身管燒蝕及緩蝕劑作用機(jī)理研究現(xiàn)狀

林少森，閆　軍，俞衛(wèi)博，李洪廣，杜仕國(guó)

(軍械工程學(xué)院，河北 石家莊　050003)

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身管燒蝕及緩蝕劑作用機(jī)理研究現(xiàn)狀

林少森，閆軍，俞衛(wèi)博，李洪廣，杜仕國(guó)

(軍械工程學(xué)院，河北 石家莊050003)

身管燒蝕磨損嚴(yán)重限制了火炮性能的提高和服役年限的延長(zhǎng)。為延長(zhǎng)身管壽命、發(fā)展高威力火炮，需增強(qiáng)火炮身管的抗燒蝕磨損能力。從熱沖擊、化學(xué)侵蝕、機(jī)械磨損三方面綜述國(guó)內(nèi)外身管燒蝕機(jī)理的研究現(xiàn)狀，分析認(rèn)為燒蝕磨損的發(fā)生與加劇主要?dú)w結(jié)于熱-化學(xué)-機(jī)械復(fù)合作用。在此基礎(chǔ)上梳理緩蝕劑技術(shù)抑制身管燒蝕磨損的機(jī)理，指出納米材料在緩蝕劑研制中的意義，無(wú)機(jī)氧化物和含氮有機(jī)材料在發(fā)射環(huán)境下可對(duì)身管內(nèi)壁形成保護(hù)。對(duì)緩蝕劑的設(shè)計(jì)作出展望，為新型緩蝕劑設(shè)計(jì)提供有益思考。

兵器科學(xué)與技術(shù)；火炮身管；燒蝕機(jī)理；緩蝕劑；緩蝕機(jī)理

火炮身管用于與火藥氣體配合，賦予炮彈一定初速和保證炮彈飛行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度。在使用過(guò)程中，燒蝕磨損是制約身管武器提高性能、延長(zhǎng)服役期的關(guān)鍵因素。為有效抑制燒蝕磨損，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出許多可行的方法，包括身管內(nèi)膛涂鍍層、優(yōu)化炮彈外形和彈帶材料、復(fù)合身管制造技術(shù)、身管冷卻技術(shù)、身管自修復(fù)技術(shù)、采用低爆溫發(fā)射藥及緩蝕劑技術(shù)等[1-3]。其中，緩蝕劑技術(shù)作為最簡(jiǎn)便、最有效的延壽方法，越來(lái)越得到人們的重視。高效緩蝕劑的研發(fā)需建立在對(duì)身管燒蝕磨損機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)之上。為此，筆者在總結(jié)、歸納身管燒蝕磨損機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理了常用緩蝕劑的作用機(jī)理，為新型緩蝕劑的設(shè)計(jì)和研制提供有益參考。

1　火炮身管燒蝕磨損機(jī)理

現(xiàn)代燒蝕磨損理論的核心認(rèn)為身管燒蝕磨損是一種因素主導(dǎo)下，多因素綜合作用或交叉作用的結(jié)果。圖1描述了發(fā)射環(huán)境下，身管的燒蝕作用機(jī)理[4]。這些作用包括熱沖擊、化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損，其中熱作用是首要的、根本的[5]。

1.1熱燒蝕

通常認(rèn)為，燒蝕發(fā)生的主要控制因素是溫度，含火藥燃?xì)馑纬傻淖罡邷囟群蜕砉軆?nèi)膛的峰值溫度。后者是影響燒蝕進(jìn)程和燒蝕量的主要方面[6-7]。

受到火藥燃?xì)獾母邷刈饔煤螅瑑?nèi)膛表面金屬溫度達(dá)相變點(diǎn)以上，形成奧氏體。這種變化了的奧氏體在內(nèi)膛環(huán)境中發(fā)生滲碳與氧化等過(guò)程，在基體金屬中形成低熔點(diǎn)產(chǎn)物。此外，射擊過(guò)后身管內(nèi)膛表層金屬會(huì)部分形成馬氏體[8-9]。奧氏體到馬氏體的相變過(guò)程伴隨金屬晶格結(jié)構(gòu)變大，致使基體內(nèi)部形成內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，裂紋隨之產(chǎn)生。文獻(xiàn)[10]根據(jù)內(nèi)彈道學(xué)理論，沿身管軸向選取溫度不同的區(qū)域進(jìn)行金相觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨溫度上升，基體燒蝕和鍍層開(kāi)裂均逐步加重，這與燒蝕主要是熱作用的理論相一致。

