QBZ191步枪看得到的黑科技—金属表面处理

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[这是一篇对191步枪金属零件表面处理技术深度解析的文章，从枪械用金属零件的表面处理开讲，对传统表面处理在枪械制造中的不足进行分析,对191步枪金属应用的表面处理技术进行技术讲解，表面处理技术，是看的见的技术， 但是并不是看的透的技术，各种技术路线，神秘且繁多，191步枪应用的表面处理技术到底有什么优势呢？敬请认真阅读吧！！！]

QBZ191步枪外形图

在珠海航展撸枪时，拉动枪机的感觉实在是难忘，平滑柔稳无摩擦，这什么技术啊，弄得体验感这么优秀。仔细观看了拉机柄的颜色并深记于心，在网络中到处查找相同色泽的机械零件图片，就是找不到。近日出差时与昔日的高中同学小聚，席间得知从事表面处理研究，掏出手机看图片，一眼判定是离子镀。“怎么认的？”，“色泽冷、硬、光滑带色点，密、细、均匀无印记，这就是离子镀的外观特点”。

传统枪械零件的表面处理

在191步枪之前，国内对枪械用金属零件的处理主要有氧化（发蓝或发黑）或锰系黑色磷化，对铝合金零件采用硬质阳极氧化技术，以及其它的电镀或是喷漆处理等，在枪械上一般需要电镀零件主要有枪管、活塞、导气箍等零件，历史最尖端的是镀铬处理，一度成为核心工艺。可能很多读者没有见过镀铬的枪管色泽，其实很简单生活中很常见，比如银白色的千分尺，银白色的汽车标识等，就是镀铬后的效果；

镀铬的游标卡尺

QBZ95步枪的枪管采用锰系磷化处理

在枪械上的铝合金零件采用硬质阳极氧化处理，铝合金阳极氧化后的化合物就是三氧化二铝，也有人叫他铝酸铝，硬是它的最大特点，在生活中煮米饭的电饭锅里黑色的就是三氧化二铝，当然，如果用的电饭锅是涂了不沾油涂层的就另当别论了，不沾油的涂层叫聚四氟乙烯（塑料王），属于致癌物质。如果真是，建议赶快扔了吧，不信我，可以去问百科，去问度娘。

在枪械上对黑色金属用的最多的表面处理是锰系磷化和氧化处理，两者都属于传统的表面处理手段，从外观就能判断出哪个是磷化，哪个是氧化。磷化工艺处理的表面疏松，吸光性好，氧化工艺处理的表面泛光且致密，业内人一眼就看出。在装配工艺中，锰系磷化处理后的零件无法应用磁力探伤来检测，在枪械制造中，只要应用该技术，微观裂纹也就无法检测，好的一面是可以进行再处理，看国外枪械多彩精美的上色处理，就是在磷化膜层的基础上再处理而成。氧化处理能检测零件的微观裂纹，但在色泽一致性和再处理方面就及磷化。

锰系磷化处理的零件

采用氧化处理的85式冲锋枪

枪械制造中传统表面处理技术的不足

不管枪械制造中应用电镀、氧化，还是锰系磷化，他们共同要面对的技术难题主要有3个：

1.技术途径多，工艺复杂，不可控因素多、废品率高、造成总体成本高，由于不同金属和不同构件要求，会选用不同的表面处理工艺，只要工艺条件发生变化或工艺方法增多，在经济性和质量控制方面的难度就越大。

2.零件不能返修或维修，为枪械装配带来极大挑战，这一制约枪械自动化装配技术发展的难题至今都没有得到解决。由于枪械的零件大多数属于动配合，零件尺寸公差较大，导致装配尺寸累计问题客观存在，在成堆满框的大批量零件中，一次性能全部满足装配的技术条件的连一半都不到，剩余的全靠选配或修配来解决，磷化或氧化的零件在修理时一动刀就破膜，肉体裸于空气，防锈全靠油，用不了多久，锈迹斑斑，寿命终结。由于二次处理性能太差，原本和谐的一对，在二次表面处理后表面质量和尺寸都将发生变化，装入后和谐变对立。面对这些工艺难题，作业中将裸露面进行喷涂处理，在应用过程中易掉落、易磨损和易变色，最终沦为为质量差劣的风评。

3.不同材料或不同表面处理工艺所获得的表面层存在色泽，厚度、附着力、抗腐蚀、耐磨等性能不统一，就是不同材料采用同种处理工艺，得到的表面色泽也不一样，或这严重影响了枪械总体质量的提升，从过军的爱好者对95步枪枪机与机匣结合的导轨记忆深刻吧，估计所有枪械的阳极氧化膜都被枪机磨光。

