JPH06347196A - 砲身の内面構造 - Google Patents

砲身の内面構造

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JPH06347196A
JPH06347196A JP16383893A JP16383893A JPH06347196A JP H06347196 A JPH06347196 A JP H06347196A JP 16383893 A JP16383893 A JP 16383893A JP 16383893 A JP16383893 A JP 16383893A JP H06347196 A JPH06347196 A JP H06347196A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
barrel
layer
ceramic
sprayed
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP16383893A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiko Hayashi
林  義彦
Osamu Katogi
修 加藤木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41AFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/02Composite barrels, i.e. barrels having multiple layers, e.g. of different materials
    • F41A21/04Barrel liners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41AFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/12Cartridge chambers; Chamber liners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 砲身の内面構造の提供。 【構成】 砲身1の砲尾側内面1aに、基端側部分1d
に向けて次第に拡径する円錐面部1bを形成し、該円錐
面部1bに、内面2gが砲身1の内面1aに合致するよ
うに、セラミックと金属とを使用する溶射材を溶射して
5層以上の溶射層2a,2b,2c,2d,2e,2f
が形成され、かつ、前記混合材の混合比が表層に向けて
セラミックの比率が次第に高まつている。 【効果】 セラミックと金属とを使用する溶射材を傾斜
状態にて溶射して溶射層が形成され、砲身の砲尾側内面
が純度の高いセラミックにて形成されているので、高温
かつ高圧のガス流による砲身内面のエロージョンが良好
に抑制されると共に、良好な結合強度が得られて耐久性
に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、砲身の内面構造に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】従来の火砲の砲身は、鋼に
て製作されている。この種の砲身において、その寿命
は、数百ないし数千回の発射に耐えるように設計されて
いるが、砲身の内面の局部的なエロージョンにより、寿
命が全うされていないのが現状である。このエロージョ
ンは、砲尾の部分に生じ易く、砲身内に装填される弾丸
の初期位置の部分に著しいエロージョンを生ずる。現行
では、砲身の内面に硬質クロムメッキを施し、耐エロー
ジョン性の向上を図つているが、耐熱性に問題があり、
弾丸の発射に際する高温かつ高圧のガス流を繰り返し受
けることにより、早期に硬度が低下する。このため、こ
れに代わる耐熱衝撃性の良好な表面処理方法が求められ
ている。そこで、例えば、砲身の内面にセラミックを溶
射することが考えられるが、セラミックのみを溶射する
場合、耐熱性は良好であるが、砲身の内面処理としては
不適当である。何故なら、セラミックは砲身との線膨張
率が大きく異なるので、砲身としての使用中に割れ、剥
離を生ずるからである。この傾向は、肉厚に形成するほ