Lawton B[11]研究了無(wú)鍍層身管的燒蝕量與膛內(nèi)壁面最高溫度的關(guān)系，得到如下結(jié)果：

式中：w表示燒蝕量；A表征火藥燒蝕性，數(shù)值在20～ 200之間；t0是時(shí)間常數(shù)；Ta為設(shè)定的常數(shù)；Ti是擊發(fā)前內(nèi)膛溫度，與Ta比值開(kāi)平方的數(shù)值在1～1.26之間；ΔE表示基體金屬活化能，約為69kJ/mol；R0為氣體常數(shù)。

w與Tmax呈指數(shù)關(guān)系，因此燒蝕量對(duì)內(nèi)膛最高溫度敏感；模擬試驗(yàn)和實(shí)彈射擊試驗(yàn)結(jié)果表明，身管內(nèi)膛的溫度降低10%，其燒蝕量可降低300%。該研究結(jié)論已經(jīng)通過(guò)密閉爆發(fā)器驗(yàn)證，并獲得眾多火炮和發(fā)射藥成分試驗(yàn)數(shù)據(jù)的證實(shí)[11]。

1.2化學(xué)燒蝕

從發(fā)射藥的發(fā)展來(lái)看，緩解熱燒蝕作用的方法有改進(jìn)制式發(fā)射藥和開(kāi)發(fā)新型發(fā)射藥兩種。但新出現(xiàn)的發(fā)射藥，例如低爆溫發(fā)射藥和低易損性發(fā)射藥，因?yàn)榻M分的改變，化學(xué)燒蝕則可能成為身管燒蝕的重要誘因。

化學(xué)燒蝕的主要過(guò)程有滲碳和氧化。滲碳過(guò)程中，碳由燃?xì)庀蛏砉軆?nèi)壁擴(kuò)散，與基體金屬形成固溶物，過(guò)量的碳則促進(jìn)滲碳體析出，從而降低內(nèi)膛的韌性和熔點(diǎn)，導(dǎo)致基體容易被熱和機(jī)械等因素侵蝕。高海霞[12]等人研究了身管材料在高速模擬發(fā)射狀態(tài)下的組織變化，裂紋和白層的形成。認(rèn)為白層是炮鋼在內(nèi)膛環(huán)境中經(jīng)火藥氣體的滲碳作用形成。滲碳體即Fe3C加劇化學(xué)燒蝕層內(nèi)裂紋形成及擴(kuò)展，最終形成軸向裂紋加速燒蝕層的剝落。

與滲碳類(lèi)似，火藥氣體中的氧可以擴(kuò)散到金屬表面并將其氧化，鐵的氧化物會(huì)形成脆性的鱗片狀的表層，極易形成熱裂紋進(jìn)而遭到腐蝕。

除去滲碳和氧化這兩個(gè)化學(xué)燒蝕的主要形式，不少研究者提出氫蝕、氫脆和氫致裂紋在燒蝕過(guò)程中具有不容忽視的作用。Underwood[13]等人通過(guò)對(duì)比激光脈沖燒蝕與實(shí)際燒蝕的試樣發(fā)現(xiàn)：雖然激光脈沖加熱在鍍層熱熔化、熱裂紋等方面較好地模擬了實(shí)際燒蝕狀況，但是鍍層覆蓋下基體金屬的裂紋卻不能模擬出來(lái)，他們認(rèn)為這是因?yàn)閷?shí)際燒蝕中存在氫致裂紋。Sopok[5]等人認(rèn)為氫蝕過(guò)程為：炮鋼組織中的擴(kuò)散氫降低了鋼的強(qiáng)度和韌性，增加了裂紋形成和脆性失效的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)氫通過(guò)未氧化的裂紋表面被吸收時(shí)，裂紋擴(kuò)展所需的表面能降低。

