Autore: Fabio Gennaio 2, 2010 4 Commenti

 

Alcune volte capita ancora di parlare del moly-coating, ossia di un particolare trattamento superficiale a cui vengono sottoposti i proiettili soprattutto per carabina. Si tratta di un sottilissimo rivestimento a base di “molybdenum disulfide”, in italiano: bisolfuro di molibdeno, abbreviato dagli americani in “moly”.

Figura 1 – Bisolfuro di molibdeno al microscopio elettronico

Il bisolfuro di molibdeno, similmente alla grafite, viene usato generalmente in forma di polvere impalpabile dal colore grigio-antracite o nero e, come la grafite, ha una struttura lamellare che consente di ottenere bassi coefficienti di attrito (vedi Figura 1). Le lamelle infatti scorrono facilmente l’una sull’altra anche ad elevati carichi. Il coefficiente di attrito del bisolfuro di molibdeno rimane praticamente costante al crescere della temperatura, sino ad arrivare agli 800 o 900°C, temperatura superata la quale si ha la tendenza alla decomposizione del bisolfuro con la separazione del molibdeno metallico. A questa temperatura il coefficiente di attrito sale notevolmente sino a raggiungere i valori tipici dei metalli puliti (da: “Attrito e Lubrificazione” di E.P.Bowden e D.Tabor).

Come detto, poiché il bisolfuro di molibdeno ha un buon coefficiente d’attrito, esso viene impiegato per rivestire superfici striscianti allo scopo di migliorarne le caratteristiche d’attrito. Tuttavia, avendo una struttura lamellare con debole adesione tra le lamelle, risulta difficoltoso farlo aderire bene alle parti da lubrificare. Un metodo generale è quello di strofinarlo sulle superfici stesse, ma se i risultati dovessero essere scarsi, non resta altro che fissarlo con l’ausilio di resine adatte od utilizzando sostanze veicolanti opportune.

Date le caratteristiche antiattrito, si è pensato quindi di applicare il moly alla superficie dei proiettili per ridurre principalmente l’attrito di strisciamento in canna. Il sistema sin dalla sua comparsa ha avuto sostenitori e detrattori ma, come spesso accade, pochi hanno condotto test approfonditi sull’argomento. I principali vantaggi che il trattamento dovrebbe fornire sono: riduzione della pressione di esercizio a parità di V₀, miglioramento della precisione, estensione della vita della canna e riduzione dei depositi metallici rilasciati allo sfregamento della mantellatura dei proiettili. Su quest’ultimo punto bisogna dire che a fronte di una potenziale riduzione dei residui metallici sulla rigatura, nella sezione della canna immediatamente successiva alla camera di cartuccia, si potrà avere un accumulo di moly (e delle cere o dei leganti utilizzati), pericoloso per la possibilità di sovrappressione. La cadenza di pulizia della canna non dovrebbe quindi essere allungata.

Il metodo di applicazione alla superficie dei proiettili è generalmente quello per urto e strofinio meccanico, ottenuto al’interno di un buratto a vibrazione (tumbler). Nel buratto vengono inserite le palle previa sgrassatura, una opportuna quantità di bisolfuro di molibdeno in polvere e delle sfere di acciaio da 3,5 o 4 mm (con rapporto sfere/palle di 2 a 1 in peso). Per circa 3Kg di carico sono necessarie almeno 2 ore di burattatrice dopo le quali le palle, separate dalle sfere d’acciaio, vengono ripulite dall’eccesso di moly mediante un secondo rapido passaggio in vibropulitore con graniglia di tutolo oppure usando un panno morbido. Il metodo industriale prevede, oltre alla deposizione del moly, anche un secondo trattamento di fissaggio del rivestimento con un sottilissimo strato addizionale di cera carnauba (processo originale della NECO).

Nelle nostre letture ci siamo imbattuti in quello che, secondo noi, è uno tra i migliori libri sull’analisi della precisione delle carabine: “Rifle Accuracy Facts” di Harold R. Vaughn (vedi la sezione Biblioteca). Da questo testo riportiamo un estratto, tradotto e rielaborato, di un paragrafo dedicato al test delle palle moly-coated, paragrafo che reputiamo estremamente interessante, se non altro per l’intuizione avuta dall’autore nella conduzione della prova (vedi al punto 1 di quanto a seguire).
I valori numerici di seguito riportati, si riferiscono alla media di un numero di campioni mai inferiore a cinque.

 

Moly Coated Bullets (da “Rifle Accuracy Facts” di H.R.Vaughn)

Recentemente si è scritto molto sui proiettili aventi un rivestimento in bisolfuro di molibdeno e cera carnauba. L’idea è che, sia il bisolfuro di molibdeno che la cera carnauba sono lubrificanti, essi dovrebbero ridurre l’attrito in canna e migliorare le prestazioni. I produttori di proiettili moly-coated pubblicizzano cinque principali miglioramenti, ho deciso di provare a testarli:

1) V₀ maggiori a parità di picco pressorio; grazie alla riduzione di attrito tra proiettile e canna, alla medesima pressione di picco, dovrebbe essere possibile raggiungere velocità alla volata superiori. Si afferma inoltre che con la stessa carica di polvere, un proiettile moly-coated rispetto ad un proiettile standard, a causa della riduzione degli attriti in canna avrebbe una velocità iniziale lievemente inferiore (decremento prossimo al 3 o 4%).

