身管武器除銅劑的研究

梁家豪，許 諾，陳春林，張文博，何利明

(1.中北大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院, 太原 030051;2.瀘州北方化學(xué)有限公司, 四川 瀘州 646605)

火炮是以火藥為能源，利用火藥燃燒形成燃?xì)鈮毫戆l(fā)射彈丸的一種身管射擊式武器[1]。18世紀(jì)初逐漸出現(xiàn)線膛炮，在炮膛中刻筑膛線可以使彈丸旋轉(zhuǎn)起來，以加強(qiáng)火炮射擊精度與威力。因此，在19世紀(jì)60年代采用線膛炮后，隨著銅質(zhì)彈帶的使用，火炮射擊時(shí)，彈丸在膛內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其彈帶在膛線上受到切割與摩擦，使部分銅黏附在膛線上；膛線上積銅增多，使陰線與陽線表面不平滑，從而影響了彈丸的正常運(yùn)動(dòng)和降低射擊精度，在積銅嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)炸膛現(xiàn)象[2]。

為了減少和消除炮膛內(nèi)部積銅的影響，需要在發(fā)射藥裝藥中加入除銅劑，其用量占裝藥總量0.5%～2.0%。除銅劑是一種低熔點(diǎn)的合金，其在火藥燃?xì)獾淖饔孟拢兂烧羝麪顟B(tài)，和積銅生成共熔物附在膛面上，很容易被燃?xì)饣蛳乱话l(fā)彈帶走，進(jìn)而達(dá)到除去積銅的目的[2]。目前，鉛作為除銅劑使用在發(fā)射藥裝藥中已經(jīng)有近百年的歷史了。由于加入了除銅劑，在發(fā)射時(shí)容易形成炮口煙，炮口煙中所含的鉛對(duì)火炮乘員存在著潛在的威脅。另外，鉛煙與鉛塵顆粒小，在空氣中漂浮時(shí)間長，易被人吸入體內(nèi)，會(huì)使長期從事相關(guān)科研、射擊等工作的人員造成鉛中毒[3-4]。

盡管大量的實(shí)驗(yàn)證明金屬鉛作為除銅劑能夠有效除去炮膛內(nèi)部的積銅，但鉛除銅劑的銹蝕問題還未能解決。不但直接影響著彈藥的長期貯存，還影響著彈藥的正常使用，排放在環(huán)境中的鉛物質(zhì)也會(huì)嚴(yán)重危害著使用人員的生命健康。因此，急需一種綠色除銅材料來代替鉛的使用，以提高彈丸發(fā)射的穩(wěn)定性和射擊精度。本文分析比較了多種低熔點(diǎn)金屬的性質(zhì)，得出與鉛一樣有低熔點(diǎn)的金屬鉍，具有除銅的潛力，重點(diǎn)介紹了火炮除銅試劑的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及幾種低熔點(diǎn)合金與銅擴(kuò)散性和金屬間化合物的研究現(xiàn)狀。

1 國內(nèi)外研究進(jìn)展

1.1 除銅劑

在發(fā)射時(shí)，發(fā)射藥產(chǎn)生的高溫、高壓火藥燃?xì)飧咚倭鬟^槍管，以對(duì)流放熱方式和輻射放熱方式向膛壁散熱；彈頭在擠進(jìn)膛線的過程中，會(huì)發(fā)生變形，從而產(chǎn)生熱量。因此彈頭上銅會(huì)沉積在內(nèi)膛表面，從而影響彈丸彈道，使外彈道飛行不穩(wěn)定，降低了射擊精度，甚至嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)炸膛，危及裝備和人員安全。鉛除銅劑在發(fā)射藥中的應(yīng)用已有上百年的歷史。國外對(duì)鉛除銅劑的除銅原理作了詳細(xì)論述，而且還研究了一些除銅添加劑，來考慮替代鉛除銅劑。