由于高速火藥燃?xì)獾臎_刷作用，火藥燃?xì)馀c基體金屬反應(yīng)的產(chǎn)物多認(rèn)為檢測(cè)不到。但Cote[14]通過(guò)對(duì)燒蝕的5種試樣進(jìn)行顯微分析、激光共聚焦掃描分析和電子探針?lè)治觯瑥脑嚇託堄嗖糠至鸭y中檢測(cè)到“灰層(Gray layer)”，即基體金屬的氧化物、硫化物和火藥殘余。他們的工作印證了化學(xué)燒蝕的作用。之后，Cote[15-16]等人分別在2001和2003年利用激光脈沖加熱(Laser Pulse Heating)試驗(yàn)研究了內(nèi)膛壁面在不同氛圍時(shí)受到高能沖擊后出現(xiàn)相變、局部熔化和快速氧化后出現(xiàn)灰層等對(duì)燒蝕進(jìn)程的影響。他們的工作為驗(yàn)證不同火藥燃?xì)獬煞衷跓g磨損中的影響提供了一種方法。

Jaramaz[17]等人以M39型單管轉(zhuǎn)膛炮為原型，設(shè)計(jì)了一種模擬燒蝕器，通過(guò)分析不同型號(hào)發(fā)射藥的燒蝕率，認(rèn)為燒蝕與發(fā)射藥的組成之間存在關(guān)系。以主要燒蝕氣體成分及相互之間的耦合關(guān)系為參量，利用多元線性回歸擬合出計(jì)算燒蝕率影響因子A的方程：

ln(A×103) =-0.272 87(%CO2)+0.078 5(%CO)-0.14083(%H2)-0.019 18(%N2)+0.348 33(%H2O)+1.002 46(%R)

式中：R表示除主要?dú)怏w之外的影響因子；A的數(shù)值越大表示燒蝕越嚴(yán)重。

該方程的線性回歸系數(shù)r= 0.847 2，即方程與試驗(yàn)?zāi)芎芎脭M合，方程中的負(fù)號(hào)表示其對(duì)燒蝕具有抑制作用。

1.3機(jī)械磨損

受到熱、化學(xué)作用后的基體金屬易于出現(xiàn)熱軟化、機(jī)械強(qiáng)度下降和裂紋等情況，彈管耦合過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦足以消耗該部分基體材料，此即機(jī)械磨損的主要方式。

火炮在發(fā)射過(guò)程中所產(chǎn)生的裂紋會(huì)造成火藥氣體的泄漏，從而加速身管燒燭。通過(guò)數(shù)值模擬，Andrade[18]等人認(rèn)為火藥燃?xì)饬餍孤稌?huì)使身管的燒蝕磨損顯著增加。另外，還指出由于燃?xì)饬鞯男孤秾?dǎo)致彈丸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，增加了炮口的磨損。Lawton和Laird在30 mm火炮和模擬燒蝕裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泄露的燃?xì)饬骺墒固琶嫠矔r(shí)溫度達(dá)到熔點(diǎn)，從而加速內(nèi)膛燒蝕磨損[19]。

當(dāng)內(nèi)膛所處環(huán)境不足以導(dǎo)致嚴(yán)重的熱燒蝕和化學(xué)侵蝕時(shí)，機(jī)械磨損則成為身管損傷的主要因素[20]?；鹋诘某跏純?nèi)彈道過(guò)程對(duì)身管磨損具有重要影響。炮彈裝填時(shí)，彈帶和膛面之間的相互作用力使炮膛直徑增大、藥室增長(zhǎng)。燃?xì)怛?qū)動(dòng)彈丸沿身管軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈帶及彈體對(duì)陽(yáng)膛線頂部及導(dǎo)轉(zhuǎn)側(cè)的擠壓和摩擦力致使徑向尺寸擴(kuò)大[21]。

