基于TiAlN和TiAlYN薄膜的火炮身管内膛强化研究

发布时间：2023-12-02 14:49

　　身管是火炮系统的主要部件,关系到武器的总体效能。身管的使用寿命受制于身管内膛表面的烧蚀程度,热因素、化学因素和机械因素严重影响着烧蚀程度,降低三大因素对身管的影响是提高身管寿命的必要途径。针对火炮身管的烧蚀因素,提出用Ti Al N薄膜防护炮钢基体,减轻三大因素对身管的危害。采用材料性能测试与数值仿真相结合的方法,围绕高温氧化实验、摩擦磨损实验、热-结构耦合仿真、摩擦磨损仿真展开,以期对身管防护涂层研究有所启示。1)对身管和镀膜身管进行了热-结构静力耦合分析。研究表明:温度沿身管呈梯度分布,主要热影响区小于1mm;温度的最大值出现在与火药气体接触的表面上,镀膜身管最大温度值较高;无镀膜身管应力最大值出现在内表面,镀膜身管应力最大值出现在镀层与炮钢的界面处。2)对比分析了Ti_0.70Al_0.30N薄膜与Ti_0.50Al_0.50N薄膜的氧化性能。研究表明:氧化前,两种薄膜与炮钢结合良好;氧化后,Ti_0.70Al_0.30N薄膜表面生成了铁的氧化物,Ti_...

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 火炮身管烧蚀机理
        1.2.1 热因素的影响
        1.2.2 化学因素的影响
        1.2.3 机械因素的影响
        1.2.4 镀层身管烧蚀的原因
    1.3 国内外对提高火炮身管寿命的研究
        1.3.1 Cr层对提高火炮身管寿命的研究
        1.3.2 Ta薄膜对提高火炮身管寿命的研究
        1.3.3 激光处理对火炮身管寿命影响的研究
    1.4 TiAlN薄膜及TiAlYN薄膜的研究现状
        1.4.1 国外研究现状
        1.4.2 国内研究现状
    1.5 课题的主要研究内容和技术路线
第2章 实验设备与样品
    2.1 多弧离子镀
    2.2 扫描电镜
    2.3 X射线衍射
    2.4 摩擦磨损仪器
    2.5 样品的制备
第3章 火炮身管的热-结构耦合分析
    3.1 无镀膜身管和镀膜身管有限元模型的建立
    3.2 无镀膜身管和镀膜身管的有限元分析结果
        3.2.1 温度场
        3.2.2 应力场
        3.2.3 应变场
    3.3 本章小结
第4章 Al含量对Ti_xAl_1-xN薄膜性能的影响
    4.1 原始薄膜的形貌与相的组成
    4.2 薄膜的氧化性能
        4.2.1 氧化动力学曲线
        4.2.2 氧化后薄膜的表面形貌
        4.2.3 氧化后薄膜的XRD图谱
        4.2.4 氧化后薄膜的截面形貌
    4.3 元素扩散的影响
    4.4 本章小结
第5章 添加Y对镀膜炮钢氧化性能的影响
    5.1 薄膜的形貌
    5.2 薄膜的氧化性能
        5.2.1 薄膜的氧化动力学曲线
        5.2.2 氧化后薄膜的表面及截面形貌
        5.2.3 氧化后薄膜的XRD图谱
        5.2.4 氧化后薄膜的截面形貌
    5.3 本章小结
第6章 TiAlN薄膜与TiAlYN薄膜的摩擦磨损性能
    6.1 磨痕形貌
        6.1.1 TiAlN薄膜的磨痕形貌
        6.1.2 TiAlYN薄膜的磨痕形貌
    6.2 TiAlN薄膜与TiAlYN薄膜的摩擦系数
    6.3 样品的表面硬度
    6.4 摩擦的数值仿真
        6.4.1 有限元模型的建立
        6.4.2 数值仿真结果及分析
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢



本文编号：3869886