Wayne M.Robertson[5]早在1975年就提出了金屬鉛在槍管上的除銅作用的機(jī)理：鉛熔化并以液態(tài)金屬形式存在身管中；液態(tài)鉛溶解沉積的銅； 然后將溶解銅的鉛液滴的從身管中帶出。并指出低熔點(diǎn)金屬鉍和鉍合金是可以有效取代鉛的除銅合金。

Darwin B.Harting[6]在1995年發(fā)明了一種適用于中型和大型口徑火炮的襯墊。該襯墊可以防止膛線磨損，能有效減少火藥氣體對(duì)膛線的侵蝕。在該襯墊內(nèi)部涂上了一種可以有效減少火炮掛銅的物質(zhì)，并指出該物質(zhì)由過渡金屬化合物和非過渡金屬化合物組合而成，如鉍、錫、銦等金屬及其化合物。

Henry H.Raines等[7]在1996年發(fā)明了一種無鉛除銅添加劑，其由分散在可燃粘合劑中的粉狀添加劑組成。其中最合適的除銅劑是將金屬鉍分散在硝酸纖維素粘合劑中。當(dāng)發(fā)射藥裝藥被點(diǎn)燃時(shí)，鉍金屬蒸發(fā)或液化，并且使銅殘留物脆化或溶解，使銅更容易去除。

Sven-Eric Johansson[8]在2003年發(fā)明了一種混合在發(fā)射藥中的除銅劑，主要包含錫和鉍的混合物，并且指出錫和鉍的混合物是一種非常好的除銅劑，尤其是錫和鉍之間的比例在10%～62%Sn和90%～38%Bi之間，特別是在42%Sn58%Bi的比例下，該組合的熔點(diǎn)是138 ℃，比其中任何一個(gè)物質(zhì)熔點(diǎn)低的多。

在國內(nèi)，關(guān)于除銅劑的研究只報(bào)道了一些用于武器保養(yǎng)的擦拭劑以及炮膛擦拭的設(shè)備。2010年，田慶濤[9]分析了身管內(nèi)膛特別是膛線起始部的擦拭對(duì)起始彈道中彈丸擠進(jìn)壓力、首發(fā)近彈、脹膛、膛炸、身管壽命等有重要影響。武器擦拭是指在彈丸射擊試驗(yàn)完成后對(duì)武器身管內(nèi)膛進(jìn)行清理所采用的一種工藝方法，目的是去除射擊殘留物銅垢及發(fā)射藥燃燒產(chǎn)物，清潔炮膛，保障武器的正常使用[10]。

張林萱[11]研究了在彈藥的長期儲(chǔ)存時(shí)，鉛除銅劑的銹蝕、防護(hù)問題。通過在除銅劑的制造時(shí)均勻地涂覆一層護(hù)膛劑來克服除銅劑的銹蝕。

毛法根[12]在1985年指出火炮掛銅不是存粹的銅，它是在連續(xù)射擊中形成的，是一層銅一層火藥殘?jiān)亩鄬咏Y(jié)構(gòu)，與一般除銅有區(qū)別。并在原一號(hào)除銅擦拭劑(200 g/L碳酸銨，5～10 g/L重鉻酸鉀)的基礎(chǔ)上，研究了銅在身管中的腐蝕規(guī)律和放電機(jī)構(gòu)，介紹了研制適合我國防銹清洗劑的特點(diǎn)：除銅、去垢兩用，操作簡單，生產(chǎn)簡單，安全可靠性強(qiáng)。

朱絨霞[13]在2005年論證了利用化學(xué)方法除銅的機(jī)理，并對(duì)清洗溶液(氧化劑Na2S2O3∶絡(luò)合劑NH4HCO3∶緩蝕劑NaNO2=1∶1∶0.6)的除銅機(jī)理進(jìn)行了研究：銅能被強(qiáng)氧化劑Na2S2O3氧化成銅離子，銅離子又與NH3生成[Cu(NH3)4]2+絡(luò)離子；緩蝕劑NaNO2防止身管材料發(fā)生腐蝕。

