[发明专利]一种模拟火炮烧蚀的试验装置及方法

说明书

本发明提供一种模拟火炮烧蚀的试验装置及方法，属于材料测试装置技术领域。该装置气体混合箱、气体湿度发生箱、激光器、运动系统和红外测温仪。气体通过进气口进入气体混合箱，混合后经出气口进入气体湿度发生箱，通过气体湿度发生箱中的气泡石调节气体中的水含量，形成火药燃气模拟气氛。然后气体通过气体流量调节器控制到达吹气口，吹气口面向被测试样品，被测试样品旁设置红外测温仪。控制激光器的功率和运动系统的参数，使激光束和火药燃气模拟气氛同时快速扫描样品的表面，多次循环后，分析样品的表面形貌与质量变化。本发明能够模拟火炮发射时化学‑热耦合侵蚀作用，实现对材料或涂层的抗烧蚀能力的快速评估。

技术领域

本发明涉及材料测试装置技术领域，特别是指一种模拟火炮烧蚀的试验装置及方法。

背景技术

在火炮服役情况中，烧蚀一直是影响身管寿命的重要因素，尤其是在高能发射药时，烧蚀对火炮身管的侵蚀作用更为显著。在射击过程中，身管内膛在短时间内承受火药燃气的高温、高压、冲刷和化学腐蚀侵蚀，同时还受到弹带的挤压和磨损，工况十分恶劣。在经过一定数量的射击后，高温火药气体对身管内膛产生烧蚀损伤，随着内膛损伤程度的加重，直接影响射击精度、初速等战技指标。

在火炮发射时，火药爆燃的瞬间温度高达2500～3500K，身管内壁温度可在5～50ms内达到1270K，高温下的火药燃气对身管有极强的化学侵蚀。火炮发射药，一般都是由C、H、O、N组成，生成的火药气体一般也主要由CO、CO₂、H₂、H₂O及N₂组成，可能还有少量的NH₃和CH₄，以及微量的COS、KOH、HCN等。一般认为，推进气体的侵蚀主要包括渗碳、氧化、氢脆。主要有高温下CO、CO₂为炮膛界面提供碳原子，C原子扩散到炮管基体材料中，降低炮管材料的液-固相线，推进气中的O还会扩散至内膛发生氧化，形成FeO等脆性层，此外推进气中的H₂O和H₂也会与炮膛界面反应产生氢气腐蚀。高温下的化学烧蚀导致炮管内膛材料发生变质，最后被弹带的挤压磨损作用下，身管内膛内弹道性能发生变化，最终导致炮管的失效。

现在工程上主要靠靶试试验来进行火炮的寿命评估，成本高，周期长。实验室也有密闭(专利[201810041394.3]，专利[201811524226.6])、半密闭爆发试验装置，模拟火药高温高压及冲刷的工况，可以初步达到对材料抗火药烧蚀性或者特殊火药烧蚀性能的评定。但密闭或者半密保爆发试验都需要通过火药进行引爆，具有一定的危险性，且测试样品需要加工成环形试件，对部分材料来说，加工过程较为困难。而其他常用的烧蚀模拟的实验方法，包括氧-乙炔火焰法、激光驻点法、电弧烧蚀法都主要是考查热的烧蚀作用，难以模拟出火炮内膛的化学侵蚀作用。因此，发明一种更加快速高效较为安全的方法来模拟材料抗火药烧蚀的行为是非常必要的。

发明内容

本发明针对火炮快速的循化高温下推进气体的化学热侵蚀行为，提供一种模拟火炮烧蚀的试验装置及方法，从热-化学耦合烧蚀的角度，对火炮的烧蚀进行模拟，达到快速对比材料或涂层耐火药烧蚀的行为的目的。

该装置包括火药燃气模拟气氛制备装置和循环扫描装置；其中，火药燃气模拟气氛制备装置包括气体混合箱、风扇、止逆阀、气体湿度发生箱、微孔气泡石、湿度传感器、气体流量调节器，循环扫描装置包括运动系统、激光器和红外测温仪，气体混合箱连接进气口和出气口，气体混合箱内设置风扇，出气口通过管道连接气体湿度发生箱，出气口所连接的管道上设置止逆阀，气体湿度发生箱内设置微孔气泡石，气体湿度发生箱出口的管道上设置湿度传感器和气体流量调节器，气体湿度发生箱出口所连接的管道末端为吹气口，吹气口下方放置被测试样品，运动系统连接激光器，激光器正对被测试样品，被测试样品旁设置红外测温仪。

其中：