內(nèi)彈道流場(chǎng)和內(nèi)壁裂紋之間的相互作用表現(xiàn)為另一種機(jī)械磨損方式。影響這一燒蝕磨損過(guò)程的重要因素是裂紋的方位。Conroy[22]等人指出，火藥燃?xì)饪身樌鹘?jīng)軸向或與燃?xì)饬魍虻牧鸭y；但當(dāng)經(jīng)過(guò)徑向或軸向的裂紋時(shí)，燃?xì)猱a(chǎn)生回流，延長(zhǎng)它與內(nèi)膛的作用時(shí)間，導(dǎo)致傳遞到身管上的熱增加，也使化學(xué)侵蝕更為嚴(yán)重。

2　緩蝕劑作用機(jī)理

從身管燒蝕磨損機(jī)理的分析中可以看出，不論有無(wú)涂鍍層，嚴(yán)重?zé)g源于初始裂紋的形成。緩蝕的出發(fā)點(diǎn)首先是要防止裂紋形成，其途徑主要有預(yù)防熱沖擊和化學(xué)侵蝕。在身管發(fā)射環(huán)境中，傳統(tǒng)緩蝕劑能夠在內(nèi)膛表面形成冷卻層，將高溫火藥燃?xì)馀c身管內(nèi)膛隔離。其中，無(wú)機(jī)緩蝕劑還能在身管的內(nèi)壁附著一層氧化物，該層物質(zhì)的致密性和低導(dǎo)熱性使得身管在炮彈發(fā)射時(shí)能夠較好抵御熱沖擊、化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損。這些因素共同作用，使身管的燒蝕量下降。目前，常用緩蝕劑主要有TiO2型、滑石粉型和多元型，其緩蝕效果如表1所示[23]，使用方式主要有護(hù)膛劑方式和添加劑方式兩類(lèi)。

表1　緩蝕劑在12.7 mm燒蝕模擬槍上的降燒蝕效果

注：火藥為4/7單基藥；藥溫為常溫。

2.1護(hù)膛劑方式緩蝕機(jī)理

護(hù)膛劑方式即把各種塑料、涂料、石蠟、纖維素、潤(rùn)滑油、人造纖維、棉紗和絲織品等物質(zhì)中的一種或者幾種組合在一起，做成片狀放在藥筒內(nèi)部，吸收發(fā)射藥燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，自然生成冷氣體保護(hù)層，以隔絕發(fā)射藥的高溫氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)炮膛的保護(hù)。早期的緩蝕劑技術(shù)，以聚氨酯泡沫襯里和TiO2/wax襯套為典型代表。

Ward[24]等人連續(xù)發(fā)射添加TiO2/wax襯套的炮彈后發(fā)現(xiàn)火炮內(nèi)膛形成了沉淀層，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)主要成分是TiO2。為驗(yàn)證該沉淀層的作用，他們利用脫殼穿甲彈實(shí)彈射擊數(shù)據(jù)，得到身管熱輸入與燒蝕量曲線，證實(shí)了該沉淀層的隔熱作用。之后，交替發(fā)射帶緩蝕劑的穿甲彈和用來(lái)清除沉淀的破甲彈，發(fā)現(xiàn)相比于連續(xù)發(fā)射帶緩蝕劑的穿甲彈，身管的燒蝕加重，表明連續(xù)射擊帶TiO2/wax型緩蝕襯里炮彈而形成的絕熱沉淀層有緩蝕作用。

2.2添加劑方式緩蝕機(jī)理

添加劑方式即把ZnO、ZnS、ZnCO3、Zn3(PO4)2、ZnF2、ZnCrO4、ZnSiO3、AlF3·3H2O，TiO2、Talc等金屬化合物捏合在發(fā)射藥中；或?qū)⒔饘倩衔锱c蠟的混合物與發(fā)射藥一同裝入炮彈。其主要緩蝕機(jī)理類(lèi)似于護(hù)膛劑類(lèi)型。

納米技術(shù)的應(yīng)用為該類(lèi)型緩蝕劑開(kāi)發(fā)提供了一種新思路，其緩蝕機(jī)理與傳統(tǒng)緩蝕劑有所不同。陳永才[25]等人將納米添加劑捏合到雙基發(fā)射藥中，采用半密閉爆發(fā)器進(jìn)行燒蝕試驗(yàn)，對(duì)比某制式發(fā)射藥和含納米材料發(fā)射藥的燒蝕試驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了納米材料在抑制燒蝕中的作用。借助電子掃描顯微鏡分析試驗(yàn)后燒蝕管的形貌圖，發(fā)現(xiàn)發(fā)射納米添加劑發(fā)射藥作用后的燒蝕管內(nèi)壁金屬表面組織細(xì)化，即該型納米添加劑可以抑制金屬銹蝕。

