王 銳，程 翔，黃少波，劉世東

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽，471009）

隨著我國航母編隊、艦載機的研制進展，為保證艦載機的戰(zhàn)斗力，空空導(dǎo)彈也面臨上艦需求。點火系統(tǒng)是發(fā)動機的重要組成部分，在海洋環(huán)境下需要具有正常的貯存壽命和良好的海洋環(huán)境適應(yīng)性[1]。惡劣的海洋環(huán)境會導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣性能下降、機械強度降低，嚴重時會導(dǎo)致產(chǎn)品的功能失效[2]。美國空軍總部對沿?；厥褂玫漠a(chǎn)品進行故障調(diào)查與分析，結(jié)果表明：17%的故障產(chǎn)品是由潮濕、鹽霧、霉菌引起的[3]；2008年，美軍一架價值20億美元的B-2“幽靈”隱身戰(zhàn)略轟炸機因傳感器受潮失靈，在關(guān)島海軍基地墜毀[4]。有資料顯示：同一裝備，在實驗室條件下使用，若單位時間內(nèi)出現(xiàn)的故障數(shù)為1次，野外地面上2次，艦載使用為10次[5]。

某空空導(dǎo)彈的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計主要基于大陸機場環(huán)境，在沿海地區(qū)戰(zhàn)訓(xùn)及貯存中點火系統(tǒng)暴露出表面銹蝕、接觸電阻增大等一系列問題。本文從密封措施、材料選取和表面處理方式等方面進行了適應(yīng)性分析，并采取了針對性的改進措施，以提升點火系統(tǒng)在海洋環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性。

1 點火系統(tǒng)概述

點火系統(tǒng)位于發(fā)動機艙與戰(zhàn)斗部艙對接形成的空間內(nèi)，包括電點火具、接觸桿組合、延期點火插座、短路插座、延期點火支架等。接觸桿組合一端通過接線片與電點火具連接，另一端安裝在發(fā)動機吊掛上，并與導(dǎo)軌發(fā)射架的點火觸頭相接觸，用于進行導(dǎo)彈的導(dǎo)軌式發(fā)射，接觸桿組合與發(fā)動機之間無密封。

延期點火插座安裝在延期點火支架上，位于發(fā)動機底部，一端與電點火具連接，另一端與整流罩內(nèi)的點火插頭對接，用于進行導(dǎo)彈的彈射式發(fā)射；延期點火支架與發(fā)動機之間通過密封圈實現(xiàn)有效密封，延期點火插座與延期點火支架之間通過硅橡膠涂抹實現(xiàn)有效密封。

短路插座安裝在發(fā)動機上，與發(fā)動機之間通過密封圈實現(xiàn)有效密封；通過對電點火具的短路插孔進行短路，實現(xiàn)火工品的短路保護。點火系統(tǒng)的零部件所用的材料與表面處理見表1。

表1 點火系統(tǒng)各零部件材料及表面處理Tab.1 Material and surface treatment of ignition system parts

2 銹蝕現(xiàn)象與理化分析

導(dǎo)彈在近海地區(qū)長期貯存后檢查發(fā)現(xiàn)：點火系統(tǒng)的接觸桿組合觸點發(fā)生銹蝕，見圖1(a)，測試結(jié)果表明點火電阻超差，電阻測量約5?(正常值0.5?)；電點火具及延期點火支架表面附有白色粉末，見圖1(b)、1(c)。

圖1 銹蝕現(xiàn)象Fig.1 Corrosion phenomenon

采用Quanta650FEG場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡對電點火具上的白色粉末及接觸桿組合鍍層銹蝕進行分析，前者成分為ZnO，后者成分為Ag2S，且后者經(jīng)100倍放大的電鏡圖見圖2，其成分分析見表2。

圖2 接觸桿組合鍍層電鏡分析Fig.2 SEM analysis of contact combination layer

表2 接觸桿組合鍍層成分組成Tab.2 Component of contact combination layer

3 環(huán)境適應(yīng)性分析

在近海環(huán)境中對武器裝備危害最為嚴重的主要是潮濕、鹽霧、霉菌引起的腐蝕，潮濕、鹽霧、霉菌等環(huán)境都離不開濕度，因此環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計中最主要的是防潮、密封。正確、合理地選用材料是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的基礎(chǔ)；表面處理方式可以使金屬基體與周圍介質(zhì)隔離開來，從而達到防護的目的，目前表面處理的主要措施有鍍、涂，其中鍍是基礎(chǔ)，涂起增強作用[6]。