Ho effettuato un test specifico con ogive da 68 grani calibro 6mm (arma: rail gun Remington) con e senza trattamento al moly, sono stati rilevati i parametri di velocità alla volata e pressione in camera di cartuccia. La velocità media rilevata per i proiettili non rivestiti è stata di 3175 fps (968 m/s) rispetto ai 3083 fps (940 m/s) dei proiettili rivestiti. La differenza di velocità è stata quindi di 92 fps (28 m/s) o del 2,9%: dato che concorda con l’affermazione del produttore. Le misurazioni della pressione sono mostrate in Figura 2: per le ogive non trattate (foto a SX) e per quelle con rivestimento al moly (foto a DX). La scala verticale è di 10000 PSI (690 bar) per divisione. La pressione della camera era di circa 54000 PSI (3720 bar) per le pallottole non rivestite e di 47000 PSI (3240 bar) per i proiettili rivestiti (una differenza prossima ai 7000 PSI ossia 482 bar). L’effetto sulle pressioni della camera e sulle velocità alla volata, non cambiava alternando durante i test proiettili con e senza moly. Questo indica che non vi è alcun effetto residuo del rivestimento al moly le cui sostanze vengono quasi totalmente espulse dalla canna durante la deflagrazione.

Figura 2 – Tracce all’oscilloscopio che presentano la misura di pressione in camera con e senza trattamento al bisolfuro di molibdeno e cera carnauba. La foto a SX mostra una pressione di picco di circa 54000 psi (velocità iniziale di 3175 fps) per le pallottole non rivestite e la foto a DX mostra una pressione di picco in camera di circa 47000 psi (velocità iniziale di 3083 fps) per i proiettili rivestiti. Sono stati utilizzati proiettili match da 68 grani, 6mm-BR, e carica di lancio ottenuta con 27gr. di N133.

Credo che il calo di pressione e di velocità registrato, non sia in realtà causato da una riduzione degli attriti, come proposto dai produttori (nel caso specifico la svedese Norma Precision), ma esso sia causato dal gas propellente caldo (5640°F / 3115°C) che vaporizza le sostanze del rivestimento al moly. Tale vaporizzazione ha come conseguenza un raffreddamento complessivo dei gas propulsivi.

La ragione per cui di questo sono certo è che, se si utilizza un sofisticato simulatore di balistica interna riducendo notevolmente il fattore d’attrito in canna, la pressione scende così come atteso, ma la velocità aumenta leggermente. E’ infatti fisicamente impossibile che la riduzione dell’attrito in canna determini l’effetto misurato sulla pressione e la velocità (decremento congiunto di entrambi i parametri). Inoltre l’attrito del proiettile ha un effetto molto limitato sulla velocità. D’altra parte, la vaporizzazione del lubrificante richiede molta energia e provoca un calo della temperatura stimato in circa 400°F (200°C).

Il bisolfuro di molibdeno comincia a sublimare a 842°F (450°C) e fonde a 4802°F (2650°C – il molibdeno metallico fonde a 2623°C). Al fine di provare questa idea ho deciso di eseguire un test in cui ho semplicemente messo 0,07 grani di bisolfuro di molibdeno e 0,07 grani di cera carnauba nella parte superiore del bossolo, sulla polvere. Avevo infatti trovato che la differenza di peso, tra i proiettili rivestiti e non rivestiti, fosse di circa 0,15 grani (si è ipotizzato un contributo al 50% tra moly e cera) . Con questa particolare ricarica, la pressione misurata in camera si è ridotta di circa 4500 PSI (310 bar) e la velocità media si è ridotta di 50 fps (15 m/s). Questo risultato è simile, in termini di variazione di pressione e velocità, ai valori ottenuti durante la prova comparativa tra proiettili rivestiti e non rivestiti, anche se l’effetto è stato di entità inferiore. Forse, giocando sul rapporto tra bisolfuro di molibdeno e cera, si potrebbe ottenere un risultato identico a quanto rilevato nel confronto tra le tipologie di proiettili. Comunque, questo test mi ha convinto che il bisolfuro di molibdeno raffredda il gas propellente e ne determina la riduzione di pressione. In ogni caso, la perdita di pressione della camera non ha nulla a che fare con l’attrito del proiettile.

Il passo finale era poi quello di aumentare la carica di lancio del 6mm-BR, da 27 a 28 grani di N133 e cercare di spingere i proiettili rivestiti allo stesso livello pressorio dei non rivestiti, misurando contestualmente la velocità alla volata. Con 28 grani di N133, la curva di pressione ottenuta è stata quasi identica a quella rilevata sui proiettili non rivestiti e mostrata in Figura 2 (a SX), la velocità è stata di 13 fps (4 m/s) più elevata di quanto misurato sui proiettili tradizionali (non trattati al moly). La Norma Precision, a parità di pressione, dichiara un aumento della velocità con differenze prossime ai 10 m/sec (32 fps), dato che ci pare verosimile. Comunque, non ho trovato molto incoraggiante l’aumento delle prestazioni velocitarie ottenuto.

