一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢以及表面改性方法


[0001]本专利技术属于电磁轨道领域，更具体地，涉及一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢以及表面改性方法。

技术介绍

[0002]新概念武器的研制和发展是其确立国家军事技术优势的重要举措。电磁轨道发射装置作为一种全新概念的高动能杀伤性武器，可以超越传统化学能武器的极限。不同于传统火炮依靠气体膨胀推动弹丸，电磁轨道发射装置通过瞬间大电流产生的强电磁场中的洛伦兹力来驱动弹丸，直接利用电磁能对炮弹进行短时极限加速。电磁轨道发射装置具有弹丸飞行速度快(达数km/s)、射程远(达数百km)、杀伤力强、效费比高等优点，并在远程火力打击、近程防空反导等领域具有不对称作战优势，已引起世界各军事强国的广泛重视。发展电磁轨道发射新技术，对于我国国防安全具有重大的战略意义。
[0003]在电磁发射装置的工作过程中，轨道处于大电流、瞬间高温、强磁场的苛刻工作环境，电枢和轨道的滑动电接触状况十分恶劣，枢轨界面间会产生复杂的电、磁、热、力的作用及强大的侧冲击力，使轨道材料发生磨损、刨削和烧蚀等形式的损伤，严重影响电磁发射装备的服役性能和寿命。
[0004]目前，电磁轨道材料主要选用高强高导的铜合金(如纳米氧化铝弥散铜)，电枢材料则基本选定为轻质高强的7系铝合金。由于瞬间大电流和焦耳热的作用，熔点较低的铝合金电枢材料会率先熔化，在滑动面形成液化层，并最终沉积在铜合金轨道表面。电枢表面熔化及Al合金粘附层的产生会给枢轨接触状态带来较大负面影响∶其一，表面熔化会引起电枢质量损失，导致枢轨接触分离而形成电弧；其二，包含脆性金属间化合物的Al合金粘附层会引起轨道材料的表面状态变化(如粗糙度增加、导电率降低)，导致轨道槽蚀与磨损。
[0005]近年来，国内外的研究主要集中在新型Cu合金轨道材料的研发或对常规Cu合金轨道进行表面改性，从而提高轨道表面耐磨性与抗烧蚀性能。然而，这些材料体系仍以Cu基或Ni基合金为主，电枢材料(Al合金)熔化并在导轨上的沉积问题仍未得到根本解决，这已成为限制电磁轨道服役寿命的卡脖子难题之一。
[0006]因此，为了解决电磁轨道表面的Al合金沉积与损伤难题，需要开发一种新型的技术。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢以及表面改性方法，在Al合金电枢表面构筑与Cu非混溶的涂层材料，调控电枢界面能及导电、导热性质和抗烧蚀性能，以能有效减少电磁炮电枢发射过程中的因熔化沉积而产生的铝合金粘附问题，从而能满足电磁轨道发射装置的服役要求。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其表面具有改性膜，改性膜与电磁轨道的铜合金材料具有正混合热，具有导电性能，比电枢自身的Al
合金基体材料的软化温度和表面硬度更高，其为纯钨膜，纯银膜，钛合金膜、TiC合金膜、钨不锈钢膜、铬不锈钢膜。
[0009]进一步的，改性膜厚度为800nm～8μm，改性膜呈柱状晶结构。
[0010]进一步的，纯钨膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：W≥95％，余量为不可避免的杂质，纯银膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：Ag≥95％，余量为不可避免的杂质。
[0011]进一步的，钛合金膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：Ti≥70％，C≤30％，且Ti和C的质量百分比之和为100％，且C含量大于0。
[0012]进一步的，TiC合金膜包括的成分以及各个成分的质量百分比为：TiC≥70％，W≤30％，TiC质量百分比和W的质量百分比之和为100％，且W的含量大于0。
[0013]进一步的，钨不锈钢膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：
[0014]W 40％～60％，Cr 6％～10％，Ni 5％～10％，Mn 0.5％～2％，Si 0.1％～1％，Mo 0.5％～2％，C 0.01～0.02％，余量为Fe。
[0015]进一步的，铬不锈钢膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：
[0016]Cr 16％～20％，Ni 5％～18％，Mn 1％～2％，Si 0.1％～1％，Mo 0.01％～2％，C 0.01～0.05％，P 0～0.05％，S 0～0.009％，余量为Fe。
