Способ нанесения фосфатно-полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы

Способ нанесения фосфатно-полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы

Реферат

Изобретение относится к области производства патронов стрелкового оружия различного назначения и предназначено для нанесения защитного полимерного покрытия на поверхность стальных гильз патронов стрелкового оружия и может быть реализовано для изготовления гильз строительно-монтажных патронов и аналогичных стальных деталей.

Известен способ нанесения защитного покрытия на поверхность патронной гильзы, изготовленной из стали, см. патент РФ №2313058 «Патронная гильза и способ нанесения защитного покрытия на ее поверхность», включающий нанесение полимерного слоя путем обработки гильз в водном растворе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с последующей термообработкой, при этом 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 170,0-220,0°C в течение 7-ми минут. Цинкофосфатный слой пассивируют ингибитором коррозии на безхроматной основе, например «Фоскон 485» или «Фоскон 486» с концентрацией 0,5-3,0 г/л, при температуре 20,0-45°C. Концентрация водного раствора смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом составляет 2,0-6,0% и модифицирующего его полимера и/или олигомера 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.

К недостаткам известного способа можно отнести ограниченную жизнеспособность смеси, проявляющуюся в образовании в процессе работы грубодисперсных частиц, взвесей, их агрегатов в емкости обработки, образующих после термообработки на поверхности гильзы трудноудаляемый мучнисто-дисперсный налет, ухудшающий внешний вид гильзы, затрудняющий их использование и приводящий к загрязнению оборудования и рабочего инструмента при дальнейших операциях снаряжения патронов, в том числе к загрязнению магазина и патронника стрелкового оружия при стрельбе патронами с такими гильзами.

Известен более совершенный способ нанесения полимерного защитного покрытия на поверхность патронной гильзы, включающий формирование на поверхности гильзы грунтового цинк-фосфатного слоя и нанесение полимерного слоя с последующей его термической обработкой. См. патент РФ №2420611 - прототип. Полимерный слой на поверхность цинк-фосфатного слоя патронной гильзы наносят путем обработки гильзы в водоразбавляемой смеси полиуретанового или фенилсилоксанового лаков и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом в следующем процентном соотношении, %:

полиуретановый или фенилсилоксановый лак	3,0-10,0
полиметилсилоксан и сополимер бутадиена со стиролом	1,5-10,0
вода	до 100,

поверхностное натяжение которой равно (40-55)·10^-3 Н/м, затем гильзу сепарируют, выравнивая слой смеси и отделяют излишки с поверхности гильз путем ворошения на воздухе, после чего сепарированную гильзу подвергают термической обработке.

К недостаткам известного способа можно отнести периодическое образование на поверхности гильз после термообработки трудноудаляемого мучнисто-дисперсного налета, приводящего к загрязнению оборудования и рабочего инструмента при дальнейших операциях снаряжения патронов, в том числе к засорению магазина и патронника стрелкового оружия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание технологии нанесения надежного и долговечного полимерного покрытия на поверхность гильзы без образования трудноудаляемого мучнисто-дисперсного налета.

Поставленный предлагаемым изобретением технический результат достигается сочетанием известных общих с прототипом признаков, заключающихся в обезжиривании гильзы и травлении, чередующиеся промывками горячей и холодной водой, формировании на поверхности гильзы фосфатной пленки, ее пассивация и нанесение покрытия с чередующимися термическими обработками и новыми признаками, заключающимися в том, что формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы осуществляют, по меньшей мере, в двух ваннах, в первой из которых при малой концентрации составляющих на поверхности гильзы создают центры кристаллизации в водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 10-40 мл/л в течение 2-4-х минут при температуре 15-35°C, во второй и последующих ваннах осуществляют формирование фосфатной пленки в водной смеси концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с концентрацией составляющих смеси соответственно от 40 до 160 мл/л и от 0,5 до 2,0 г/л в течение 4-8 минут при температуре 15-35°C, после чего поверхность гильзы пассивируют в растворе бихромата калия с содержанием 0,1-10,0 г/л или в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C с последующей сушкой воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут, после чего запассивированную фосфатную пленку на поверхности гильзы пропитывают водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 80,0-90,0 г/л и полиуретанового лака или лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с поверхностным натяжением (40-55)·10^-3 Н/м с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C, затем с поверхности гильзы удаляют излишки состава путем ворошения на воздухе и дополнительно осуществляют уплотнение покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C и проводят двухэтапную термическую обработку, сначала обезвоживают покрытие при температуре 130,0-150,0°C в течение 1,0-2,0 минут, затем его полимеризуют при температуре 180,0-230,0°C в течение 3,0-5,0 минут.