3.1 密封分析

接觸桿組合與發(fā)動機殼體之間無密封措施，會導(dǎo)致漏氣、漏水。

3.2 材料分析

接觸桿組合材料45鋼屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，耐蝕性能不好，在濕熱氣候又有海洋性影響的環(huán)境下將產(chǎn)生極高的腐蝕性。電點火具、標準件的金屬基體30Cr MnSiA屬于合金結(jié)構(gòu)鋼，其中的Cr、Si在鋼表面生成致密的穩(wěn)定化銹層，可顯著提高其耐大氣腐蝕性能。

接線片、插針/插孔的金屬基體H62是以鋅為主要合金元素的普通黃銅，H62在含有氫、硫化氫或酸霧的潮濕大氣中易于出現(xiàn)脫鋅腐蝕的現(xiàn)象，即合金表面的Zn從銅表面優(yōu)先溶解，在脫鋅前沿被選擇性侵蝕，前沿不斷向內(nèi)部移動，Zn氧化生成ZnO白色粉末，Cu受腐蝕介質(zhì)的作用形成銅綠。

短路插座及延期點火插座所用的6061鋁合金屬于鍛鋁，本身并不耐熱帶海洋大氣環(huán)境，通常需要進行表面處理提高其耐蝕性。上述兩種插座在設(shè)計鑒定時耐鹽霧試驗滿足GJB 1217方法1001的F類要求（48h），但在海洋氣候的嚴苛環(huán)境，其耐鹽霧性能不滿足GJB1217方法1001的B類要求（96h）。

3.3 表面處理分析

參照表1進行表面處理分析：

對于接觸桿組合和接線片，在鹽霧條件下鍍銀層極易與大氣中的S元素反應(yīng)生成黑色的Ag2S，其材料電阻率為0.01～100M?·m，使觸點接觸電阻變大，引起點火電阻超差。Ag2S在鍍層上的蔓延極快，35h、100h、170h的蔓延厚度分別為0.85mm、1.5mm、1.8mm，且在高溫、高濕條件下速度更快[4]。

對于電點火具、延期點火支架、標準件等，在海洋氣候下極易在鍍鋅層表面形成水膜，且空氣中的鹽類顆粒如NaCl等具有很強的吸濕性，極易粘附在金屬表面，從而形成一層含有溶解鹽的電解液膜。鍍鋅層表面在電解液膜的存在下，發(fā)生電化學(xué)腐蝕并生成白色的ZnO。資料表明，在臨近海岸的青島地區(qū)，鍍鋅層腐蝕速率為3.7μm/a，遠大于內(nèi)陸的武漢地區(qū)（腐蝕速率為1.4μm/a）[7]。

對于插針/插孔，鍍金層在一般濕熱條件下保護性能良好，但在惡劣海洋大氣環(huán)境下保護性能較差，當(dāng)鍍金層厚度小于4～5μm時存在孔隙，由于銅上鍍金層是陰極鍍層，存在電介質(zhì)條件下孔隙內(nèi)的基體銅會首先腐蝕，導(dǎo)致接觸電阻變大并引起點火電阻超差[8]。

鋁合金連接器表面的鍍鎳層屬于陰極性鍍層，對基體的保護作用主要是機械保護，即阻隔鋁合金基體與腐蝕介質(zhì)的直接接觸從而避免基體腐蝕。延期點火插座掃描電鏡微觀形貌表明鍍鎳層表面存在大量孔隙。當(dāng)鋁合金化學(xué)鍍鎳殼體電連接器暴露于熱帶海洋大氣環(huán)境中時，鍍鎳層表面極易形成水膜，同時大氣中的腐蝕介質(zhì)（如Cl-1）通過海鹽粒子沉積溶入表面水層，腐蝕介質(zhì)和水膜中的溶解氧通過鍍鎳層的孔隙逐漸進入內(nèi)部，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，生成鋁的含氧腐蝕產(chǎn)物。由于鋁合金腐蝕產(chǎn)物與鋁合金基體存在體積差，腐蝕產(chǎn)物隨著試驗時間的延長而不斷聚集。在海南萬寧地區(qū)的腐蝕試驗表明：試驗2個月延期點火插座即有殼體出現(xiàn)白霜、鼓泡和剝落現(xiàn)象。可見在熱帶海洋大氣環(huán)境下化學(xué)鍍鎳層對鋁合金基體不能起到有效的防護作用，不適宜在此類環(huán)境下長期使用[9]。