宋遒志[26]等人在制備納米材料緩蝕劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)用于分散納米材料的有機(jī)物對(duì)抑制燒蝕具有幫助。認(rèn)為其抑制燒蝕作用主要是因?yàn)橛袡C(jī)材料可以減少火藥燃?xì)庵械难趸煞帧?/p>

Walsh[27]等人研發(fā)出一種以高氮有機(jī)物為主體的緩蝕添加劑，他們認(rèn)為該添加劑的緩蝕作用主要在于營(yíng)造一個(gè)高氮環(huán)境和降低內(nèi)膛溫度。其中，高氮有機(jī)物在內(nèi)膛環(huán)境下作用，提高火藥燃?xì)庵械牡急?，干擾滲碳過(guò)程。另外，對(duì)比制式發(fā)射藥與添加緩蝕劑發(fā)射藥的熱化學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)高氮有機(jī)物在分解時(shí)吸收更多熱量。Hirvonen[28]等人使用高氮發(fā)射藥時(shí)發(fā)現(xiàn)在發(fā)射過(guò)程中的滲氮有降燒蝕的傾向。除了提高硬度外，滲氮可以提高內(nèi)膛表面材料的熔點(diǎn)。因此，研制新型緩蝕劑時(shí)選取或開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)輔助劑將具有重要應(yīng)用價(jià)值。

3　結(jié)束語(yǔ)

燒蝕磨損是隨身管武器發(fā)展而一直存在的工程實(shí)踐難題。基于筆者對(duì)身管燒蝕和緩蝕劑緩蝕機(jī)理的梳理，可以認(rèn)為燒蝕磨損是熱作用主導(dǎo)下，熱-機(jī)械-化學(xué)復(fù)合作用的結(jié)果，而緩蝕劑具有吸熱、隔熱、抗機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕的作用，故當(dāng)它充分發(fā)揮作用時(shí)，能有效降低身管燒蝕，提高其使用壽命。在發(fā)射環(huán)境下，為使緩蝕劑能夠在身管內(nèi)膛形成隔熱層，所選擇的無(wú)機(jī)材料的熔點(diǎn)不能過(guò)低，以確保隔熱層能夠有足夠的作用時(shí)間。同時(shí)，在希望利用有機(jī)物的裂解吸熱形成冷卻層時(shí)，要選擇分解產(chǎn)物與身管基體具有較好相容性，比如高氮有機(jī)物即是較好的緩蝕劑組分。

從綜合的角度來(lái)看，緩蝕劑在其組分上可以考慮采用無(wú)機(jī)物與有機(jī)物的組合形式。通過(guò)有機(jī)物在身管發(fā)射環(huán)境中熱解吸熱，及其熱解產(chǎn)物對(duì)燒蝕的影響抑制燒蝕。再利用無(wú)機(jī)物與火藥燃?xì)獾姆磻?yīng)在身管內(nèi)壁形成一個(gè)致密、低熱導(dǎo)率的涂層，從而延長(zhǎng)身管壽命。結(jié)合納米材料的研究，可以設(shè)計(jì)成有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜化材料，在發(fā)射環(huán)境下達(dá)到表面修復(fù)及緩蝕作用等理想效果。

References)

[1]甘霖，陶鳳和，盧興華，等. 火炮身管延壽技術(shù)研究[J]. 火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2006(3)：10-14.

GAN Lin，TAO Fenghe，LU Xinghua，et a1. Research on barrel life prolongation[J]. Journal of Gun Launch & Control，2006(3)：10-14. (in Chinese)

[2]李大勇，高守臻，羅長(zhǎng)宏，等. 火炮身管內(nèi)膛修復(fù)技術(shù)研究[J]. 火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2012(1)：47-50.

