某型子彈引信粘連問(wèn)題原因分析

王懷華 侯美飛 徐敬彬

摘要：子彈引信擊針套與擊發(fā)帽出現(xiàn)粘連，造成引信內(nèi)部慣性簧無(wú)法將兩者正常彈開(kāi)，使引信不能可靠擊發(fā)，導(dǎo)致子彈瞎火。本文通過(guò)對(duì)粘連批次引信擊針套的材料進(jìn)行表面形貌、XRD圖譜、孔隙度、金相組織、能譜、直讀光譜及XPS全譜等試驗(yàn)手段的分析，得出引信擊針套加工過(guò)程及使用維護(hù)過(guò)程的措施和建議。

關(guān)鍵詞：引信；擊針套；擊發(fā)；瞎火

Keywords：fuze；firing pin sleeve；impact；blind fire

1 概述

在對(duì)兩批次的某型子彈引信進(jìn)行裝配正確性檢查中發(fā)現(xiàn)，1-01批引信中存在大量擊針套與擊發(fā)帽粘住的狀況，即裝配中滑動(dòng)配合的擊針套與擊發(fā)帽在外力束縛解除后內(nèi)部的慣性簧未能將兩者彈開(kāi)，而1-06批全部彈開(kāi)，如圖1、圖2所示。為找尋粘連原因，對(duì)兩批次引信進(jìn)行試驗(yàn)分析研究。

2 試驗(yàn)方案

為了判定導(dǎo)致1-01批材料粘連的原因，采取以下試驗(yàn)方案：

1）對(duì)1-01和1-06兩個(gè)批次的引信擊針套分別取樣，清洗后分別觀察其表面形貌，定性初步分析其差異；

2）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取一個(gè)樣，用XRD分析其相組成；

3）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取一個(gè)樣，分別在金相顯微鏡下比較孔隙度，觀察金相顯微組織，在掃描電鏡下用能譜儀初步測(cè)定其主要合金元素的含量；

4）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取一個(gè)樣，采用光電直讀光譜較精確地測(cè)定材料的成分；

5）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套在斷面各取一個(gè)樣，采用X射線光電子能譜分析表面層各金屬元素存在的價(jià)態(tài)，判斷其可能生成的氧化物種類；

6）綜合上述分析結(jié)果，確定兩個(gè)批次材料在成分、相組成、顯微組織、表面生成物等方面的差異，以確定導(dǎo)致1-01批次材料發(fā)生粘連的原因。

3 試驗(yàn)過(guò)程

1）用線切割對(duì)兩個(gè)批次的引信擊針套分別取樣，浸泡在無(wú)水乙醇中，用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，然后用掃描電鏡在二次電子模式下觀察試樣的表面形貌。

2）用線切割對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取一個(gè)樣（縱向取樣），用X射線衍射儀分別分析其相組成，選用CuKα射線，掃描速率為5°/min，步長(zhǎng)為0.02°。

3）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取兩個(gè)樣（橫斷面），研磨、拋光后，直接在金相顯微鏡下比較其孔隙度的差異，然后配置蒸餾水+4%硝酸+1%氫氟酸溶液，將試樣在上述溶液中侵蝕后觀察其金相組織并比較其差異，在掃描電鏡下用能譜儀初步測(cè)定材料的主要合金元素含量。

4）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套各取一個(gè)樣（橫斷面），在能譜分析的基礎(chǔ)上，采用SPECTROMAXx光電直讀光譜儀精確地測(cè)定材料的成分。

5）對(duì)兩個(gè)批次的擊針套組件在結(jié)合面各取一個(gè)樣，采用X射線光電子能譜儀分析表面層各金屬元素存在的價(jià)態(tài)，判斷其可能生成的氧化物種類。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 表面形貌

