含能材料烧蚀性和烧蚀机理研究(3)
1.2.2.1 热烧蚀机理
1.2.2.1 化学烧蚀机理
火炮发射药的成分主要由碳、氢、氧、氮元素组成，因而其燃烧所生成的气体成分也较为类似，一般都主要由CO、CO2、H2、H2O、N2组成。在高温高压条件下，火药燃烧反应物会与身管材料发生化学反应，加剧炮管的烧烛。通常从射击的第一发炮弹开始，身管就发生了渗碳现象[17,18]。国外在计算身管烧蚀磨损时，通常用热化学模型来计算身管的烧蚀磨损量，这个热化学模型正是考虑了火炮发射过程中的化学因素。
以色列有一些相关研究单位，他们对火药气体造成的内膛表面烧蚀白层进行了深入的显微组织研究，研究对象是两支105mm火炮身管，其材料为AISI4340钢。研究过程中，对其中一支身管发射了1650发弹丸，而另一支身管发射了 500发弹丸，两支身管所使用的全装药当量与发数之比都为1.12。研究结果证明，白层厚度与发射数无关，而很可能与膛内压力、温度等环境条件有关。实验中也再次证实了白层中奥氏体和Fe3C的存在，并且Fe2C、Fe5C2、Fe20C9等碳化物在白层中拥有很宽的谱带[19]。研究者还发现了内膛白层中包含很多共晶体和碳化物的形态特征和很多细小的麟片状结构，这些特征都表明了身管内膛的白层是由液态激冷而造成的产物。内膛表层金属中有Y-Fe2O3与Fe3O4等氧化铁，这些氧化物的形成说明了在发射过程中内膛表层金属在碳化物形成过程中其氧化作用也同时进行。白层会引起身管相变成分的改变，从而降低了身管材料的熔点，加剧了身管内膛的烧蚀磨损。从这一角度还可以进一步探索身管白层的形成和身管烧蚀磨损率之间的对应关系[20]。
1.3 本论文主要研究内容
本论文在已有的发射药烧蚀性实验方法基础上，改进完善实验测量手段和评价方法；并设计制备具有不同性质的发射药样品，通过半密闭爆发器烧蚀管法实验对比分析各因素对发射药烧蚀性的影响，探讨烧蚀机理。
（1）发射药烧蚀性实验方法
分析现有发射药烧蚀性实验方法，以半密闭爆发器烧蚀管法为基础，补充发射药燃气对烧蚀管内壁传热温度的测试项目，改进压力测试系统，完善实验流程和评价方法，并对测试准确度和精度的各种因素进行分析和控制。
（2）发射药烧蚀机理探讨
发射药热烧蚀研究。设计制备两个系列发射药样品，分别研究发射药爆热和爆温对烧蚀性的影响，即在发射药爆温相同时研究发射药爆热对烧蚀性的影响关系、在发射药爆热相同时研究发射药爆温对烧蚀性的影响关系，探讨热烧蚀机理。
发射药化学烧蚀研究。通过对一系列不同配方组成的发射药进行半密闭爆发器烧蚀管实验，借鉴国外相关研究数学模型，建立发射药主要燃气组分CO、CO2、H2、H2O、N2与发射药烧蚀系数之间的关系，分析各燃气组分对发射药烧蚀性的影响，探讨化学烧蚀机理。
2 发射药烧蚀性实验研究方法
目前国内的发射药烧蚀性实验方法及标准主要有两种：烧蚀枪法（WJ/Z258-90）和半密闭爆发器烧蚀管法（WJ/Z259-90）。两者均属行业标准，为中国兵器工业总公司1990年发布。两种方法各有优缺点，适用于不同使用范围：烧蚀枪法适用于测定不同弹药的烧蚀性和不同金属材料及内膛表面镀层的耐烧蚀性能，烧蚀管法适用于测试发射药的烧蚀性能及检测缓蚀剂的缓蚀效果。
2.1 烧蚀管法和烧蚀枪法的优缺点对比
烧蚀枪法（WJ/Z258-90）是为了真实地模拟炮膛内烧蚀而设计的发射药烧蚀性实验方法。通常采用12.7mm大口径机枪作为主体，可兼顾枪药和炮药的不同配方，把发射药加工成一定的药型，在满足一定弹道性能的前提下，装入制式弹头弹壳，进行连发射击，由于是实弹射击产生的烧蚀，其模拟程度更为真实，实验结果也比较稳定
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