Уплотнение покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы осуществляют путем заполнения промежутков между макромолекулами, образовавшимися после пропитки поверхности гильзы предыдущей водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом.

Новизной предложенного способа является формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы, по меньшей мере, в двух ваннах, в первой из которых при концентрации составляющих на поверхности гильзы создают центры кристаллизации в водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 10-40 мл/л в течение 2-4-х минут при температуре 15-35°C, во второй и последующих ваннах осуществляют формирование фосфатной пленки в водной смеси концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с концентрацией составляющих смеси соответственно от 40 до 160 мл/л и от 0,5 до 2,0 г/л в течение 4-8 минут при температуре 15-35°C, после чего поверхность гильзы пассивируют в растворе бихромата калия с содержанием 0,1-10,0 г/л или в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C с последующей сушкой воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут, после чего запассивированную фосфатную пленку на поверхности гильзы пропитывают водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 80,0-90,0 г/л и полиуретанового лака или лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с поверхностным натяжением (40-55)·10^-3 Н/м с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C, затем с поверхности гильзы удаляют излишки состава путем ворошения на воздухе и дополнительно осуществляют уплотнение покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C и проводят двухэтапную термическую обработку, сначала обезвоживают покрытие при температуре 130,0-150,0°C в течение 1,0-2,0 минут, затем его полимеризуют при температуре 180,0-230,0°C в течение 3,0-5,0 минут.

Так, формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы по меньшей мере, в двух ваннах, в первой из которых при концентрации составляющих на поверхности гильзы создают центры кристаллизации в водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 10-40 мл/л в течение 2-4-х минут при температуре 15-35°C, во второй и последующих ваннах осуществляют формирование фосфатной пленки в водной смеси концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с концентрацией составляющих смеси соответственно от 40 до 160 мл/л и от 0,5 до 2,0 г/л в течение 4-8 минут при температуре 15-35°C позволяет создать на поверхности гильзы мелкозернистую мелкопористую цинкофосфатную пленку, обладающую хорошими адгезивными свойствами способствующими образовывать прочные связи с лакокрасочными и полимерными покрытиями.

Осуществление пассивации поверхности гильзы в растворе бихромата калия с содержанием 0,1-10,0 г/л или в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C с последующей сушкой воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут позволяет дополнительно подготовить поверхность гильзы к ее качественному пропитыванию водным раствором полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 80,0-90,0 г/л и полиуретанового лака или лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с поверхностным натяжением (40-55)·10^-3 Н/м с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C и предотвратить образование трудноудаляемого мучнисто-дисперсного налета.

Обезвоживание нанесенного на поверхность гильзы полимерного покрытия при температуре 130,0-150,0°C в течение 1,0-2,0 минут, позволяет с заданной скоростью удалить из покрытия влагу и предотвратить затвердевание поверхностного слоя покрытия при еще не удаленной из него влаги, который под воздействием выходящих паров влаги разрушается и на поверхности гильзы образуются каверны.

Признаки уплотнения покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы осуществляют путем заполнения промежутков между макромолекулами, образовавшимися после пропитки поверхности гильзы предыдущей водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом являются дополнительными раскрывающими конкретное выполнение основных признаков, направленными на достижение поставленной изобретением задачи.

Согласно проведенным патентно-информационным исследованиям сочетания известных общих с прототипом и новых признаков в источниках научно-технической и патентной литературы не обнаружено, что позволяет отнести их к обладающим новизной. Указанное сочетание известных и новых признаков не вытекает явным образом из существующего уровня техники, а следовательно имеет изобретательский уровень. Сочетание признаков с описанием работы предлагаемого способа позволяет отнести их к промышленно применимым.

На фиг.1 схематично представлена гильза, на поверхность которой нанесено защитное полимерное покрытие по предлагаемому способу.

На фиг.2 схематично в увеличенном масштабе показан разрез стенки гильзы с выполненным на ее поверхностях полимерным покрытием.

На фиг.3 схематично показана гильза после проведения операции формирования на поверхности центров кристаллизации.