兩個(gè)批次試樣的表面形貌分別如圖3、圖4所示。從中可以明顯看出，1-01批次引信擊針套的表面粗燥，有較多的腐蝕產(chǎn)物緊緊粘附在表面。

4.2 XRD圖譜分析

兩個(gè)批次試樣的XRD圖譜如圖5所示。

由圖5可知，兩個(gè)批次的材料基本均由Zn、Al固溶體組成，且差別很小。僅僅只能看出1-06批次的材料，其XRD圖譜中Al固溶體峰略微高一些。

4.3 孔隙度

對(duì)兩個(gè)批次的擊針套分別各取樣，研磨、拋光后在金相顯微鏡下觀察其孔隙度，分別如圖6、圖7所示。

由圖6和圖7可以看出，1-01批次的引信擊針套的材料無(wú)論是邊緣還是材料的芯部，其孔隙度都較大。而燒結(jié)后致密度較低的可能原因有兩個(gè)：材料的成分配方有缺陷、制備工藝參數(shù)不當(dāng)。

4.4 金相組織觀測(cè)

兩個(gè)批次引信擊針套材料的金相顯微組織如圖8所示。

由圖8可以看出，兩個(gè)批次的引信擊針套材料由初生α相和（α+η）共析體組成。其中，淺白色的a相為Zn溶于Al中形成的鋁基固溶體，η相為Al溶于Zn中形成的固溶體。1-06批次引信擊針套材料的顯微組織中，初生α相枝晶較發(fā)達(dá)。通常，隨著Al含量的提高，組織中的初生α相枝晶增多。由此也可推斷：1-06批次的引信擊針套含Al量較高。其枝晶較發(fā)達(dá)，也說(shuō)明其成形時(shí)致密化過(guò)程進(jìn)行得較充分。這與上述孔隙度分析結(jié)果相吻合。

致密化過(guò)程進(jìn)行得較充分，是否與成分的改變有關(guān)？為了弄清楚原因，通過(guò)能譜和直讀光譜進(jìn)行了成分分析。

4.5 能譜分析

在掃描電鏡下用能譜儀對(duì)材料的主要合金元素含量進(jìn)行了初步測(cè)定。能譜分別如圖9、圖10所示。從中可以看出，兩個(gè)批次的引信擊針套主要含有合金元素Zn、Al。1-06批次引信擊針套的Al含量相對(duì)較高。

4.6 直讀光譜分析

為準(zhǔn)確地確定材料中的合金元素含量，對(duì)其進(jìn)行了直讀光譜分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，1-06批次的引信擊針套的Al含量明顯高于1-01批次的引信擊針套。

對(duì)于Zn基合金，在一定范圍內(nèi)提高Al的含量，可以使Zn的擴(kuò)散系數(shù)明顯增加，促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行。這也說(shuō)明了較高的Al含量是1-06批次引信擊針套材料孔隙度少、顯微組織中枝晶發(fā)達(dá)、致密化過(guò)程進(jìn)行較充分的原因。

4.7 XPS全譜分析3A0B8894-9639-4E9B-B6A3-7AAD05FEE087

圖3、圖4已說(shuō)明，1-01批次的引信擊針套的表面粗燥，有較多的腐蝕產(chǎn)物緊緊粘附在表面。對(duì)于兩種Al含量不同的材料，在自然環(huán)境中使用一段時(shí)間后，其腐蝕產(chǎn)物究竟是什么？是如何形成的？為什么會(huì)有如此大的差異？為弄清楚原因，對(duì)其表面進(jìn)行了XPS分析，如圖11、表2所示。

對(duì)出現(xiàn)的C1s、O1s、Al2p、Zn2p等幾個(gè)相關(guān)的峰分別進(jìn)行窄區(qū)域高分辨細(xì)掃描，以獲取更加精確的信息，特別是結(jié)合能的準(zhǔn)確位置，以鑒定元素的化學(xué)狀態(tài)，如圖12、表3所示。

根據(jù)表3，查閱XPS數(shù)據(jù)庫(kù)可知，在1-01批次引信擊針套表面元素中，Al呈+3價(jià)，O呈-2價(jià)，Zn呈+2價(jià)，有-OH、C-H鍵存在。

