SE463278B - Staalroer med ett invaendigt paafoert skikt samt anvaendning av roeret saasom vapenroer - Google Patents

Description

463 278 Det skulle vara ändamålsenligt att förse vapenrör med en innerbelägg- ning av hårdmaterial, för att uppnå en förbättring av förslitnings- och korrosionsbeständigheten och en minskning av friktionen. Trots detta är hittills ingen framgångsrik innerbeläggning av detta slag känd. Skälet härför har hittills varit att hårdmaterialskiktets adhe- sionskraft icke räcker, ett problem, som vid den verkligen använda diffusionshärdningen från början icke uppträder på grund av den obe- fintliga inre gränsytan.

I DE-AS 2 809 709 beskrivs ett tjockt (omkring 1,3 mm) med termiskt sprutförfarande på en kärna pâfört keramikskikt, som sedan genom på- krympning av ett rör överförts på detta. Ett så tjockt skikt har givetvis en hög egenhållfasthet och är därför icke blott hänvisat till adhesionskraften på substratet, såsom är fallet vid de här betraktade tunna (<1O /um) skikten. Man skulle egentligen snarare tala om ett insatt keramikrör, som framställts genom sprutning.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att utforma ett rör med ett invändigt pâfört skikt, så att skiktet vid töjning, till följd av höga tryck i rörets inre och eventuellt även vid högre temperaturer under användningen, icke avflagnar. Denna uppgift löses med ett stålrör med ett invändigt pâfört skikt av ett i jämförelse med röret hårdare ma- terial, vilket kännetecknas av att skiktets vidhäftning motstår vid den avsedda användningen uppstående påkänningar, varjämte skiktets tjocklek ej överstiger 10 /um samt att skiktet vid den avsedda använd- ningstemperaturen eller vid anlöpningstemperaturen för det, för fram- ställning av röret, använda stålet i sin yta är hoppressat med åt- minstone AF/F = 1.10_3, där F betecknar skiktets yta och AF den yta, 3 med vilken skiktet förminskas vid hoppressningen. AF/F = 10- betyder alltså att skiktets yta förminskats med en promille. Överraskande har det visat sig att de på rörinsidan påförda, hop- pressade skikten häftar fast, även när skikten av samma material, vilka i sig framställts på samma sätt men utan hoppressning under påföringen, vid senare töjningspåkänning lätt lossnar. Man kan för- moda att, till följd av de genom sprickor uppkomna spåren minskas skiktets vidhäftning kraftigt för friktionspåkänning, såsom uppträder exempelvis vid skott i vapenrör.

Vad beträffar graden av den erforderliga hoppressningen bör beaktas i vilken grad röret genom deformeringen vid den senare användningen DJ . Q underkastas en töjning. Den procentuella hoppressningeíéíš sšiítet bör väljas åtminstone lika stor, lämpligen emellertid något större än den procentuella töjning, som uppträder vid användningen för att med säkerhet undvika sprickbildning genom övertöjning av skiktet.

Vid skjutförsök meä'vapenrör med olika tunna innerbeläggningar av hårdmaterial visade det sig överraskande att i verkligheten en för- bättrad slitstyrka uppnåddes endast när skikten stod under till- räckligt stor tryckspänning (kompression), och närmare bestämt måste skikten, såsom nämnts, vara hoppressade i sin yta med åtmin- stone ÅÄFVF = 1/1000. Detta stod i motsats till tidigare resultat av avnötningsförsök, vid vilka tunna skikt med ringa spänningar uppvisade en större adhesionskraft. Man kan av dessa resultat sluta sig till att adhesionskraften hos skiktet icke i sig är den be- gränsande faktorn, emedan denna genom uppfinningen ju kunde starkt förbättras.

Användningen av uppfinningen är särskilt fördelaktig, i de fall, i vilka de skikt, som skall påföras, icke är tillräckligt töjbara och därför brister redan vid ringa övertöjning.

De vid skjutförsök med rör enligt uppfinningen erhållna experimen- tella resultaten står i samklang med följande modellföreställning: skikt, som är hoppressade med den angivna storleken eller mera, utsätts vid skottet och den därvid uppträdande uppblåsningen av röret icke för dragpåkänning utan avlastas istället avden genom hoppressningen framkallade tryckspänningen. Till följd av denna övergående avlastning förbättras snarare skiktets adhesionskraft under skottet. Det uppkommer inga brott och sprickor i skiktet, så länge det står under tryckspänning. Detta torde bidra väsentligt till skiktets stabilitet.

Det finns olika kända förfaranden för framställning av hoppressade skikt såsom erfordras vid uppfinningen. Vid skiktmaterial med, i jämförelse med röret, lägre värmeutvidgningskoefficienter kan man uppnå en hoppressning av skiktet genom förhöjd temperatur under beläggningen: AF/F = 2 A1/1 = 2 (CX Substrat _ (Xskikt) AT 463 278 Det har emellertid visat sig att detta kända förfarande för upp- nående av den erforderliga hoppressningen av skiktet visserligen kan väsentligt bidra, men i många fall icke enbart är tillräckligt för en tillfredsställande hoppressning. Röret bör nämligen under beläggningen icke göras så varmt att stålet förlorar sin hårdhet.

Temperaturen vid beläggningen väljs därför ungefär lika med anläp- ningstemperaturen, exempelvis 550°C. Vid skottet uppvärms röret åter och kan vid platsen för skiktet uppnå likartade temperaturer som under beläggningen. Den samtidigt genom övertrycket vid skottet åstadkomna töjningen av röret leder, såsom nämnts, till avlastning av hoppressningsspänningen och detta hindrar upprivning av skiktet.

