Защита боеприпасов от коррозии

Широкое использование металлов в изделиях машиностроения делает проблему борьбы с коррозией одной из ключевых при организации эксплуатации. Потери от коррозии составляют в среднем около 3...4% от общей массы потребляемой металлической продукции. По данным зарубежной печати на защиту от коррозии, старения и биоповреждений в 80-е годы ХХ века ежегодно затрачивалось: в США - 8 млрд. долларов, в Англии - 5,6 млрд. фунтов стерлингов, в ФРГ - 2,5 млрд. марок.

Боеприпасы в мирное время имеют продолжительные сроки хранения до момента применения по назначению. Хранение может осуществляться в различных условиях и климатических зонах. Поэтому к ним предъявляются повышенные требования по сохраняемости. Одним из важнейших свойств элементов боеприпасов при этом является коррозионная стойкость.

Поскольку коррозия предполагает контакт металла и коррозионной среды, в качестве основных способов защиты изделий от нее можно отметить следующие:

1. Изоляция металла от коррозионной среды (защитные покрытия, герметизация изделий или упаковки).

2. Изменение характеристик металла (введение легирующих элементов, образование на поверхности стойких соединений).

3. Изменение коррозионной среды (применение ингибиторов коррозии, осушка герметизированных объемов).

Для боеприпасов наибольшее применение нашли два первых способа. Особенно широко используются различные покрытия. По назначению они могут быть защитные - З; декоративные - Д; специальные - Сп (например, теплозащитное покрытие камеры сгорания ракетного двигателя). По виду покрытия классифицируют на: неорганические (металлические и неметаллические); органические (лакокрасочные) и комбинированные.

Металлические покрытия по механизму защиты делятся на:

- анодные, которые имеют более отрицательный электродный потенциал, чем защищаемый металл, и защищают его механически и химически;

- катодные, которые имеют более положительный электродный потенциал, чем защищаемый металл, и защищают его только механически.

По периоду эксплуатации различают постоянные, временные и периодически возобновляемые покрытия. По способу нанесения покрытия могут быть физические, электрохимические и химические.

Физические способы включают в себя (в скобках указано условное обозначение):

- диффузионный (Диф.) - диффузионное насыщение поверхностных слоев различными металлами (хромом, цинком, кадмием и др.);

- металлизация (Мет.) - нанесение расплавленного металла покрытия при помощи сжатого воздуха, инертного газа или электрической дуги на покрываемый металл;

- горячая обработка (Гор.), производимая путем погружения детали в расплавленный металл покрытия;

- механо-термический - плакирование - совместная горячая (прокатка, волочение, прессование) или холодная (взрывом) обработка давлением металла покрытия и покрываемого металла с последующей прокаткой заготовок до нужных толщин.

Химические способы (Хим.), связанные с процессом образования на поверхности деталей защитных окисных пленок, солей других металлов от взаимодействия электролитов с покрываемым металлом и протекающих при этом химических реакций. К ним относятся следующие способы:

- фосфатирование - для получения фосфатного покрытия (Фос.);

- оксидирование - для получения окисного покрытия (Окс.);

- пассивирование - для получения пассивного покрытия (Пас.).

Электрохимические способы (не обозначаются, поскольку являются основными для металлических покрытий), основанные на использовании электрохимического процесса в электролитах:

- гальванический метод - на помещенную в электролит деталь (катод) под действием электрического тока осаждаются катионы металла электролита или растворимых анодов, образуя на поверхности детали металлическое покрытие. Анодами являются металлы, которыми производится покрытие: цинк (Ц.), олово (О.), никель (Н.), медь (М.), хром (Х.) и др. Электролитом служат водные растворы солей металлов, из которых получают покрытие;

- анодирование - анодное оксидирование (Ан.) - электрохимическое образование окисной пленки с последующим химическим уплотнением.

Обозначение покрытия в конструкторской документации производится согласно ГОСТ 9.073-77 следующим образом:

- способ нанесения покрытия (Диф., Мет., Гор., Хим., Ан.);

- вид покрытия (Х., Ц., М., Н., О., Кд., Л., Окс., Пас., Фос.);

- технологический признак покрытия (ч. - черное, пор. - пористое, из. - изоляционное, тв. - твердое, мол. - молочное);

- толщина покрытия в мкм (только для металлических покрытий);

- степень блеска (м. - матовое, б. - блестящее, зк. - зеркальное, г. - глянцевое);

- вид дополнительной обработки с целью повышения плотности покрытия и улучшения его свойств (хр. - хроматирование, окс. - оксидирование, фос. - фосфатирование, прм. - промасливание, прп. - пропитка лаком, клеем и т.д., л.к.п. - лакокрасочное покрытие).