圖13為1-06批次引信擊針套表面的XPS全譜分析。表4為1-06批次的引信擊針套表面的XPS全譜分析定量結(jié)果。

對(duì)圖13中出現(xiàn)的C1s、O1s、Al2p、Cu2p、Zn2p等幾個(gè)相關(guān)的峰分別進(jìn)行窄區(qū)域高分辨細(xì)掃描，以獲取更加精確的信息，特別是結(jié)合能的準(zhǔn)確位置，以鑒定元素的化學(xué)狀態(tài)。圖14是上述幾個(gè)元素的XPS窄區(qū)域高分辨細(xì)掃描結(jié)果。表5是1-06批次引信擊針套表面的XPS窄區(qū)域高分辨細(xì)掃描分析定量結(jié)果。

根據(jù)表5，查閱XPS數(shù)據(jù)庫(kù)可知，1-06批次引信擊針套表面的元素中，Al呈+3價(jià)，O呈-2價(jià)，Zn呈+2價(jià)，Cu呈+2價(jià)，有-OH、C-H鍵存在。

1-06批次引信擊針套表面和1-01批次引信擊針套表面均有C-H鍵存在。根據(jù)前面的分析，兩個(gè)批次的Zn基合金都不含C，C-H鍵，只有可能是外來(lái)物質(zhì)。制取XPS試樣時(shí)采用了線切割，當(dāng)時(shí)用膠水將試樣固定，可以推斷C-H鍵與膠水的殘留物有關(guān)。

從以上測(cè)試分析可以看出，1-06批次引信擊針套表面與1-01批次引信擊針套表面的合金元素價(jià)態(tài)相同，只是1-06批次引信擊針套表面發(fā)現(xiàn)了Cu2+離子的存在。1-01批次引信擊針套表面沒(méi)有檢測(cè)到Cu2+離子的存在，也許與其生成量較小，完全固溶于Al、Zn晶格中有關(guān)。

兩個(gè)批次的試件均是在濕度不高的空氣中長(zhǎng)期使用，從理論上可推斷，其表面產(chǎn)物應(yīng)為Zn（OH）2、CuO、Al2O3等。

Zn基合金由富Zn相和富Al相構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。暴露在大氣環(huán)境下，富Zn相會(huì)與大氣中的氧和水分發(fā)生反應(yīng)，生成堿式化合物，富鋁相生成Al2O3。已獲得專利的Galfan鋅基合金，其Al含量必須達(dá)到5%才會(huì)獲得均一的共晶組織，在大氣環(huán)境下才會(huì)發(fā)生均勻腐蝕，從而使腐蝕速率大大降低。近期又有研究指出，Al含量在7%左右，其耐腐蝕性能最佳。當(dāng)Al含量小于5%時(shí)，表面形成的Al2O3不連續(xù)，對(duì)材料的保護(hù)作用欠佳。

本文涉及的兩個(gè)批次的Zn基合金，1-01批次引信擊針套材料的Al含量為3.95%，1-06批次引信擊針套材料的Al含量為6.55%，在大氣環(huán)境下使用一段時(shí)間后，1-01批次引信擊針套表面生成的腐蝕產(chǎn)物比1-06批次引信擊針套材料產(chǎn)生的要多得多。顯然，Al含量偏低是其耐蝕性較差的主要原因。

另外，通過(guò)前面分析得知1-01批次引信擊針套材料的孔隙度較大，致密性較差，這也會(huì)導(dǎo)致其耐蝕性降低。

5 結(jié)論與建議

1）兩個(gè)批次材料的物相組成相同，均由Zn、Al固溶體組成，且差別很小。

2）相對(duì)于1-06批次引信擊針套，1-01批次引信擊針套材料的Al含量較低，孔隙度較高，致密性較差。

3）1-01批次引信擊針套的表面粗燥，表面生成的腐蝕產(chǎn)物比1-06批次引信擊針套多。表面較多的腐蝕產(chǎn)物是引起其粘連的原因。

4）1-01批次引信擊針套的耐腐蝕性較差，主要是由于其Al含量較低，且其致密性較差所致。

5）引信擊針套加工過(guò)程中，應(yīng)降低其表面粗糙度，避免表面生成并附著腐蝕產(chǎn)物；貯存過(guò)程中，應(yīng)控制貯存場(chǎng)所的溫濕度；維護(hù)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)密封性檢查，減少腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生。通過(guò)上述措施，可有效避免發(fā)生粘連。3A0B8894-9639-4E9B-B6A3-7AAD05FEE087