ど著しくなる。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、請求項1
の発明の構成は、砲身1の砲尾側内面1aに、基端側部
分1dに向けて次第に拡径する円錐面部1bを形成し、
該円錐面部1bに、内面2gが砲身1の砲尾側内面1a
に合致するように、セラミックと金属とを使用する溶射
材を溶射して5層以上の溶射層2a,2b,2c,2
d,2e,2fが形成され、かつ、前記溶射材の混合比
が表層に向けてセラミックの比率が次第に高まつている
ことを特徴とする砲身の内面構造である。そして、溶射
層2の最外径層(2a)を金属100%にて形成し、最
内径層(2f)をセラミック100%にて形成すること
ができる。
【0004】
【作用】このような砲身の内面構造によれば、砲身1の
基端部に弾薬を装填して繰り返し発射される。弾丸の発
射により、高温かつ高圧のガス流を繰り返し受けること
ととなる砲身1の基端部の内面に、局部的なエロージョ
ンを生ずる傾向を呈する。しかして、砲身1のエロージ
ョンを生じ易い基端側部分1dから前側には、セラミッ
クと金属とを使用する溶射材を溶射して5層以上の溶射
層2が形成され、溶射層2の内面2gは、セラミックの
純度が高まつているので、エロージョンが良好に防止さ
れる。
【0005】また、弾薬の発射により、溶射層2の内面
2gが急激に昇温するが、各溶射層2a,2b,2c,
2d,2e,2fがセラミックと金属とを使用する溶射
材を混合比を次第に変化させて傾斜させて形成してあ
り、隣接する溶射層の線膨張率が近似し、かつ、各溶射
層2a,2b,2c,2d,2e,2fがくさび状断面
にて形成されて接合面積が広く確保されているため、各
溶射層2a,2b,2c,2d,2e,2fの結合強度
が良好であり、更に、各溶射層2a,2b,2c,2
d,2e,2fにひずみが分散される。その結果、溶射
層2を肉厚に形成しても、剥離、割れ等を生じ難い。ま
た、最外径側となる第1溶射層2aは、高純度の金属か
らなるので、鋼製の砲身1の円錐面部1bとの結合性も
良好であり、剥離を生じ難い。そして、溶射層2の最外
径層(2a)を金属100%にて形成し、最内径層(2
f)をセラミック100%にて形成することにより、最
外径層(2a)及び最内径層(2f)に関する上記の作
用が良好に得られる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1〜図3は、本発明に係る砲身の内面構
造の1実施例を示す。図1中において符号1は鋼製の砲
身を示し、砲身1の砲尾側内面1aに、基端側部分1d
に向けて次第に拡径するように円錐面部1bを切削加工
し、この円錐面部1bに接続させて基端側に円筒面部1
cを切削加工し、円錐面部1b及び円筒面部1cに内面
2gが砲身1の砲尾側内面1aに合致するように、セラ
ミックと金属とを使用する溶射材を溶射して溶射層2が
形成されている。円錐面部1bの中心軸線方向の長さL
1 と円筒面部1cの中心軸線方向の長さL2 との和は、
砲身1の全長Lの1/3以上であつて1/2以下の範囲
に形成されている。円錐面部1bは、砲身1に装填され
る弾薬5の弾丸部5aの基端部となる基端側部分1dが
最深部をなすように形成すれば、弾丸部5aと一体をな
す装薬部5bの燃焼に伴うエロージョンの局部的発生箇
所に良好に対応させることができる。
【0007】このような溶射層2は、図3に示すように
溶射機3にて形成され、溶射材の混合比が、表層に向け
てセラミックの比率が次第に高まるように変化してい
る。すなわち、溶射機3にエキステンションガン3bを
取り付け、トーチ3aの先端を砲身1の中心軸線と合致
させた状態で、砲身1を所定速度にて中心軸線回りに一
定方向(矢印A方向)に回転させると共にトーチ3aに
中心軸線方向の送りを与えながら、プラズマアークと共
に溶射材を溶射し、溶射層2を形成する。初めに、図2
に示すように円錐面部1b及び円筒面部1cに薄膜をな
すように第1溶射層2aを形成し、次々に第2,第3,
第4,第5,第6の溶射層2b,2c,2d,2e,2
fを形成する。
【0008】各溶射層2a,2b,2c,2d,2e,
2fの溶射材料には、セラミックと金属とが使用され、
具体的には、金属のNiCoCrAlY 合金とセラミックのジル
コニア(ZrO2)とが使用される。NiCoCrAlY 合金は、線