Pâ senare tid är ytterligare vakuumbeläggningsförfaranden kända, vid vilka en starkare kompression av skiktmaterialet uppnås genom inverkan av energirika joner. I detta sammanhang hänvisas till följande litteraturställen: J.A. Thornton et al., Thin Solid Films 64 (1979) 111 J.A. Thornton et al., J.Vac. Sci.Technol. 14 (1977) 164 D.W. Hoffmann et at., J.Vac. Sci.Technol. 17 (1980) 380 och 425 M.R. Gaertner et al., US-PS 4 256 780 För pâföring av skikten kan de kända sätten och anordningarna för innerbeläggning av rör användas. En anordning för behandling av innerväggen av ett rör, som särskilt lämpar sig för en beläggning under förhöjd temperatur och under jonbeskjutning, beskrivs i patentansökan nr 2544/83.

Exempelvis påfördes skikt av titannitrid, titankarbid, titanborid och volframkarbid på insidan av rör. Allmänt lämpar sig borider, karbider och nitrider av övergångsmetallerna ut fjärde till sjätte gruppen av det periodiska systemet.

. Vid pâföring av skikten inom uppfinningens ram kan de kända under- stödande åtgärderna för uppnående av en god adhesionskraft dessutom användas, exempelvis en god föregående rengöring av rörinnerväggen, föregående avgasning genom upphettning eller elektrodbeskjutning, avstoftning av det översta skiktet genom katodisk etsning, använd- ning av en elektrisk förspänning på den yta, som skall beläggas, under påföringen av skiktet, mm. 465 278 För mätning av skiktstukningen utveckades följande förfaranden: 1. En stel provkropp förses med ett kromskikt, vars tjocklek bör vara något större än hos det därefter påförda hårdmaterialskiktet.

Den färdigbelagda provkroppen inbäddas i plast och slipas, så att skikten blir synliga i tvärsektion. Slipningen behandlas under 50 s i 18%-ig saltsyra för att upplösa kromskiktet. Under mikroskopet visar sig därefter, istället för kromskiktet, en grav, i vilken hårdmaterialskiktet utbreder sig vågformigt. Ur amplituden och våg- längden hos den vâgformiga slipkanten hos skiktet kan man på känt sätt beräkna den linjära hoppressningen [X1/1. Hoppressningen av ytan har det dubbla talvärdet:lÄF/F = 2-¿§1/1. Om spalten är för tunn och därför icke medger full avspänning av skiktet, mäter man ett för litet värde på hoppressningen. Emedan hoppressningen enligt uppfinningen måste vara större än¿§F/F = 1/1000, kan detta villkor trots detta provas felfritt. 2. En belagd provkropp inspänns vid två motställda ändar och töjs långsamt genom kraftanvändning, tills hårdmaterialskiktet brister.

Detta kan fastställas exempelvis med hjälp av ett mikroskop eller en mikrofon och den därtill erforderliga töjningen [M/W nfitas.

Emedan hårdmaterialskiktet är väsentligt sprödare än stålet, kan man anta att_det brister redan vid minsta töjning. Den uppmätta töjningen är alltså lika med eller oväsentligt större än hårdmateri- alets hoppressning. 3. Pâ en belagd provkropp mäts hårdmaterialskiktets hårdhet med hjälp av Vickersprovmetoden vid olika last. Därvid visar det sig att diamanten redan vid en last p:70 skenbart icke efterlämnar någon fördjupning. Detta framgår bäst av att kvadraten av fördjup- ningens diagonaler d, ritad såsom funktion av lasten p, uppvisar ett kurvförlopp, som för d2 = O uppvisar ett positivt, ändligt värde p*. En tillordning av detta mätvärde p* till en bestämd skikthoppressning är möjlig med hjälp av de under punkt 1 och 2 beskrivna mätmetoderna.

Claims (3)

463 278 Patentkrav

1. Stålrör med ett invändigt pâfört skikt av ett, i jämförelse med röret, hårdare material, k ä n n e t e c k n a d av att skiktets vidhäftning motstâr vid den avsedda användningen uppstâende pâkänningar, varjämte skiktets tjocklek ej överstiger 10 pm samt att skiktet vid den avsedda användnings temperaturen eller vid anlöpningstemperaturen för det, för framställning av röret, använda stålet i sin yta är hoppressat med âtminstone_A F/F = 1.10'3, där F betecknar skiktets yta och¿l F den yta, med vilken skiktet förminskas vid hoppressningen.

2. Rör enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d' av att skiktet innehåller minst ett av följande ämnen: titannitrid, titankarbid, titanborid, wolframkarbid, borider, karbider och nitrider av övergângsmetaller ur 4:e till 6:e grupperna i peripdiska systemet.

3. Användning av stålrör med ett invändigt pâfört skikt av ett, i jämförelse med röret, hårdare material, varvid skiktets vidhäftning motstår vid den avsedda användningen uppstående påkänningar, varjämte skiktets tjocklek ej överstiger 10 pm samt att skiktet vid den avsedda an- vändningstemperaturen eller vid anldpningstemperaturen för den, för fram- ställning av röret använda, stålet i sin yta är hoppressat med åtminstone AsF/F = 1.10'3, där F betecknar skiktets yta och ZSF den yta, med vilken skiktet förminskas vid hoppressningen, k ä n n e t e c k n a d av att röret används såsom vapenrör.