Броня для бронежилета

25 фев 2014

Изобретение относится к получению стойких при работе покрытий при стрельбе от пулевого удара и может быть использовано для повышения работоспособности бронежилета от пулевого удара.

Бронезащита с многослойным покрытием в соответствии с изобретением работоспособна в процессе пулевого удара. Предлагается наносить на подложку из металла слои высокотвёрдого покрытия, чередующиеся с высокопластичными покрытиями. Для покрытия металла высокотвердыми покрытиями используется плазменно – кластерный метод. Приемлемым для получения пластичного никелевого покрытия является метод конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ). Оба метода позволяют получить плотные и равномерные по толщине покрытия. Сродство металлической основы высокотвердых покрытий с никелевым покрытием обеспечивает прочную адгезию между слоями различных покрытий.

Из уровня техники известно изготовление бронепластин для бронежилетов из бронированной стали, или керамики, или композиционного материала (см., например, патент RU 2075720).

В заявке WO 2007/042877описано изготовление пуленепробиваемой структуры для индивидуальной защиты из оксида алюминия, пуленепробиваемого стекла, карбида бора.

Для повышения стойкости брони к проникновению пуль предложены различные технические решения.

Из заявки  WO 2005/047807 известна броня, содержащая разрушающая пули структуру из по меньшей мере одного разрушающего пули слоя и расположенный за ней по меньшей мере один слой, содержащий баллистически стойкие волокна для захватывания осколков пули.

В патенте RU 2090828 раскрыто упрочнение брони, изготовленной из низкоуглеродистой легированной стали, путём поверхностного диффузионного насыщения упрочняющими элементами, нагрева под закалку, закалки и низкого отпуска.

Предлагаемая броня для бронежилета включает многослойное покрытие на пластинах, выполненных из стали. Для получения многослойного покрытия поочередно наносят слои никеля толщиной 7-10 мкм методом конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ), и слои карбида хрома толщиной 145-150 мкм, плазменно-кластерным методом. Суммарно многослойное покрытие включает 3 слоя никеля и 3 слоя карбида хрома. 

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение стойкости бронежилета к пулевому удару за счет создания системы покрытий, имеющих высокую плотность и прочность связей между собой и подложкой, в качестве которой выступают металлические защитные пластины бронежилета.

Процесс осуществляется следующим образом. Заготовку, например, сталь 10 или 20 (основа – железо) обрабатывают в ацетоне с последующей обдувкой сжатым воздухом. Это позволяет удалить загрязнения с поверхности заготовки. Далее проводят очистку поверхности подложки путем травления ее в растворах кислот с последующей очисткой потоком ионов и нанесения затем многослойного покрытия на подложку.

Затем заготовку устанавливают в приспособление в рабочем объеме камеры установки КИБ. Осуществляют вакуумирование рабочего объема установки до 1 * 10-5 мм рт. ст. и вводят в рабочий объем аргон до достижения давления 4 * 10-2 мм рт. ст. После этого в зоне воздействия дугового разряда создают электрическую мощность 2 – 3 кВт. Это обеспечивает формирование потока, содержащего ионы аргона, и осуществление процесса очистки поверхности подложки ионами аргона. Время очистки составляет 30 – 40 минут. После очистки ее поверхности наносят слой никеля 7 – 10 мкм. Затем проводят термообработку при температуре 0,9Ткр, где Ткр – температура кристаллизации стали. Скорость нагрева при термообработке не превышает 20 °С в минуту. Такой прием позволяет интенсировать процессы диффузии на границе раздела сталь – никелевое покрытие и проводить уплотнение покрытия за счет процесса самодиффузии. Время выдержки составляет 80 – 100 минут. Температура достигается в процессе бомбардировки поверхности подложки ионами аргона и частично атомами и ионами никеля. Нанесение никеля осуществляют из порошка. Мощность при этом составляет 4 – 6 кВт. Далее заготовку с никелевым покрытием охлаждают в камере до температуры 100 ± 20 ° C и затем устанавливают заготовку в плазменно – кластерную установку. После вакуумирования рабочего объема до 10-2 мм рт. ст. заполняют рабочий объем аргоном до давления 50 Па. Затем осуществляют напыление порошка карбида хрома на никелевое покрытие. Толщина покрытия 145 – 150 мкм. Затем на карбид хрома наносят никелевое покрытие 7 – 10 мкм. Поверх никеля наносят вновь карбид хрома, толщиной 145 – 150 мкм, а затем поверх этого покрытия наносят никель 7 – 10 мкм и завершают нанесением вновь карбида хрома поверх никеля.