LI Dayong，GAO Shouzhen，LUO Changhong，et al. Research on renovating the abrasion and ablation of the gun barrel bore[J]. Journal of Gun Launch & Control，2012(1)：47-50. (in Chinese)

[3]歐陽(yáng)青，于存貴，張延成. 國(guó)內(nèi)外火炮身管燒蝕磨損問(wèn)題研究進(jìn)展[J]. 兵工自動(dòng)化，2012，31(6)：44-46.

OUYANG Qing，YU Cungui，ZHANG Yancheng. Development of erosion and wear of gun barrel[J]. Ordnance Industry Automation，2012，31(6)：44-46. (in Chinese)

[4]SOPOK S，RICKARD C，DUNN S. Thermal-chemical-mechanical gun bore erosion of an advanced artillery system part two：modeling and predictions[J]. Wear，2005，258(1)：671-683.

[5]SOPOK S，RICKARD C，DUNN S. Thermal-chemical-mechanical gun bore erosion of an advanced artillery system part one：theories and mechanisms[J]. Wear，2005，258(1)：659-670.

[6]MONTGOMERY R S，SAUTTER F K. A review of recent american work on gun erosion and it’s control[J]. Wear，1984，94(2)：193-199.

[7]吳斌，夏偉，湯勇，等. 射擊過(guò)程中熱影響及身管熱控制措施綜述[J]. 兵工學(xué)報(bào)，2003，24(4)：525-529.

WU Bin，XIA Wei，TANG Yong，et al. A review on thermal effects during the firing process and measures of their thermal control[J]. Acta Armamentarii，2003，24(4)：525- 529. (in Chinese)

[8]TURLEY D M,CUMMING G,GUMNER A，et al.A meta-llurgical study of erosive wear in a 105 mm tank gun barrel[J]. Wear，1994(176)：9-17.

[9]WOODLEY C，CRITCHLEY R，WALLINGTON D. Qine-tiQ studies on wear and erosion in gun barrels[R]. United Kingdom：QinetiQ LTD Fort Halstead，2004.

[10]張坤，陳光南，彭玉春. 鍍鉻槍管的基體初始燒蝕行為[J]. 理化檢驗(yàn):物理分冊(cè)，2006，42(4)：171-173.

ZHANG Kun，CHEN Guangnan，PENG Yuchun. On the origin of substrate erosion in chromium plated gun barrel[J].Physical Testing and Chemical Analysis(Part A: Physical Testing)，2006，42(4)：171-173. (in Chinese)

[11]LAWTON B. Thermo-chemical erosion in gun barrels[J]. Wear，2001，251(1)：827-838.

[12]高海霞，黃進(jìn)峰，張濟(jì)山，等. 速射武器身管用鋼的白層形成及剝落機(jī)制[J]. 金屬熱處理，2008，33(10)：109-113.

GAO Haixia，HUANG Jinfeng，ZHANG Jishang，et al. Formation and spalling off mechanism of white layer of rapid-firing gun steel[J]. Heat Treatment of Metals，2008，33(10)：109-113. (in Chinese)

[13]UNDERWOOD J H，PARKER A P，VIGILANTE G N，et al. Thermal damage，cracking and rapid erosion of cannon bore coatings[J]. Journal of Pressure Vessel Technology，2003，125(8)：299-304.

[14]COTE P J，KENDALL G，TODARO M E，et al. Laser pulse heating of gun bore coatings[J]. Surface Coating Technology，2001,146-147：65-69.

[15]COTE P J，RICKARD C. Gas-metal reaction products in the erosion of chromium-plated gun bores [J]. Wear，2000,214(1)：17-25.

[16]COTE P J，TODARO M E，KENDALL G，et al. Gun bore erosion mechanisms revisited with laser pulse heating[J]. Surface and Coatings Technology，2003，163：478- 483.

[17]JARAMAZ S，MICKOVIC D，ELEK P. Determination of gun propellants erosivity：experimental and theoretical studies[J]. Experimental Thermal and Fluid Science，2010,34(6)：760-765.

[18]ANDRADE C A，CUNNINGHAM B，NAGAMATSU H T，et al. The cannon-projectile blow-by flow field[R]. Cleveland：JANNAF Propulsion Meeting，1998.