[0017]按照本专利技术的第二个方面，还提供一种制备如上所述的降低铝粘附的电磁轨道炮电枢的方法，其包括如下步骤：
[0018]S1：将所需成分的材料进行粉末冶金或者烧结，然后加工成靶材；
[0019]S2：将电枢表面进行平整化，并清洁干燥；
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0021]有益效果：
[0022]1、本专利技术中含有与铜合金非混溶即与Cu具有正混合热的导电的电枢表面改性膜，其结构致密，具有良好的抗电弧烧蚀性能，良好的耐摩擦磨损性能，且与氧化铝弥散铜具有正混合热，比7075Al合金更高的软化温度与表面硬度(软化硬度＞400℃，表面硬度＞135HB)，能有望改善电磁炮轨道表面的铝合金沉积损伤难题，该膜与7075Al合金相比，对铜合金粘附量有效降低3～16倍。
[0023]2、本专利技术中采用单一靶材的磁控溅射方法制备与铜合金具有正混合热的导电膜，可灵活调控膜的厚度，重复性高可工业化，工艺可操作性强，制造成本低。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中铜合金样品电弧烧蚀实验后样品截面轮廓示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例中钨膜样品与7075Al合金基体电弧烧蚀实验后样品截面轮廓示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例中摩擦磨损实验后不同材料膜与7075Al基体在铜合金上的粘附量；
[0027]图4是本专利技术实施例中不同材料膜与7075Al基体和铜合金对摩的摩擦系数；
[0028]图5是本专利技术实施例中Ti
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C膜与铜合金对摩后铜合金表面白光干涉三维图；
[0029]图6是本专利技术实施例中W膜与铜合金对摩后铜合金表面白光干涉三维图；
[0030]图7是本专利技术实施例中316L膜与铜合金对摩后铜合金表面白光干涉三维图；
[0031]图8是本专利技术实施例中7075合金基体与铜合金对摩后铜合金表面白光干涉三维图；
[0032]图9是本专利技术实施例中W膜与铜合金对摩后铜合金表面SEM图；
[0033]图10是本专利技术实施例中7075Al合金基体与铜合金对摩后铜合金表面SEM图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]针对现有技术的问题，本专利技术另辟蹊径，采用磁控溅射技术对电枢材料进行表面改性，在Al合金电枢表面构筑与Cu非混溶的涂层材料(Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，其表面具有改性膜，改性膜与电磁轨道的铜合金材料具有正混合热，具有导电性能，比电枢自身的Al合金基体材料的软化温度和表面硬度更高，其为纯钨膜、纯银膜、钛合金膜、TiC合金膜、钨不锈钢膜或/和铬不锈钢膜。2.如权利要求1所述的一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，改性膜厚度为800nm～8μm。3.如权利要求2所述的一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，改性膜呈柱状晶结构。4.如权利要求3所述的一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，纯钨膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：W≥95％，余量为不可避免的杂质，纯银膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：Ag≥95％，余量为不可避免的杂质。5.如权利要求3所述的一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，钛合金膜包括的成分以及各个成分的质量百分比分别为：Ti≥70％，C≤30％，且Ti和C的质量百分比之和为100％，且C含量大于0。6.如权利要求3所述的一种能降低铝粘附的电磁轨道炮电枢，其特征在于，TiC合金膜包括的成分以及各个成分的质量百分比为：TiC≥70％，W≤30％，TiC质量百分比和W的质量百分比之和为100％，且W的含量大于0。7.如权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，卢天田，柳林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：