2) Si è spesso sentito dire che, a lunga distanza (600 metri), il punto di impatto dei proiettili rivestiti fosse più in alto rispetto ai medesimi privi del trattamento al moly, il che implica una traiettoria più tesa quindi un aumento del coefficiente balistico del proiettile trattato. Ho misurato la perdita di velocità su una distanza di 100 metri comparando proiettili rivestiti e non rivestiti. I proiettili non rivestiti perdono 325 fps (99 m/s) contro i 323 fps (98,4 m/s) di quelli rivestiti. La differenza di 2 fps (0,6 m/s) è entro i limiti di accuratezza della misura, quindi sono costretto a concludere che non ci sia alcuna differenza nel coefficiente balistico. Inoltre, non vi è alcun motivo di aspettarsi una significativa differenza del coefficiente balistico perché la pallottola avrà perso quasi totalmente il proprio rivestimento lubrificante se non all’interno della canna, in prossimità della volata. Il proiettile infatti è caldo (600°F / 315°C) e lo strato limite (aria prossima alla superficie del proietto) è anch’esso caldo (750°F / 400°C), questo farà in modo che il rivestimento in cera svanisca quasi istantaneamente ammesso che ne siano rimaste tracce dopo aver attraversato la canna.

Inoltre, non vi è alcun fondamento nell’idea che un qualsiasi tipo di rivestimento lubrificante possa ridurre la resistenza aerodinamica abbassando l’attrito superficiale del proiettile. Ammesso comunque che ciò sia accaduto, l’attrito aerodinamico dovuto alla superficie del proiettile è solo una piccola parte della resistenza aerodinamica totale. Quanto riportato sul miglioramento balistico dei proiettili moly-coated è certamente dovuto all’ottimistica stima dell’aumento velocitario raggiungibile o dovuto al diverso istante d’uscita dalla canna (frequenza di vibrazione) connesso alle diverse velocità tra i caricamenti esaminati.

3) Si è portati a credere che le palle moly-coated abbiano una maggiore accuratezza (fino al 20%). Non trovo che questo sia vero sulla mia carabina (rail gun Remington) che in media spara con rosate da 0,175 pollici a 100 yards (4,45mm a 91,4m). Con la stessa carica ottimale di 27 grani di H322 e lo stesso lotto di proiettili (alcuni dei quali successivamente trattati al moly), ho ottenuto una dimensione media della rosata di 0,179” (4,55mm) con proiettili al moly, rispetto agli 0,175” (4,45mm) per le pallottole non rivestite. Naturalmente, le velocità alla volata differivano di 92 fps (28 m/s), come detto, una V₀ inferiore per i proiettili moly-coated (a parità di carica di lancio). Quando ho provato ad incrementare la carica sino ai 28 grani (palle moly-coated), in modo da ottenere la stessa velocità iniziale dei proiettili non rivestiti, la dimensione della rosata è aumentato a circa 0,3 pollici (7,62mm).

Per quanto ho potuto vedere la precisione non è stata migliorata, ma questo è il caso di una specifica arma in una specifica condizione. I risultati potrebbero essere diversi con cartucce differenti ed armi differenti. Inoltre non ho fatto alcun tentativo per ottimizzare la ricarica. Una cosa che mi venne in mente fu che, se non si ottiene una buona uniformità del rivestimento in cera e moly, si potrebbe creare uno spostamento del centro di gravità della pallottola rispetto all’asse geometrico della stessa. Il bisolfuro di molibdeno ha una densità che è circa il 40% di quella del piombo. Così, un rivestimento non uniforme potrebbe fare la differenza. Credo comunque che il rivestimento da me ottenuto sia un buon rivestimento tra quelli tipicamente realizzabili.

4) Si sostiene che i proiettili moly-coated riducano la formazione di incrostazioni e residui in canna. Credo che questo possa essere vero, anche se non ho sparato abbastanza proiettili rivestiti al moly tali da consentire una stima quantitativa degli effetti. Tuttavia, ho avuto l’impressione che non fosse necessario pulire frequentemente la canna.

5) La Norma Precision sostiene che la vita media della canna venga estesa con l’uso di pallottole rivestite. Credo che questo possa essere vero e logico. Dopo tutto, la pressione e la temperatura vengono ridotte a parità di carica e questo dovrebbe ridurre l’erosione della canna. Tuttavia, non voglio sparare decine di migliaia di colpi solo per scoprirlo e poter essere certo di tale affermazione.

 

In sintesi

Non ho trovato alcuna prova significativa di una migliorata prestazione velocità/pressione, né di un miglioramento della precisione o del coefficiente balistico. I proiettili moly-coated sembrano invece mantenere più pulita la canna. L’effetto sulla vita media della canna non è stato testato. In questo limitato test e per i miei scopi, non vedo alcun motivo che mi spinga all’utilizzo di proiettili rivestiti. Tuttavia, si consiglia di provare, perché al cambiamento delle condizioni si potrebbero ottenere risultati differenti.

 

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