固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火觸點(diǎn)的耐蝕性

程 翔，黃少波，付 明

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，洛陽(yáng)471009）

點(diǎn)火觸點(diǎn)是導(dǎo)軌式發(fā)射架與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)之間的橋梁，是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的重要組成部分。

某發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火觸點(diǎn)主要由殼體、絕緣體、金屬基體、鍍層等組成（見圖1），其金屬基體材料為黃銅H62，鍍層為鍍銀（厚度15μm）。點(diǎn)火觸點(diǎn)安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)前吊掛內(nèi)，底部與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器連接，頂部觸點(diǎn)與發(fā)射架接觸。載機(jī)電源輸出的點(diǎn)火電流經(jīng)由發(fā)射架、點(diǎn)火觸點(diǎn)后輸入點(diǎn)火器點(diǎn)燃裝藥。

圖1 點(diǎn)火觸點(diǎn)組成示意Fig.1 Schematic of ignition contact

本工作基于某發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火觸點(diǎn)在鹽霧試驗(yàn)中發(fā)生銹蝕的情況，在國(guó)內(nèi)首次選用了電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑作為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火觸點(diǎn)上的有機(jī)防護(hù)涂層，有效增加了產(chǎn)品耐腐蝕性能，并通過(guò)了電氣、鹽霧、硫化試驗(yàn)的考核。

1 銹蝕成分及機(jī)理分析

點(diǎn)火觸點(diǎn)需要在各種環(huán)境中保持外表光潔，且不影響觸點(diǎn)與觸點(diǎn)、觸點(diǎn)與絕緣體之間的電性能。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)射架隨載機(jī)的長(zhǎng)期掛飛過(guò)程中點(diǎn)火觸點(diǎn)磨損造成鍍層破壞的情況，試驗(yàn)為此分為鍍層完好及鍍層破壞（即金屬基體外露）兩種狀態(tài)。

點(diǎn)火觸點(diǎn)在鹽霧試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：鍍銀層、黃銅H62表面均出現(xiàn)不同程度的銹蝕，其中鍍層銹蝕外觀呈發(fā)黑，黃銅表面銹蝕外觀呈發(fā)暗。銹蝕引起觸點(diǎn)接觸電阻變大，造成點(diǎn)火電阻超差，其最大測(cè)試值約5Ω。

1.1 鍍銀層銹蝕

鍍層的作用是保護(hù)金屬基體材料免受腐蝕，使觸點(diǎn)接觸電阻小、使用壽命長(zhǎng)、并具有一定的硬度和耐磨性以及良好的電氣性能等。對(duì)鍍銀層的銹蝕成分采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析，正常及發(fā)黑部分外觀放大見圖2，其成分見表1。

圖2 鍍銀層照片F(xiàn)ig.2 Photos of silvering layer

表1 鍍銀層正常及發(fā)黑部分元素含量Tab.1 Element contents of silvering layer

從表1可見，硫是鍍層發(fā)黑的主要因素。分析鍍銀層變色原因主要為銀與大氣中微量的H2S反應(yīng)生成Ag2S，反應(yīng)如下：

Ag2S蔓延速度很快，35h，100h和170h蔓延距離分別為0.85mm，1.5mm 和1.8mm，當(dāng)空氣中濕度增大，溫度升高，腐蝕速率隨之加快。

1.2 金屬基體銹蝕

黃銅H62指以鋅為主要合金元素的銅合金，平均含銅量為62%，其余為鋅。黃銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、電阻率低和易覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，因此作為觸點(diǎn)的金屬基體材料。對(duì)其銹蝕成分同樣經(jīng)電鏡分析，其成分如表2所示。

分析認(rèn)為：黃銅H62在濕熱潮濕環(huán)境下發(fā)生脫鋅腐蝕，合金表面的鋅從黃銅中優(yōu)先溶解，被腐蝕的鋅由合金晶格上鋅原子的擴(kuò)散所補(bǔ)償，鋅在活性脫鋅前沿被選擇性侵蝕，這個(gè)前沿不斷向內(nèi)部移動(dòng)，表2中鋅的不同含量也證明了這一點(diǎn)。

表2 黃銅H62正常及發(fā)暗部分元素含量Tab.2 Element contents of H62

2 銹蝕處理方案

不同類型的抗變色能力為：有機(jī)處理膜＞銀層上鍍鎳＞無(wú)機(jī)處理膜＞電泳沉積膜＞電解鈍化膜＞化學(xué)鈍化膜。目前較常用的有機(jī)處理膜為電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑以及DJB－823固體薄膜保護(hù)劑。

“電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑”（簡(jiǎn)稱“電子油”）涂覆材料表面后產(chǎn)生固態(tài)膜，具有顯著的三防作用，涂層具有如下特點(diǎn)：防腐蝕效果明顯，常溫條件即可使用，使用后不影響接觸電阻及絕緣電阻，涂覆工藝簡(jiǎn)便安全，使用成本低，市面易于采購(gòu)，已應(yīng)用于電連接器等元器件的鍍層防護(hù)中。常用的DJB－823固體薄膜保護(hù)劑防變色效果雖好，但需用溶劑汽油作為溶劑，且操作工藝復(fù)雜。綜合考慮點(diǎn)火觸點(diǎn)的日常維護(hù)需求，采用電子油作為防護(hù)劑，表3列出了電子油的性能指標(biāo)。

