최근 전투기 기총 사격임무 수행 중 기총탄이 정상 발사 시점보다 지연된 위치에서 발사되어 항공기 내부에 손상을 입힌 사례가 있었다. 원인 분석결과, 기총탄 발사 시 탄피에 균열이 발생하여 폭압이 누설되며 지연발사가 발생한 것으로 추정하였다.
20mm 기총탄의 탄피 재질은 구리-아연이 7:3으로 이루어진 황동합금이다. 황동합금의 특성으로 인해 기총탄 탄피로 널리 사용되고 있다. 탄피의 내부의 대부분은 추진제로 채워져 있으며 부식 방지를 위해 탄두와 뇌관 부분을 밀봉하여 제작한다. 위와 같은 이유로 탄피 내부에서 부식이 발생한다는 보고나 연구는 거의 없는 실정이다.
이에 따라 탄피 균열의 원인이 내부의 부식에 의한 영향으로 발생할 수 있는지 확인할 필요가 있었다. 이에 따라 장기 저장중인 탄약 24개 Lot의 탄피를 수거하여 내부 부식상태를 검사한 결과, 최대 35.5%에서 최소 18.9%의 부식이 발견되었다.
부식의 종류를 확인하기 위해 EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 분석을 수행한 결과, 전자현미경으로 확대하여 관찰한 미세 부식 부위에서는 아연이 없는 구리만 검출되어 탄피에 탈아연 부식이 발생함을 확인하였다.
또한 부식 부위와 부식 되지 않은 부위에 대하여 XPS(X-ray Photo electron Spectroscopy)를 이용하여 표면분석을 수행하였다. XPS는 시료의 극 표면(약 10nm 깊이)에 대하여 원소 분석을 수행하는 분석 장비이다. 탄피 내부 표면에서 발견되는 부식 점은 주로 원형 으로, 면 전체에 분포하며 검은 색을 띠고, 최대 지름이 약 900μm에 달한다. 부식이 깊이 진행된 부위는 부식 부위가 타락되어 홈이 패이는 형상(Pitting corrosion)이 관찰되었다.
주로 원형을 띠는 부식이 탄피 내측에서만 관찰되는 원인은 추진제(WC870, MIL-P-3984))의 특징과 관련지어볼 수 있다. 추진제에는 황을 포함하는 화합물인 Sodium Sulfate가 약 1% 함유되어 있고 알갱이의 지름이 500~850μm 인 것과 부식부위의 아연의 상태가 ZnS 인 것을 감안하면 추진제에서 유래한 황 성분이 아연의 부식을 유발하여 검고 둥근 모양의 부식을 일으킨 것으로 볼 수 있다. 구리보다 아연의 이온화 경향이 높으므로 같은 환경에서는 아연이 먼저 산화될 것이기 때문이다. SEM-EDS 분석으로 미시적인 영역을 확대하여 관찰하였을 때 아연이 산화되어 탈거된 부분에 구리가 남아있는 현상을 XPS의 아연 부식의 결과와 일치한다.
탈아연부식은 황동합금이 질산, 황산, 염산 및 아세트산 등 산화환경에 노출되었을 때, 아연이 우선적으로 산화물 형태로 모재에서 이탈되는 현상으로 잘 알려져 있다. 그러나, 탄피 내부는 외부로부터 완전히 차폐된 상태이므로 산화환경에 노출될 수가 없다. 탄피 내부에 존재하는 추진제의 수분과 휘발성 물질(Moisture & Volatile)에 의한 영향성을 확인하기 위해 폐처리 되는 탄약의 추진제 시료 9개를 대상으로 분석을 실시하였다. 규격에 명시된 M&V 기준은 국방 규격에 의거 1.25미만이어야 하나 약 77%(7개 시료)가 기준치를 초과하였다.
밀봉된 탄피와 탄두 사이의 실링이 장기 저장 및 장착/탈거의 영향으로 유격이 발생하여 그 틈으로 대기 중의 수분이 침투할 가능성이 있다. 또한 추진제 및 제조시 탄피 내부에 극미량의 수분이 존재할 가능성도 있다. 따라서 탄피 내부의 추진제가 수분의 전해질 역할로 인하여 장기간 탄피와 반응하여 부식이 발생되었다고 추정이 가능하다.
저장중인 탄의 내부부식은 현재의 기술로는 식별하기가 어려운 상황이다. 따라서 탄약신뢰성평가 결과를 바탕으로 통계적인 분석 기법 연구, 부식 방지를 위한 저장환경 개선 등의 단기적인 과제 추진과 비파괴 기술 발전을 통한 내부부식 상태 검사기술을 개발하는 등의 연구가 필요하다.
출처 : 항공기총탄의 내부 부식 현상에 대한 연구(한국군사과학기술학회 2019 추계학술대회)
요약 : 탄피 부식으로 인한 균열로 발생한 문제
작성일 : 19-11-09 11:29
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