譚勝等[14-15]研制出了一種清除火藥殘?jiān)腝F炮膛擦拭劑(潤滑基礎(chǔ)油，有機(jī)溶劑5%～30%，粘度指數(shù)改進(jìn)劑3%～10%，油溶性緩蝕劑5%～20%)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定和實(shí)際使用結(jié)果表明，其對(duì)火藥殘?jiān)秃湍猃垰堅(jiān)辛己玫娜コ饔?，是一種應(yīng)用前景廣泛的武器維護(hù)保養(yǎng)新材料。

劉慶君[10]等在2010年闡述了火炮射擊和殘留物產(chǎn)生的過程以及其主要成分；并總結(jié)了除去火炮身管內(nèi)膛內(nèi)不同殘留物的不同的擦拭工藝，分別是利用化學(xué)方法除去掛銅，機(jī)械方法除去火炮燃燒殘留物，機(jī)械力除去彈帶的黏附。

楊國鋒[16]在2015年發(fā)明了一種包括電解水的武器保養(yǎng)液，可以很方便、快捷地提供pH值可調(diào)的電解水，有效地擦拭武器射擊后槍管和炮膛內(nèi)產(chǎn)生的金屬掛銅及其他污垢，并且擦拭保養(yǎng)武器后不會(huì)有金屬離子殘留，防銹可達(dá)3個(gè)月以上。

綜上所述，對(duì)于身管武器射擊后殘留在身管內(nèi)的掛銅，通常采取將低熔點(diǎn)合金加入到發(fā)射藥裝藥中或?qū)ξ淦魃砉苓M(jìn)行擦拭的方式將其去除。

目前，國內(nèi)在不斷研制新型除銅擦拭劑來提高當(dāng)前的除銅效果，但是炮膛擦拭方法多采用人工擦拭模式，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、擦拭效率低等問題。盡管有許多人也研制了不少配備的火炮自動(dòng)擦拭設(shè)備[17-19]，來替代人工擦拭模式，但設(shè)備的體積、重量、功能設(shè)置及操作均無法實(shí)現(xiàn)單兵可以搬運(yùn)和操作的程度，已不能滿足部隊(duì)現(xiàn)代化裝備保障快速高效的有關(guān)要求。因此，采用添加低熔點(diǎn)合金加入到發(fā)射藥裝藥中除銅是未來除銅劑的主要方向。

1.2 低熔點(diǎn)合金與銅擴(kuò)散現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀

為了獲得最佳的除銅效果，可以考慮其他具有鉛類似除銅效果的低熔點(diǎn)金屬。表1列舉了一些候選低熔點(diǎn)金屬以及它的性質(zhì)。

表1 低熔點(diǎn)金屬

盡管具有低熔點(diǎn)的金屬有很多種，但真正能適用到除銅劑的金屬不多。部分低熔點(diǎn)金屬都有缺點(diǎn)：性質(zhì)活潑、價(jià)格昂貴、有毒有害等。而除銅劑必須具有低熔點(diǎn)的性能和與銅有良好的結(jié)合能力，來適應(yīng)槍管內(nèi)膛環(huán)境。鉛銅二元平衡相圖[5]如圖1，此系統(tǒng)只存在Cu、Pb兩個(gè)固體相，沒有其他金屬間化合物。鉛和銅在固態(tài)時(shí)不互溶，鉛在固態(tài)銅中的溶解度都極小且銅和鉛之間也不形成金屬間化合物；此外，銅對(duì)鉛的熔點(diǎn)影響很小，在液態(tài)鉛的溶解度很小且銅在液態(tài)鉛中的溶解度隨著溫度的升高而升高。鉍銅二元平衡相圖[5]如圖2，此系統(tǒng)只存在Cu、Bi兩個(gè)固體相，沒有金屬間化合物。銅在鉍中或鉍在銅中的溶解度極小，但銅在液體鉍中的溶解度比在液體鉛中的溶解度高。900 ℃時(shí)，銅在鉍中的溶解度約為50wt.%。鉍比鉛對(duì)銅的浸潤要好得多，有滲入銅晶界的趨勢(shì)，因此，銅在鉍中的溶解速度可能要比鉛中的溶解速度快。綜上考慮，替代鉛除銅劑的材料是金屬鉍以及以金屬鉍為主體的低熔點(diǎn)合金。