新枪的铝合金氧化层掉落严重

离子镀的原理

离子镀在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物（原子或离子）沉积在基片上的方法。镀层沉积的过程为：

在真空室内采用真空弧光放电技术在阴极材料表面发生放电，使阴极材料表面蒸发，形成原子或离子，在电场作用下，带电的原子或离子在电场中沿着电力线方向高速轰击阳极的工件表面，凡是有电场存在的部位，均能获得离子的轰击。同时，给真空室内充入反应气体，通过气体和原子与离子的反应，在构件表面形成性能优良的镀层。常用的阴极材料一般也称靶材，多采用钛、镍、镐、铬等金属或合金，常用的反应气体为氮气、碳氢化合物等，经过反应后可获得TiN, TiC, CrC, ZrC等镀层。   

离子镀膜机的原理

这种技术最早由D. M. Mattox在1963年提出理论逐步完善直到成熟，国内在2010年前后得到全面突破并广泛应用。

黑色镀层的发展

按照离子镀膜层的厚度及应用可分为装饰薄膜和功能厚膜。装饰薄膜主要用在提高工件装饰性和抗大气腐蚀,膜层δ一般在（3～5）μm。功能厚膜主要用在提高工件耐磨性和耐蚀性,膜层δ≥40μm以上,现已在代替电镀硬铬工艺方面取得广泛应用的成果。在191步枪上应用的正是功能厚膜，由于枪械要求色泽是亚光黑色，在离子镀中符合色泽的最佳镀膜是黑色镀膜，吸光率超过90%，这是传统表面处理远远不及的效果。

说到枪黑色镀膜TiC的发展，在90年代就被研制成功，本质并不是全黑，而是灰黑，现已经过灰黑到黑色，深黑到乌黑，同时还开发了其它系列黑膜。下图为化合物颜色和膜色的颜色对比，从中可以看到，两者之间还是有差异的。

离子镀枪械上应用的技术优势

从全国各地对企业电镀生产线的治理来看，当前在全国能从事电镀的企业越来越少，电镀工艺对环境污染严重是被治理的部分因素，关键的是工业界出现了代替电镀技术的新工艺与新方法，不是皇帝老儿不中用，而是太子爷要上位。离子镀是在真空环境下完成工艺,对环境没有污染,是工业界代替电镀技术的主要技术之一。

从191步枪上可见的金属零件来判断，铝合金的零件并没有采用这一黑科技，枪管和导气箍相关构件也没有采用，枪机和扳机的色泽较近，所以估计在发射机、复进机和枪机组件上应用了离子镀技术。采用黑色离子镀工艺，一个缺点就是成本较高，从191步枪上应用情况来看，这肯定会成新步枪未解之谜。相对于传统枪械的表面处理，离子镀在枪械制造中的优势主要有：

可获得摩擦系数小，硬度高且极耐磨的镀层；在机械加工中常用的硬质合金刀具，一般硬质合金的HV值为1850--2000，对它的表面进行离子镀处理后，显微硬度超过2000HV，达到优质陶瓷的硬度（2400HV～2800HV），耐磨性更是卓越的成倍提高。这一特征正是新步枪自动机稳定运行所需；

从离子镀的技术指标参数来看，镀层的物理化学性能稳定，具有抗高温氧化和耐腐蚀性；能有效的提高枪管高温和往复运动构件在高速运动中的磨损。

离子密度大、结合速率高，入射能量大，镀层与金属结合力极高，与金属机体之间存在渗透关系；镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀。在棱面和凹槽都可均匀镀覆，不致形成金属瘤。螺纹也能镀，还能修补工件表面的微小裂纹和麻点等缺陷，可有效地改善被镀零件的表面质量和物理机械性能。疲劳试验表明，如果处理得当，工件疲劳寿命可比镀前高20%～30%。

具有极高的外观质量，能覆盖构件工艺纹理，镀层均匀美观，可实现多种色泽的彩色膜层；

过程节能环保，在真空环境完成，速度快，节电、节水，不用高温，不污染环境。这与当前国家环保与经济、社会和谐发展的指导方针和国情相一致。

镀层可以层层叠加，实现不同功能镀膜的联合防护，这一技术优势，为枪械装配和修理修复带来巨大方便。可以和其它表面处理工艺衔接应用，能对不同金属构件组成的部件或组件进行整体式表面处理，这是磷化或氧化所不能的。在一个组件中，有不同的黑色金属材料和铝合金等零件，采用离子镀，组件整体镀层将成为现实。能避免传统作业时频繁分解的重复工作。

QBZ191步枪外形图

这篇文章对191步枪零件的表面处理技术进行解读，至于该项技术下更多的性能技术参数，还请大家检索想过技术文献，在此由于篇幅有限，不做详细介绍。文中引用相关文献图片，在此表示感谢。

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