На фиг.4 схематично в увеличенном масштабе показан разрез стенки гильзы после проведения операции формирования на поверхности центров кристаллизации.

Предлагаемый способ нанесения защитного полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы состоящей из корпуса 1 со стенками 2, донной части 3 с капсюльным гнездом 4 и проточкой 5 для извлечения гильзы из патронника оружия, дульца 6 с выполненными на их поверхности центрами кристаллизации 7 и слоем 8 полимерного покрытия.

Предлагаемый способ нанесения фосфатно-полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы осуществляется следующим образом.

Все технологические операции нанесения фосфатно-полимерного покрытия проводят в процессе движения определенного количества гильз внутри вращающегося барабана с секциями и винтовым конвейером термохимической линии. Секции барабана соединены последовательного друг с другом и расположены в ваннах с растворами и промывочными водами. Каждая из секций частично погружена в соответствующий раствор или воду. Длина секций, в которых проводят операции выполнены с учетом времени обработки. Перемещение гильз винтовым конвейером создает условия, при которых гильзы касаются друг друга способствуя лучшей очистке их поверхности и более равномерному образованию фосфатно-полимерного покрытия. Первоначально на гильзах, движущихся внутри секций барабана, осуществляют подготовку поверхности при помощи обезжиривания в растворе тринатрийфосфата в течение 3-5 минут с последующими промывками сначала в холодной а затем в горячей воде. Затем гильзы с обезжиренной поверхностью травят в растворе серной кислоты в течение 3-5 минут.

Далее, по меньшей мере, в двух ваннах, на поверхности обезжиренных гильз формируют фосфатную пленку, в первой из которых обработкой концентрацией водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 10-40 мл/л в течение 2-4-х минут при температуре 15-35°C на поверхности гильзы создают центры кристаллизации, во второй и последующих ваннах осуществляют формирование фосфатной пленки в смеси концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с содержанием соответственно 40-160 мл/л и 0,5-2,0 г/л в течение 4-8 минут при температуре 15-35°C.

Затем поверхность гильз пассивируют в растворе бихромата калия с содержанием 0,1-10,0 г/л или в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C и сушат воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут, после чего запассивированную фосфатную пленку на поверхности гильзы пропитывают водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 80,0-90,0 г/л и полиуретанового лака или лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с поверхностным натяжением (40-55)·10^-3 Н/м с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C. После удаления с поверхности гильз излишков состава путем ворошения на воздухе осуществляют дополнительную обработку пропитыванием поверхности гильзы в растворе, содержащем 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C с последующей термообработкой воздухом в два этапа, сначала обезвоживают покрытие при температуре 130,0-150,0°C в течение 1,0-2,0 минут, затем его полимеризуют при температуре 180,0-230,0°C в течение 3,0-5,0 минут. Гильзы с нанесенным на них полимерным покрытием передаются на дальнейшие операции их снаряжения.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.

Опытную партию гильз к патронам калибра 5,45 в объеме 0,6 м куб. путем их равномерной по объему подачи загрузили в термохимическую линию.

Подготовку поверхности гильз при помощи обезжиривания в растворе тринатрийфосфата в течение 3-5 минут осуществили в первой секции, а промывки гильз в холодной, а затем в горячей воде провели во второй и третьей секциях. Затем гильзы с обезжиренной поверхностью винтовым конвейером были перемещены в секцию травления в растворе серной кислоты концентрацией 16% в течение 3-5 минут.

Далее на поверхности обезжиренных гильз в четырех ваннах формировали фосфатную пленку, в первой из которых обработкой концентрацией водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 20 мл/л в течение 3-х минут при температуре 25°C на поверхности гильзы создали центры кристаллизации. Затем в последующих трех ваннах с концентрацией составляющих смеси осуществили формирование фосфатной пленки в водном растворе концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с содержанием соответственно в 80, 120 и 140 мл/л и 0,5, 1,5, 2,0 г/л в течение 8 минут в каждой ванне при температуре 25°C.