膨張率が砲身1とほぼ同程度であり、砲身1と第1溶射
層2aとの間及び各溶射層2a,2b,2c,2d,2
e,2fの間の結合性を高める機能があり、かつ、セラ
ミックとの親和性に優れることが知られ、また、ZrO
2は、耐熱性に優れるセラミックの中でも線膨張率が砲
身1に近いことが知られている。更に、ZrO2は、硬質ク
ロムメッキと比較して、ヒートチェック及びスコーリン
グに関し、良好な特性を有し、アブレージョンに関して
もほぼ同様の特性を有することが知られており、表面か
ら急激に高温に加熱された場合であつても硬度低下、剥
離、割れ等を生じ難い材料である。
【0009】各溶射層2a,2b,2c,2d,2e,
2fの溶射材料は、100%NiCoCrAlY 合金の第1溶射
層2aから80%NiCoCrAlY 合金、20%ZrO2の第2溶
射層2b、60%NiCoCrAlY 合金、40%ZrO2の第3溶
射層2cというように、20%づつ混合率を変化させ、
表層をなす第6溶射層2fは、100%ZrO2にて形成さ
れている。かくして、溶射層2は合計で6層をなしてい
るが、5層以上形成すれば、溶射層2に良好な傾斜状態
を与えることができる。このようにして、円筒面部1c
では均一厚さを有し、円錐面部1bではくさび状断面を
有して先端に向けて次第に厚さが減少するように、各溶
射層2a,2b,2c,2d,2e,2fが形成されて
いる。このような厚さが中心軸線方向に変化する各溶射
層2a,2b,2c,2d,2e,2fは、トーチ3a
の中心軸線方向の送り速度の遅速調節によつて、或いは
溶射材料の供給量の増減調節によつて容易に形成するこ
とができる。
【0010】このようにして、砲身1の内径と同径の溶
射層2を形成する。実際には、溶射層2の内面2gは、
セラミック旋盤によつて後加工して仕上げてある。な
お、溶射機3による溶射層2の形成に際しては、砲身1
内を減圧状態として気泡及び酸化を抑制してもよいが、
金属のNiCoCrAlY とセラミックのZrO2とを材料とする溶
射にあつては、鋼製の基材接合面酸化の恐れが殆どない
ので、大気中における溶射も充分に可能である。
【0011】次に上記実施例の作用について説明する。
このような砲身1によれば、砲身1の基端部に弾薬5を
装填して装薬部5bを燃焼させ、弾丸部5aが繰り返し
発射される。装薬部5bの燃焼により、高温かつ高圧の
ガス流を繰り返し受ける砲身1の砲尾側内面1aに、局
部的なエロージョンを生ずる傾向を呈する。しかして、
砲身1のエロージョンを生じ易い基端部には、セラミッ
クと金属とを混合した溶射材を溶射して溶射層2が形成
され、溶射層2の内面2gは、セラミックのZrO2のみか
らなつているので、エロージョンが良好に防止される。
【0012】また、弾丸部5aの発射によつて溶射層2
の内面2gが急激に昇温するが、各溶射層2a,2b,
2c,2d,2e,2fがセラミックと金属とを使用す
る溶射材を混合比を0%から100%へと次第に変化さ
せて傾斜させて形成してあり、隣接する層の線膨張率が
近似しているので、各溶射層2a,2b,2c,2d,
2e,2fの結合強度が良好であることとも相まつて、
剥離、割れ等を生じ難い。各溶射層2a,2b,2c,
2d,2e,2fの結合強度は、砲身1の円錐面部1b
に各溶射層2a,2b,2c,2d,2e,2fがくさ
び状断面にて形成されて接合面積が広く確保されている
ことによつても向上している。更に、各溶射層2a,2
b,2c,2d,2e,2fにひずみが分散されるの
で、剥離等を生じ難い。従つて、膜厚500μmの肉厚
溶射とした場合であつても、良好な接合強度が得られ
る。
【0013】加えて、最外径側となる第1溶射層2a
は、金属のNiCoCrAlY のみからなるので、鋼製の砲身1
の円錐面部1b及び円筒面部1cとの剥離も生じ難い。
すなわち、下記の表1に示すように膜厚500μmの肉
厚溶射とした溶射層2によれば、NiCoCrAlY を下盛りし
てZrO2のみを溶射したもの(膜厚200μm又は500
μm)と比較して、砲身1との溶射層の結合力も良好に
得られる他、熱衝撃試験結果によつて剥離、亀裂を生じ
難いことが目視にて確認されている。ここで、熱衝撃試
験は、900℃の熱浴に10分間保持後、空冷して行つ
た。
【0014】
【表1】