[19]LAWTON B，LAIRD M P B. Influence of gas leakage on heat transfer and wear in gun barrels[R]. San Francisco：16th International Symposium on Ballistics，1996.

[20]DE ROSSERT W S，MONTGOMERY J S. Cobalt-base alloy gun barrel study[J]. Wear，2014，316(1)：119-123.

[21]蔣澤一，李強(qiáng)，薄玉成，等. 火炮身管損傷的研究[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013(5)：221-222.

JIANG Zeyi，LI Qiang，BO Yucheng，et al. Summary on damage of gun barrels[J]. Mechanical Engineering & Automation，2013(5)：221-222. (in Chinese)

[22]CONROY P J，LEVERITT C S，HIRVONEN J K，et al. The role of nitrogen in gun tube wear and erosion[R]. Maryland：Army Research Lab Aberdeen Proving Ground MD Weapons and Materials Research Directorate，2006.

[23]梁西瑤，任英良. 緩蝕添加劑降燒蝕效果及使用性能的研究[J]. 兵器材料科學(xué)與工程，1997，20(3)，24- 30.

LIANG Xiyao，REN Yingliang. Study on erosion reduction and useful properties of inhibitor[J]. Ordnance Material Science and Engineering，1997，20(3)，24- 30. (in Chinese)

[24]WARD J R，BROSSEAU T L. Role of the insulating layer from the TiO2-wax liner in reducing gun barrel wear[R]. Aberdeen Proving Ground：U.S. Army Ballistic Research Laboratory，1980.

[25]陳永才，宋遒志，王建中. 含納米添加劑發(fā)射藥的燒蝕性能研究[J]. 兵工學(xué)報(bào)，2007，28(3)：329-331.

CHEN Yongcai，SONG Qiuzhi，WANG Jianzhong．Thermochemical erosion of propellant with nanometer additives[J]. Acta Armamentarii，2007，28(3)：329-331. (in Chinese)

[26]宋遒志，朵英賢. 納米材料對(duì)發(fā)射藥的影響及身管延壽作用[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32(9)：1173- 1178.

SONG Qiuzhi，DUO Yingxian. Influence of a nanomate-rial on propellant and the function of a nanomaterial for increasing the service life of a gun barrel[J]. Journal of Harbin Engineering University，2011，32(9)：1173-1178. (in Chinese)

[27]WALSH C M，KNOTT C D，LEVERITT C S，et al. Reduced erosion additive for a propelling charge：U.S.，6984275[P].2006-01-10.

[28]HIRVONEN J K，DMAREEL J D，MARBLE D K，et al. Gun barrel erosion studies utilizing ion beams[J]. Surface & Coatings Technology，2005，196(1)：167-171.

Research Status of Gun Barrel Erosion and Inhibitor Mitigation Mechanism

LIN Shaosen, YAN Jun, YU Weibo, LI Hongguang, DU Shiguo

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang050003, Hebei, China)

Serious wear and erosion of barrel has limited the improvement of artillery performance and the extension of service life. In order to extend the life of barrel and increase gun performance, it is necessary to enhance anti-erosion endurance and resistance to attrition of artillery barrel. It summarized the domestic and international research status of wear and erosion mechanism of barrel in terms of thermal damage, chemical corrosion and mechanical wear. It was analyzed that the occurrence and aggravation of wear and erosion was primarily attributed to thermal-chemical-mechanical effects. Based on this, an analysis is made of the mitigation mechanism of the erosion inhibiting agent. The significance of nanometer materials in producing inhibitor is pointed out. And it is also pointed out that inorganic oxide and nitrogenous organic materials could protect gun bore under firing condition. Moreover, prospects in the future are envisioned in the design of inhibitor and provided thought-provoking ideas for the design of new type of inhibitor.

ordnance science and technology；gun barrel；erosion mechanism；inhibitor；mitigation mechanism

2015-05-07

國(guó)家自然科學(xué)基金(51272284)；軍械工程學(xué)院院基金(YJJXM13016)

林少森(1992—)，男，碩士研究生，主要從事兵器科學(xué)與技術(shù)研究。E-mail：lss_xuqing@163.com

TJ303+.1

A

1673-6524(2016)01-0092-05