表3 電子油性能指標(biāo)Tab.3 Properties of protective agent

3 防銹試驗(yàn)及分析

3.1 電氣性能影響試驗(yàn)

由于保護(hù)涂層在發(fā)動(dòng)機(jī)與掛架的長(zhǎng)期掛飛過(guò)程中會(huì)磨損破壞，為此需要日常維護(hù)過(guò)程中多次涂覆，因此多次涂覆對(duì)于點(diǎn)火觸點(diǎn)的電氣性能影響，是本文關(guān)注的重點(diǎn)之一。

采用6個(gè)點(diǎn)火觸點(diǎn)（表面鍍銀）作為試樣，底部連接1Ω電阻，組成一個(gè)模擬點(diǎn)火回路（見圖3），利用LY－9308電子油在點(diǎn)火觸點(diǎn)處多次涂覆電子油（20次）。涂覆前后觸點(diǎn)與觸點(diǎn)之間接觸電阻變化，以及觸點(diǎn)與絕緣體間的絕緣電阻變化見表3，其中絕緣電阻測(cè)試要求在常溫條件下采用500V直流兆歐表檢測(cè)，絕緣電阻應(yīng)不小于20MΩ。

圖3 電氣試驗(yàn)試件照片F(xiàn)ig.3 Photo of contact in electrical test

表4 觸點(diǎn)電阻測(cè)量數(shù)值Tab.4 Resistance of ignition contacts Ω

由上表可見：觸點(diǎn)間電阻在涂覆前后基本一致，波動(dòng)在2mΩ以內(nèi)，滿足產(chǎn)品的接觸電阻要求。

觸點(diǎn)與絕緣體之間的絕緣電阻在涂覆后測(cè)量均大于20MΩ，滿足產(chǎn)品的絕緣性要求，分析認(rèn)為：電子油在金屬表面涂覆后形成了一層鈍化保護(hù)膜，該膜層厚度為2μm以下，屬于超薄膜，并具有電隧道效應(yīng)，當(dāng)其在金屬表面形成抗蝕性保護(hù)膜時(shí)，電流在通電處薄膜形成擊穿，而其他膜層屬于絕緣，因此電流僅從擊穿處通過(guò)，不經(jīng)保護(hù)薄膜傳導(dǎo)到金屬。

綜上可認(rèn)定：電子油的多次涂覆不會(huì)影響點(diǎn)火觸點(diǎn)的接觸電阻與絕緣電阻。

3.2 鍍層防變色試驗(yàn)

采用3個(gè)50mm×25mm×1mm的黃銅H62（表面鍍銀5～8μm）全部浸涂LY－9308電子油1次后，開展硫化試驗(yàn)。即試件在1%的硫化鈉溶液中，溫度在15～25℃條件下浸漬30min，觀測(cè)鍍銀層是否變色。試驗(yàn)前后的試件宏觀照片見圖4。

圖4 硫化試驗(yàn)試件照片F(xiàn)ig.4 Photos of H62in vulcanization test

硫化試驗(yàn)后，經(jīng)電子油防護(hù)的鍍銀層表面光潔，無(wú)變色、銹蝕產(chǎn)生，表明電子油有效的保護(hù)了鍍銀層。

3.3 金屬材料耐腐蝕試驗(yàn)

采用3個(gè)黃銅H62觸點(diǎn)作為鹽霧試驗(yàn)的試樣，其中a為浸涂LT－9307電子油1次，b為浸涂20次，c為無(wú)處理。試驗(yàn)條件參照GJB 150.11A－2009進(jìn)行，試驗(yàn)前、后檢查觸點(diǎn)外觀見圖5。鹽霧試驗(yàn)后，經(jīng)電子油防護(hù)的黃銅H62觸點(diǎn)表面均光潔無(wú)銹蝕；未經(jīng)防護(hù)的黃銅H62觸點(diǎn)產(chǎn)生銹蝕，銹蝕呈發(fā)暗。

圖5 鹽霧試驗(yàn)后的試件外觀Fig.5 Photos of H62after salt mist test

試驗(yàn)后對(duì)三種狀態(tài)的點(diǎn)火觸點(diǎn)均進(jìn)行電鏡分析，其正常及銹蝕成分與1.2節(jié)中結(jié)果基本一致，表明電子油有效增加了材料抗腐蝕效果。

4 結(jié)論

（1）LY－9308電子油能夠有效地保護(hù)鍍銀層不變色、腐蝕，且不影響接觸電阻、絕緣電阻。

（2）LT－9307電子油能夠有效地增加黃銅H62的耐腐蝕性能。

（3）經(jīng)試驗(yàn)比較，電子油有效地增加了點(diǎn)火觸點(diǎn)的抗腐蝕能力。