【0015】図4には、装薬として液体燃料(LPG)
を使用する飛翔体発射装置の砲身1に適用した他の構造
例を示す。すなわち、この構造例に係る砲身1は、液体
燃料にて弾丸6aを発射するものであり、弾丸6aが装
填される砲身1の砲尾側内面1aに、砲身1の最基端と
なる基端側部分1dに向けて次第に拡径する円錐面部1
bのみを形成し、装薬部に該当する砲尾6の燃料室7に
は前記実施例の円筒面部1cは形成されていない。そし
て、円錐面部1bには、図2に示す円錐面部1bと同様
の6層の溶射層2a,2b,2c,2d,2e,2fか
らなる溶射層2を形成してある。なお、この構造例の円
錐面部1bの中心軸線方向の長さL1 は、砲身1の全長
Lの1/3以上であつて1/2以下の範囲に形成されて
いる。
【0016】この構造例によれば、点火装置8によつて
燃焼室10内を点火し、噴射ピストン9を後退移動させ
ることにより、燃料室7内の液体燃料の所定量がピスト
ンノーズ部11から燃焼室10内に噴出し、燃焼室10
内での燃焼ガス圧により弾丸6aが発射される。しかし
て、砲身1の基端部に多層をなす溶射層2a,2b,2
c,2d,2e,2fが形成されているので、耐エロー
ジョンに関し、前記実施例とほぼ同様の作用を得ること
ができる。ところで、上記の実施例にあつては、溶射材
料の金属としてNiCoCrAlY 合金を使用したが、NiCrAlY
合金としてもほぼ同様の作用を得ることができる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る砲身の内面構造によれば、セラミックと金
属とを使用する溶射材を傾斜状態にて溶射して溶射層が
形成され、砲身の砲尾側内面が純度の高いセラミックに
て形成されているので、高温かつ高圧のガス流による砲
身内面の局部的エロージョンが良好に抑制されると共
に、良好な結合強度が得られて耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例に係る砲身の内面構造を示
す断面図。
【図2】 同じく要部を拡大して示す断面図。
【図3】 同じく砲身の内面処理方法を示す斜視図。
【図4】 同じく他の構造例を示す断面図。
【符号の説明】
1:砲身、1a:砲尾側内面、1b:円錐面部、1c:
円筒面部、1d:基端側部分、2:溶射層、2a,2
b,2c,2d,2e,2f:溶射層、2g:内面、
3:溶射機、3a:トーチ、3b:エキステンションガ
ン、5:弾薬、5a:弾丸部、5b:装薬部、6a:弾
丸。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 砲身の砲尾側内面に、基端側部分に向け
    て次第に拡径する円錐面部を形成し、該円錐面部に、内
    面が砲身の内面に合致するように、セラミックと金属と
    を使用する溶射材を溶射して5層以上の溶射層が形成さ
    れ、かつ、前記溶射材の混合比が表層に向けてセラミッ
    クの比率が次第に高まつていることを特徴とする砲身の
    内面構造。
  2. 【請求項2】 溶射層の最外径層が金属100%にて形
    成され、最内径層がセラミック100%にて形成されて
    いることを特徴とする請求項1の砲身の内面構造。
JP16383893A 1993-06-10 1993-06-10 砲身の内面構造 Pending JPH06347196A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511710B2 (en) * 1999-04-30 2003-01-28 Rheinmetall W & M Gmbh Method of internally coating a weapon barrel by a plasma flame

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511710B2 (en) * 1999-04-30 2003-01-28 Rheinmetall W & M Gmbh Method of internally coating a weapon barrel by a plasma flame

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