圖1 鉛銅相圖

圖2 鉍銅相圖

合金除銅劑的除銅效果主要受到潤濕性以及金屬間化合物等因素的影響。目前對(duì)合金潤濕性的研究，主要是通過差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和X射線衍射(XRD)等設(shè)備觀察和分析合金樣品的組織、成分和結(jié)構(gòu)。許軻等[20]在2009年采用光學(xué)金相、差熱分析、掃描電鏡、能譜分析等方法分析了Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金的組織性能。XU CHEN等[21]在2013年采用掃描電鏡、X射線衍射和差示掃描量熱儀(DSC)研究了Sn-Bi-Zn釬料合金的組織、相變和潤濕性。邢飛[22]在2015年差示掃描量熱法(DSC)，掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)研究了具有不同Sn含量的Zn-Cu-Bi-Sn(ZCBS)高溫焊料的微觀結(jié)構(gòu)和性能。

錫銅二元平衡相圖[23]如圖3，此系統(tǒng)存在有Cu、β、γ、δ(Cu4Sn)、ξ(Cu10Sn3)、ε(Cu3Sn)、η、η″(Cu6Sn5)、Sn等固體相，除了Cu、Sn以外，其他皆為金屬間化合物。銦銅二元平衡相圖[24]如圖4，從0～1 200 ℃的溫度區(qū)域內(nèi)一共有7個(gè)固體相，分別是αCu、β(Cu4In)、γ、δ(Cu7In3)、η、Cu11In9和In，除了Cu、In以外，其他均為金屬間化合物。Wayne M.Robertson[5]指出銦和錫具有低熔點(diǎn)和低沸點(diǎn)，但都能與銅形成固態(tài)合金和金屬間化合物，如果想要除去液體中的銅，必須添加大量的銦或錫到裝藥中。為此，結(jié)合上文，可以考慮以鉍為主體的低熔點(diǎn)合金，如銦鉍合金、錫鉍合金、鉛鉍合金作為除銅劑材料。

圖3 錫銅相圖

圖4 銦銅相圖

1.2.1錫鉍/銅金屬間化合物

Hongqin Wang等[25]在2005年探討了釬料與銅基體之間的反應(yīng)潤濕行為，得出加入少量Sn能顯著提高Pb-xSn焊料對(duì)Cu的潤濕性，并通過理論計(jì)算和EDX分析得出，提高潤濕性的原因是生成了金屬間化合物Cu3Sn。

Z.Moser等[26]在2006年研究了將不同比例的Bi加入Sn-Ag-Cu共晶中所組成的液態(tài)合金的潤濕性(潤濕時(shí)間、接觸角，界面張力)，并將計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)的的潤濕性結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得出在合金中添加Bi能夠改善潤濕性。

Likun Zang等[27]在2009年研究了新型Sn-Bi-Cu-Pb釬料在493～623 K溫度范圍內(nèi)Ar-H2流中的潤濕行為。得出Sn-Bi-Cu釬料與Cu基體的接觸角隨溫度的升高而減小，并指出金屬間化合物的形成能改善了焊料對(duì)基體的潤濕性，釬料與Cu界面形成的金屬間化合物分別是與焊料相鄰的Cu6Sn5和與Cu基體相鄰的Cu3Sn。

JIN-YI WANG[28]在2012年將Bi-xSn合金(x=2、5、10)與Cu基體連接起來，并在300 ℃下反應(yīng)，研究熔融的富Bi合金與Cu之間的界面反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在所有合金成分的界面上僅形成一種金屬間化合物Cu3Sn。Cu3Sn相沒有粘附到Cu基底上，而是從其上脫離。由于Bi和Cu通過Cu3Sn相相互擴(kuò)散，在Cu3Sn相和Cu襯底之間形成了富Bi層。并使用Bi-Sn-Cu等溫截面解釋了富Bi合金/Cu接頭中僅Cu3Sn相的形成和復(fù)雜的界面微觀結(jié)構(gòu)。之后，在2014年的實(shí)驗(yàn)中[29]，還指出Bi-Sn合金的金屬間化合物形成和界面形貌隨基底和Sn濃度的變化而變化。