Лакокрасочные покрытия (ЛКП) наносят окунанием, кистью, распылением (пневматическим, безвоздушным, электростатическим), электроосаждением. Процесс нанесения ЛКП включает в себя следующие этапы: шпатлевка, грунтование, окраска (эмалями, красками, лаками) и сушка.

Шпатлевки - лакокрасочные материалы, образующие при затвердевании прочный и твердый слой покрытия, применяющийся для выравнивания поверхности.

Грунтовки - суспензия пигмента и наполнителя в связующем веществе (первый слой ЛКП для высокой прочности сцепления между поверхностью детали и последующими слоями покрытия).

Пигменты могут быть природные (охра, сурик железный), синтетические (окись Zn, двуокись Ti), ингибиторные (для пассивации поверхности металла в случае попадания влаги под ЛКП).

Наполнители - тонкодисперсные материалы, не обладающие высокой кроющей способностью (мел, микротальк, каомин, сернокислый барий).

Краски - однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах: олифах (масляные); лаках (эмалевые); водных растворах органических полимеров (клеевые), дисперсий полимеров (эмульсионные), жидкого стекла (силикатные).

Лаки - растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях.

Сушка - процесс превращения жидкого ЛКП в твердую защитную пленку. Проводится в сушильных камерах, которые могут быть:

- конвекционными - за счет контакта окрашенной поверхности с горячим воздухом (недостаток: большое время сушки - от 0,5 часа до нескольких часов);

- терморадиационными - с помощью ламп (250 и 500 Вт) или трубчатых нагревательных приборов со спиралью из нихрома;

- индукционными - вихревыми токами в переменном магнитном поле (время сушки в зависимости от толщины детали составляет 0,15…0,5 часа).

Обозначение ЛКП производится согласно ГОСТ 9825-73 следующим образом:

- основной лакокрасочный материал (ЛКМ) покрытия;

- внешний вид покрытия (4 класса);

- условия эксплуатации (8 групп покрытий).

Обозначение ЛКМ производится в следующем порядке:

- наименование (лак, эмаль, краска, грунт);

- состав пленкообразующего вещества (ГФ - глифталевое, ПФ - пентафталевое, ФЛ - фенольное, ХВ - поливинилхлоридное, ВЛ - поливинилацетатное, ШЛ - шеллачное, КФ - канифольное, БТ - битумное, НЦ - нитроцеллюлозное, МА - масляное);

- группа преимущественного использования (00 - шпатлевки, 0 - грунты, 1 - атмосферостойкие, 5 - специальные, 8 - термостойкие, 9 - электроизоляционные);

- порядковый номер (1...2 цифры);

- цвет (словом или буквой).

Выбор вида защитного покрытия и способа его нанесения зависит от многих факторов:

- материала, на который наносится покрытие;

- характера и условий эксплуатации детали боеприпаса;

- ее формы и массы;

- дефицитности и стоимости покрытия и др.

При выборе покрытия для боеприпасов, как правило, меньшее значение придают последнему фактору и покрытие выбирают с лучшей защитной способностью. Защитные свойства покрытий зависят от сплошности покрытия, электрохимических характеристик покрытия и металла детали (особенно для катодных металлических покрытий), окружающей среды и шероховатости поверхности.

Шероховатость поверхности на защитные свойства покрытий влияет двояко: для металлических и неметаллических покрытий ее заведомо ухудшают (травлением) с целью создания лучшего сцепления, а для лакокрасочных - улучшают с целью ликвидации выступов и впадин. Последнее вызвано тем, что на выступах может быть непрокрас или разрыв покрытия за счет поверхностного натяжения. Во впадинах возможно образование воздушных областей между металлом и покрытием в силу малого времени полимеризации быстросохнущих ЛКП.