Затем поверхность гильз пассивировали в растворе бихромата калия с содержанием 5,0 г/л в течение 3 минут при температуре 25,0°C и провели сушку гильз воздухом при температуре 120,0°C в течение 6,0 минут, после чего запассивированную фосфатную пленку на поверхности гильзы пропитали водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 85,0 г/л и полиуретанового лака с поверхностным натяжением 45·10^-3 Н/м с содержанием 32,0 г/л в течение 40,0 сек при температуре 21,0°C. Затем в секции барабана, приподнятой над поверхностью раствора путем ворошения на воздухе с поверхности гильз, удалили излишки состава, после чего провели уплотнение нанесенного покрытия гильз в растворе, содержащем 45,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы в течение 50,0 сек при температуре 22,0°C с последующей термообработкой воздухом в два этапа, сначала провели обезвоживание покрытия при температуре 130,0°C в течение 2,0 минут, затем его полимеризацию при температуре 220,0°C в течение 4,0 минут. Гильзы с нанесенным на них полимерным покрытием передали на дальнейшие операции сборки патронов.

Полимерное покрытие гильз было однородным, ровным и гладким без признаков образования на их поверхности трудноудаляемого мучнисто-дисперсного налета.

В вариантном исполнении предлагаемого способа нанесение фосфатно-полимерного покрытия гильз может осуществляться в той же последовательности с пассивацией в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C с последующей сушкой воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут. Вариантом осуществления предлагаемого способа нанесения фосфатно-полимерного покрытия гильз в той же последовательности может осуществляться при пропитке покрытия водной смесью лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с поверхностным натяжением (40-55)·10^-3 Н/м с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек.

Параметры, при которых осуществляется предлагаемый способ, касающиеся температуры, времени обработки, содержания состава, поверхностного натяжения, выполнены таким образом, что при значениях ниже минимально указанных, прохождение операций либо замедляется, либо не достигается требуемый технический результат. При значениях выше максимально указанных операции проходят с перерасходом составляющих без существенного изменения технического результата.

В настоящее время на предприятии разработана техническая документация, изготовлена опытная партия патронов с гильзами с нанесенным на них по предлагаемому способу полимерным покрытием, проведены испытания, предварительные результаты которых положительные.

Коррозионная стойкость полимерного покрытия соответствовала срокам хранения гильз более 25 лет.

После проведения комплексных испытаний будет принято решение об организации производства по нанесению полимерного покрытия на поверхность гильз.

1. Способ нанесения фосфатно-полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы, включающий обезжиривание гильзы и травление, чередующиеся промывками горячей и холодной водой, формирование на поверхности гильзы фосфатной пленки, ее пассивацию и нанесение покрытия с чередующимися термическими обработками, отличающийся тем, что формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы осуществляют, по меньшей мере, в двух ваннах, в первой из которых на поверхности гильзы создают центры кристаллизации в водной смеси концентрата Фоскон-26 с содержанием 10-40 мл/л в течение 2-4-х минут при температуре 15-35°C, а во второй и последующих ваннах осуществляют формирование фосфатной пленки в водной смеси концентрата Фоскон-26 и нитрита натрия с концентрацией составляющих смеси соответственно от 40 до 160 мл/л и от 0,5 до 2,0 г/л в течение 4-8 минут при температуре 15-35°C, после чего поверхность гильзы пассивируют в растворе бихромата калия с содержанием 0,1-10,0 г/л или в растворе пассивирующего концентрата «Фоскон-486» с концентрацией водородных ионов 8,0-10,0 pH в течение 2-4 минут при температуре 15,0-35,0°C с последующей сушкой воздухом при температуре 90,0-150,0°C в течение 4,0-10,0 минут, после чего запассивированную фосфатную пленку на поверхности гильзы пропитывают водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с содержанием 80,0-90,0 г/л и полиуретанового лака или лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы с содержанием 30,0-35,0 г/л в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C, а затем с поверхности гильзы удаляют излишки состава путем ворошения на воздухе и дополнительно осуществляют уплотнение покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы в течение 30,0-50,0 сек при температуре 18,0-25,0°C и проводят двухэтапную термическую обработку, причем сначала обезвоживают покрытие при температуре 130,0-150,0°C в течение 1,0-2,0 минут, а затем его полимеризуют при температуре 180,0-230,0°C в течение 3,0-5,0 минут.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотнение покрытия гильзы смесью, содержащей 30,0-50,0 г/л лака на основе фенилметилполисилоксановой смолы, осуществляют путем заполнения промежутков между макромолекулами, образовавшимися после пропитки поверхности гильзы предыдущей водной смесью полиоргансилоксана и сополимера бутадиена со стиролом.