張明明[30]在2012年對(duì)不同Sn、In添加量的Cu-Sn-In合金進(jìn)行研究，探討了Sn和In在Cu中對(duì)于組織性能的影響規(guī)律，指出Sn元素的加入在Cu基體中形成了Cu3Sn相，該相呈白色顆粒彌散分布在Cu基體中，并且穩(wěn)定存在，不隨Sn元素的增加和熱軋、冷軋而改變。且隨著Sn含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度是一直升高的。

Xiaowu Hu等[31]在2013年觀察到Cu/Sn-58Bi/Cu焊點(diǎn)在120 ℃等溫老化不同時(shí)間后，由于Bi偏析導(dǎo)致其頂部和底部界面均有不對(duì)稱的界面微觀結(jié)構(gòu)。此外，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，Bi在Cu3Sn/Cu界面底部堆積，Bi的偏析也促進(jìn)了Cu6Sn5金屬間化合物的生長，阻止了Sn向Cu3Sn金屬間化合物遷移。

李琴等[32]在2016年研究了低熔點(diǎn)Sn-Bi-In無鉛焊料的特性，得出xSn-Bi-12In(x=38，41，44，47，50，53)焊料的微觀結(jié)構(gòu)由β-Sn，Bi和InBi相組成。金屬間化合物(IMC)層主要由Cu6Sn5組成，且隨著元素Bi含量的增加其厚度略有增加。焊料的熔化溫度約為100 ℃至104 ℃。但是，當(dāng)Sn含量超過50 wt%時(shí)，熔融范圍變大，潤濕性變差。之后[33]又研究了焊料的微觀組織、熱學(xué)特性、潤濕性能以及力學(xué)性能隨合金成分的變化特點(diǎn)。指出隨著Sn含量的增加，釬料的熔程先減小后增大，鋪展面積先增大后減小；且釬料的顯微硬度隨著Bi含量的增加而增大，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率隨著Bi含量的增大而降低。

Fengjiang Wang等[34]在2017年研究了Sn-Bi釬料中Bi含量對(duì)釬料界面組織的影響，指出在Cu釬焊過程中，Sn-Bi釬料中Bi含量的增加使界面Cu6Sn5金屬間化合物(IMC)厚度略有增加，IMC形貌逐漸扁平化，促使更多的Bi原子向界面Cu6Sn5IMC聚集，此外，Sn-Bi中Bi含量的增加使焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度變差。

1.2.2銦鉍/銅金屬間化合物

譚艷芳[35]在2009年采用電沉積方法在Cu基底上制備一層In薄膜得到Cu-In擴(kuò)散偶。將擴(kuò)散偶在453 K、503 K和553 K時(shí)分別進(jìn)行20 min、40 min、60 min和90 min的熱處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在Cu-ln擴(kuò)散偶界面形成了不同厚度的金屬間化合物層Cu11In9相，金屬間化合物Cu11In9相層的生長速率受擴(kuò)散和固態(tài)銅在液態(tài)銅中的溶解共同控制。

董明杰[36]在2012年研究了Bi-In-Zn-Ag無鉛焊料體系，指出Bi能提高合金的硬度和抗拉強(qiáng)度，改善合金的蠕變和延展特性。且當(dāng)Bi含量低時(shí)合金具有較高的可靠性，含量較高時(shí)會(huì)出現(xiàn)Bi的偏析，合金會(huì)變脆。另外，In組元會(huì)通過增大Bi在Sn基體中的溶解度，減小Zn在基體中的溶解度而影響焊料組織和性能。

張明明[30]在2012年對(duì)不同Sn、In添加量的Cu-Sn-In合金進(jìn)行研究，探討了Sn和In在Cu中對(duì)于組織性能的影響規(guī)律，指出In元素的加入在Cu基體中形成了Cu11In9相，該相呈白色顆粒彌散分布在Cu基體中，并且穩(wěn)定存在，不隨In元素的增加和熱軋、冷軋而改變。并且隨著In含量的增加，抗拉強(qiáng)度先是升高，當(dāng)In含量高于0.2%時(shí)，抗拉強(qiáng)度開始下降。