На внутренние поверхности боеприпасов действуют взрывчатые вещества, которыми они снаряжаются. Тетрил, тротил, динитронафталин, гексоген при отсутствии примесей не вызывают коррозии стали, чугуна, меди, алюминия, латуни и олова, однако вызывают интенсивную коррозию цинка и кадмия. Смеси перечисленных ВВ и сплавы, содержащие больше примесей, приводят к незначительной коррозии меди и латуни. ВВ на основе аммиачной селитры вызывают сильную коррозию всех металлов, кроме алюминия.

Перед нанесением покрытий производится подготовка поверхностей, включающая чистку, обезжиривание и травление, специальную обработку. Чистка может осуществляться песком или дробью в специальных установках, стальными щетками, наждачной шкуркой или образивным порошком.

Обезжиривание служит для удаления масляных пятен с поверхности, которые, образуя жировую пленку, препятствуют прочному сцеплению лака или грунта с деталью. Оно производится веществами, эмульсирующими или растворяющими масла и жиры путем промывки в щелочных растворах или органических растворителях, электрохимической или ультразвуковой обработкой.

Специальная обработка (детали подкалиберных и кумулятивных снарядов) применяется для получения на деталях дополнительной защитной окисной пленки, которая в сочетании с ЛКП повышает антикоррозийную стойкость. Для этого они фосфатируются, медные - пассивируются, алюминиевые - анодируются.

Наружная поверхность корпусов артиллерийских снарядов покрывается, как правило, покрытием следующего состава: грунт ВЛ-02 (1), грунт АК-070 (1), эмаль ХВ-124 серая (1).

Грунты, фосфатирующие ВЛ-02 (ВЛ-08), изготавливаются на основе поливинилбутираля с пигментной частью из тетрооксихромата Zn и имеют высокую адгезионную способность, но низкую антикоррозионную стойкость, поэтому применяются в качестве подслоя для пассивирующих грунтов. Срезающее напряжение 0,074 МПа. Время высыхания при 18...22⁰C 0,25 ч.

Алкидный пассивирующий грунт АК-070 - на основе полиакрилатов с пигментной частью из хромата стронция, которые являются анодными ингибиторами коррозии. При концентрации хроматов 0,062 моль/л достигается полная защита металлов от коррозии даже в агрессивном электролите. АК-070 выполняет роль анодного покрытия. Время высыхания при температуре 18...22 ⁰ С не более 1 ч. Срезающее напряжение 0,043 МПа.

Эмаль ХВ-124 - раствор поливинилхлоридной хлорированной смолы и алкидной смолы в смеси органических растворителей с добавлением пигментов и пластификаторов. Время полного высыхания 2 ч при t = 18...22 ⁰ С. Достоинство - хорошие защитные свойства. Недостатки: пониженная адгезия; низкая термостойкость; недостаточная светостойкость. Срезающее напряжение 0,041 МПа.

Внутренняя поверхность каморы осколочно-фугасного снаряда (ОФС) покрывается лаком БТ-5100 (1). БТ-5100 - битумный лак (черного цвета) - раствор нефтяных битумов в смеси летучих растворителей на основе ксилола. Время высыхания 2 ч при t =20⁰ C.

Детали стабилизатора имеют покрытия:

- корпус и стопоры стабилизатора ОФС: Ан.окс. хр., лак ВЛ-725;

- лопасти и оси стабилизатора ОФС, все детали стабилизатора кумулятивного снаряда: Хим.фос.хр., лак МА-592 (ФЛ-582).

Гильзы и поддоны сгорающих гильз имеют покрытия:

- стальные: Ц.6.фос.;

- латунные: Хим.Пас.; внутренняя поверхность - лак 4С.

Детали взрывателей:

- пружинные и жесткие стальные предохранители: О.8 (катодное покрытие для стали, прочное, эластичное, стойкое к кислотам и щелочам);

- стальные и латунные детали: цинкование (анодное покрытие, очень плотное, для повышения стойкости пассивируется);

- стальные, латунные и медные детали: никелирование (катодное для стали и анодное для меди и латуни, очень твердое, блестящее, коррозионностойкое);

- неперемещающиеся детали, не требующие точных размеров (корпус, стакан детонатора): Хим.фос. (шероховатая пористая поверхность, требующая смазки, цвет от темно-серого до черного, значительная коррозионная устойчивость);

- детали часовых механизмов из алюминиевых сплавов: Хим.окс.