3.4 分析結(jié)論

根據(jù)上述分析：點火系統(tǒng)的安裝腔體存在氣密失效，空腔內(nèi)由于日曬而增加壓力，氣體逸出；當(dāng)夜晚氣溫下降時會進入濕氣，周而復(fù)始在內(nèi)部最低處的延期點火支架處形成積水；水汽造成電點火具、延期點火支架、部分標準件的鍍鋅層發(fā)生脫鋅，產(chǎn)生白色ZnO粉末，影響了點火系統(tǒng)的貯存壽命；近海環(huán)境中的硫與接觸桿組合的鍍銀層直接接觸生成銹蝕，造成點火電阻超差；近海環(huán)境中的鹽霧、硫化有可能造成瞬時接線片鍍層腐蝕，以及短路插針/延期點火插孔的金屬基體腐蝕，亦會導(dǎo)致接觸電阻變大，從而增大點火電阻；延期點火插座、短路插座均不適應(yīng)近海環(huán)境，長期貯存過程中將影響其絕緣電阻、耐壓強度和導(dǎo)通性能。因此，現(xiàn)有的點火系統(tǒng)不滿足海洋環(huán)境適應(yīng)性，必須采取改進措施。

4 改進措施

4.1 密封改進

針對接觸桿組合設(shè)計密封槽及密封圈，用以在安裝過程中實現(xiàn)100%氣密。

4.2 材料改進

對于金屬結(jié)構(gòu)件諸如延期點火支架、電點火具、接觸桿組合等，盡量選用同一種金屬材料以防電偶腐蝕。大量研究結(jié)果表明，鉻含量超過17%（質(zhì)量分數(shù)）的奧氏體不銹鋼在海洋大氣環(huán)境中具有良好的耐蝕性。借鑒某艦空導(dǎo)彈點火具的設(shè)計經(jīng)驗，建議將上述結(jié)構(gòu)件改為17-4PH，該材料已通過96h鹽霧試驗考核，試驗后試件表面無銹蝕，耐腐蝕效果明顯優(yōu)于45鋼及30CrMnSiA，具體情況見圖3。

鈹青銅耐腐蝕性能優(yōu)于純銅和黃銅，除具有高的強度極限、彈性極限、屈服點和疲勞極限外，還具有較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度、耐磨性、抗蠕變性、耐蝕性和耐腐蝕疲勞性，在各種氣體、海水、淡水等介質(zhì)中都具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，已應(yīng)用于某系列艦船用電連接器（滿足500h鹽霧試驗）的接觸件材料。因此建議接線片、延期點火插針、短路插孔的金屬基體材料改為鈹青銅，該材料已通過96h鹽霧試驗考核，試驗后試件表面無明顯銅綠產(chǎn)生，明顯優(yōu)于H62黃銅（有銅綠產(chǎn)生），具體情況見圖4

圖3 17-4PH的鹽霧試驗Fig.3 Salt spray test of 17-4PH

圖4 鈹青銅、黃銅的鹽霧試驗Fig.4 Salt spray test of beryllium bronze and brass

短路插座、延期點火插座借鑒GJB599II系列電連接器的應(yīng)用經(jīng)驗，材料建議換為不銹鋼00Cr17Ni14 Mo2，耐鹽霧試驗滿足GJB 1217方法1001的B類（500h），試驗情況可參照參考文獻[9]。標準件材料均換用不銹鋼1Cr17Ni2。

4.3 表面處理改進

對于延期點火支架、電點火具、標準件、短路插座及延期點火插座建議均進行表面鈍化處理，即在不銹鋼表面生成一層鉻酸鹽鈍化膜，該處理不僅光澤美觀，且有效提高了抗蝕性能；當(dāng)膜受到輕微損傷時，鈍化膜中的可溶性六階鉻化合物能使該處再次鈍化，具有一定的自修復(fù)功能，可滿足96h鹽霧試驗。

對于插針/插孔、接觸桿組合的觸點、接線片鍍層，建議改為鍍金層，且鍍層厚度均應(yīng)>5μm；或保持鍍金層1.3μm，但采用脈沖鍍金工藝，試驗情況可參照參考文獻[8]。

4.4 改進結(jié)論

進行環(huán)境適應(yīng)性改進后，點火系統(tǒng)的零部件材料及表面處理見表3。

表3 改進后點火系統(tǒng)零部件的材料及表面處理Tab.3 The improved material and surface treatment of ignition system parts

上述改進措施中，部分改進措施已經(jīng)過試驗驗證，其它改進措施直接借鑒了定型產(chǎn)品的成熟設(shè)計，在工程實踐上易于實現(xiàn)，技術(shù)成熟度及可靠性高，可有效增強該點火系統(tǒng)在我國近海環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性。

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