Xu Chen等[37]在2015年研究了In元素對(duì)Sn-Bi系無鉛釬料組織和性能的影響。指出當(dāng)In含量增加到4%時(shí)，在Sn基體中形成顆粒狀BiIn相，并沿Bi相分布。隨著In含量的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度變化不大，而延伸率在加入2.5%In后先顯著增加后降低。此外，In元素參與了Cu-Sn-In金屬間化合物的界面反應(yīng)，影響了Sn-Bi釬料在Cu基體上的潤濕性。

Yunzhu Ma等[38]在2016年研究了Bi添加對(duì)In-3Ag-xBI/Cu接頭界面反應(yīng)和力學(xué)性能的影響。指出增加Bi的含量(0～2wt%)可獲得較好的潤濕性，但當(dāng)Bi含量增加到3wt%時(shí)，潤濕性降低。且在In-3Ag-XBi/Cu界面形成的金屬間化合物(IMC)均為(Ag，Cu)In2，隨著Bi含量的增加，界面IMC晶粒粗化，IMC層變厚。此外，EPMA圖譜表明，Bi的加入既不與In反應(yīng)，也不與Ag反應(yīng)生成金屬間化合物，而是以固溶體形式均勻溶解在銦基體中。另外，Bi的加入提高了焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度，在Bi添加量為2wt%時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值。

馬超力等[39]在2017年研究了In元素的添加對(duì)低銀Ag-Cu-Zn釬料(ωAg≦20%)的顯微組織和性能的影響，指出隨著In含量增加，釬料的固、液相線溫度明顯下降，且釬料在母板上的鋪展面積隨著In含量的增加而不斷增大；另外，釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度隨著In含量增加而增大，In的添加也在低銀釬料中起到了更好的固溶強(qiáng)化作用。

Jim,S.等[40]在2018年研究了各種時(shí)效條件下Cu/In-Bi合金/Cu接頭的橫截面微觀結(jié)構(gòu)，指出In-Bi合金的微觀結(jié)構(gòu)包含主要的In相，Bi3In5和BiIn2相。隨著In含量的增加，IMC厚度隨時(shí)效時(shí)間的增加而增加。熱老化后形成在Cu襯底上的IMC是CuxIny。

A.Nabihah[41]在2019年研究了將不同含量In添加到Sn-Cu釬料(SN100C)中的組織、潤濕性和強(qiáng)度性能。指出In的加入改善了釬料合金的潤濕性，表現(xiàn)為較大的鋪展直徑和較小的潤濕角。顯微結(jié)構(gòu)觀察表明，β-Sn結(jié)構(gòu)細(xì)化，In摻雜使Cu-Sn-Ni-In顆粒細(xì)小圓整，且Sn-Cu焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度隨In含量的增加而提高。

1.2.3鉛鉍/銅的擴(kuò)散

L.C.Prasad等[42]在1999年研究了Sn-Pb、Bi-Sn和Bi-Pb液態(tài)合金的表面性能。得出隨著Pb含量的增加，Sn-Pb合金的表面張力降低。相比之下，Pb原子的加入增加了Bi-Pb液態(tài)合金的表面張力，而Bi原子導(dǎo)致Bi-Sn合金表面張力降低。此外，在Bi-Sn和Bi-Pb體系中還表現(xiàn)出Bi原子向表面的偏析現(xiàn)象，在所有體系中，偏析程度隨溫度的降低而增加。