Операции последних двух покрытий высокотвердого и высокопластичного осуществляют по той же технологии, что и в первом случае. Далее проводят термообработку при температуре 700 – 750 °C. Время выдержки 40 – 50 минут. Скорость нагрева не более 15 °C в минуту.

Покрытие из трех высокотвердых слоев, чередующихся с тремя высокопластичными слоями, позволяет создать высокопрочный барьер для прохода пули насквозь через этот барьер. Обеспечивается это тем, что пуля при ударе о первый высокотвердый слой теряет свою ударную энергию за счет эквивалентного напряжения создаваемого материалом (карбидом хрома). Оно всегда превышает давление, породившее его. Последующий высокопластичный никелевый слой релаксирует остаточные напряжения, также созданные пулей при ее ударе о защитный карбидный слой.

Последующие два таких слоя играют ту же роль, что и первый слой, состоящий из никелевого и карбидного покрытия.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Пример 1. В качестве подложки использовали сталь 10, основа которой железо. Перед началом проведения нанесения покрытий подложку обрабатывали в ацетоне и обдували сжатым воздухом до полного удаления продуктов загрязнения с поверхности. Проводили травление подложки в растворе соляной кислоты, промывку в воде и обдували сжатым воздухом. После очистки поверхности подложку устанавливали в приспособление, расположенное в установке КИБ. Затем осуществляли вакуумирование рабочего объема установки до 1 * 10-5 мм. рт. ст. и после этого в объем вводили аргон до достижения давления 4 * 10-3 мм. рт. ст. После этого в зоне воздействия дугового разряда создавали электрическую мощность 2+1 кВт. Это обеспечило формирование потока,  содержащего ионы аргона, и осуществление очитки поверхности подложки ионами аргона. Время очистки составляло 35 минут. Затем на очищенную поверхность наносили никель толщиной 7+3 мкм. Нанесение никеля осуществляли из порошка никеля. После визуального контроля никелевого покрытия проводили термообработку при температуре 0,9Ткр стали. Скорость нагрева подложки не превышала 15 ° C в минуту. Установленный режим позволял интенсифицировать процессы диффузии, что способствовало сращиванию покрытия с подложкой, уплотнить покрытие благодаря самодиффузии атомов никеля в покрытии. Время выдержки составляло 25 минут. Охлаждение после окончания процесса покрытия проводили в камере установки. При достижении температуры 80 °C далее проводили охлаждение на воздухе.

Далее последовательно наносят слой никеля и карбида хрома, и снова слой никеля и карбида хрома при тех же режимах. Окончательно многослойное покрытие включает три слоя из никеля и три слоя из карбида хрома, чередующиеся между собой.

При нанесении каждого слоя никеля и карбида хрома происходит диффузия никеля в покрытие карбида хрома. Тем самым граница раздела между ними исчезает, что благоприятно сказывается на гашении удара от пули и релаксации напряжений, возникающих при ударе. Тройной слой покрытий, чередующихся между собой (высокопластичный – высокотвердый) обеспечивает целостность бронезащитного материала.

В случае использования подложки из алюминиевого или магниевого сплава с нанесенным покрытием из трех чередующихся слоев можно обеспечить как целостность бронезащитного жилета, так и легкий его вес в целом.

Авторы: Семенов В.Н., Костычев В.И.

Персона для контакта

Виктор Никонорович Семенов
Заместитель генерального директора по науке

ООО "МК ИНВЕСТ"

1210549, г. Москва, Бережковская наб., 6

О компании