薛松柏等[43]在2000年研究了微量Pb、Bi對(duì)Ag-Cu-Zn釬料其鋪展性能和強(qiáng)度的影響，指出Bi的存在會(huì)顯著降低釬料的鋪展性能，但當(dāng)Bi含量達(dá)到0.15%時(shí)，鋪展面積下降約1/3；當(dāng)Pb含量小于0.15%時(shí)，Pb對(duì)釬料的鋪展性能影響不大，但當(dāng)Pb含量大于0.15%時(shí)，釬料鋪展性能嚴(yán)重退化。且當(dāng)Pb、Bi以分離狀態(tài)存在釬料中，當(dāng)Pb含量大于0.15%時(shí)，會(huì)先熔化且液態(tài)鉛會(huì)聚集成連續(xù)相并污染釬料表面，在釬料表面形成一個(gè)隔離層，阻礙釬料與母材的接觸。

Jaehyun Moon等[44]研究了Bi和Pb-Bi單分子層在Cu(111)上的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，Bi擴(kuò)散系數(shù)隨金屬Bi覆蓋率的增大而增大，在中等覆蓋率(c～0∶75)下，有序六邊形覆蓋層結(jié)構(gòu)的存在限制了Bi原子的運(yùn)動(dòng)，減慢了Bi隨著覆蓋率增加的擴(kuò)散率。在Pb-Bi合金擴(kuò)散的情況下，Bi的存在顯著減緩了Pb的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，同時(shí)，在Pb的存在下，Bi的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)也較慢，但影響不明顯。

J.P.Monchoux等[45]在2004年通過掃描俄歇顯微鏡研究了在473 K下大量純Pb和Bi吸附層的擴(kuò)散及其在Cu基體上的混合，得到純Pb層的擴(kuò)散速度快于Bi層，且當(dāng)純層相遇時(shí)，由于被Bi置換了吸附的Pb，兩個(gè)吸附層的接合線發(fā)生漂移。而在此漂移上，Pb和Bi層也相互擴(kuò)散。在2006年利用掃描俄歇顯微鏡研究了在T=513 K下分離的3D純體體源擴(kuò)散的Pb、Bi吸附層在Cu(100)面上的碰撞和互擴(kuò)散[46]。當(dāng)純Pb和Bi擴(kuò)散剖面的前緣受到?jīng)_擊時(shí)，它們都由低覆蓋率的晶格氣體表面合金相組成。在這些低覆蓋階段，Pb使表面合金B(yǎng)i發(fā)生位移，剖面交點(diǎn)向Bi源漂移。這些特征導(dǎo)致了在Cu(100)中Pb原子在表面合金化位點(diǎn)的結(jié)合比Bi原子強(qiáng)的結(jié)論。

諸小麗等[47]在2007年指出一般Cu-Pb合金難以混溶，有嚴(yán)重的成分偏析。添加新的元素(一類是擴(kuò)大混合界域的元素，如S、Ag、Ni等；一類是縮小混合界域的元素，如Sn等)可以減少偏析和以金屬間化合物的形式促進(jìn)Cu-Pb互溶。

夏春智等[48]在2009年研究了低溫Sn-Pb釬料釬焊Cu/Al異種金屬接頭的組織結(jié)構(gòu)，指出釬縫區(qū)主要形成Sn-Pb共晶組織及分布于其中的β(Sn)初晶，基體組織為富Sn相，富Pb顆粒鑲嵌在富Sn基體上，且SnPb形成的是層片狀共晶組織，該層片狀結(jié)構(gòu)是一種Pb相在Sn相中的層片；而在銅側(cè)過渡區(qū)生成Cu3Sn和Cu6Sn5兩種金屬間化合物。

2 結(jié)論

目前去除身管武器內(nèi)膛殘留的積銅主要是填裝除銅劑在發(fā)射時(shí)除銅或通過擦拭劑和清洗劑對(duì)身管武器進(jìn)行擦拭除銅。對(duì)于低熔點(diǎn)合金除銅劑，與鉛有類似除銅效果的金屬鉍以及以鉍基低熔點(diǎn)合金是非常好的除銅材料。

以鉍基低熔點(diǎn)合金如錫鉍、銦鉍、鉛鉍合金是未來除銅劑的主要研究對(duì)象；而合金的熔點(diǎn)以及合金與銅之間的潤濕性、擴(kuò)散性等是主要研究內(nèi)容，最終目的是要快速、高效的篩選出綜合性能更好的除銅劑。