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(duì)、艦載機(jī)的研制進(jìn)展，為保證艦載機(jī)的戰(zhàn)斗力，空空導(dǎo)彈也面臨上艦需求。點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣性能下降、機(jī)械強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的功能失效[2]。美國空軍總部對(duì)沿?；厥褂玫漠a(chǎn)品進(jìn)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(jià)值20億美元的B-2“幽靈”隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)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(shí)驗(yàn)室條件下使用，若單位時(shí)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(jì)主要基于大陸機(jī)場環(huán)境，在沿海地區(qū)戰(zhàn)訓(xùn)及貯存中點(diǎn)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(jìn)行了適應(yīng)性分析，并采取了針對(duì)性的改進(jìn)措施，以提升點(diǎn)火系統(tǒng)在海洋環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性。

1 點(diǎn)火系統(tǒng)概述

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

延期點(diǎn)火插座安裝在延期點(diǎn)火支架上，位于發(fā)動(dòng)機(jī)底部，一端與電點(diǎn)火具連接，另一端與整流罩內(nèi)的點(diǎn)火插頭對(duì)接，用于進(jìn)行導(dǎo)彈的彈射式發(fā)射；延期點(diǎn)火支架與發(fā)動(dòng)機(jī)之間通過密封圈實(shí)現(xiàn)有效密封，延期點(diǎn)火插座與延期點(diǎn)火支架之間通過硅橡膠涂抹實(shí)現(xiàn)有效密封。

短路插座安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，與發(fā)動(dòng)機(jī)之間通過密封圈實(shí)現(xiàn)有效密封；通過對(duì)電點(diǎn)火具的短路插孔進(jìn)行短路，實(shí)現(xiàn)火工品的短路保護(hù)。點(diǎn)火系統(tǒng)的零部件所用的材料與表面處理見表1。

表1 點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)的接觸桿組合觸點(diǎn)發(fā)生銹蝕，見圖1(a)，測試結(jié)果表明點(diǎn)火電阻超差，電阻測量約5?(正常值0.5?)；電點(diǎn)火具及延期點(diǎn)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(duì)電點(diǎn)火具上的白色粉末及接觸桿組合鍍層銹蝕進(jìn)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(duì)武器裝備危害最為嚴(yán)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(jì)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(jì)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(dá)到防護(hù)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(qiáng)作用[6]。

3.1 密封分析

接觸桿組合與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體之間無密封措施，會(huì)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(diǎn)火具、標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)，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(diǎn)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(jìn)行表面處理提高其耐蝕性。上述兩種插座在設(shè)計(jì)鑒定時(shí)耐鹽霧試驗(yàn)滿足GJB 1217方法1001的F類要求（48h），但在海洋氣候的嚴(yán)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(jìn)行表面處理分析：

對(duì)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(diǎn)接觸電阻變大，引起點(diǎn)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(duì)于電點(diǎn)火具、延期點(diǎn)火支架、標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(yuǎn)大于內(nèi)陸的武漢地區(qū)（腐蝕速率為1.4μm/a）[7]。

對(duì)于插針/插孔，鍍金層在一般濕熱條件下保護(hù)性能良好，但在惡劣海洋大氣環(huán)境下保護(hù)性能較差，當(dāng)鍍金層厚度小于4～5μm時(shí)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(huì)首先腐蝕，導(dǎo)致接觸電阻變大并引起點(diǎn)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(duì)基體的保護(hù)作用主要是機(jī)械保護(hù)，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(diǎn)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(shí)，鍍鎳層表面極易形成水膜，同時(shí)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(jìn)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(yàn)時(shí)間的延長而不斷聚集。在海南萬寧地區(qū)的腐蝕試驗(yàn)表明：試驗(yàn)2個(gè)月延期點(diǎn)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(duì)鋁合金基體不能起到有效的防護(hù)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(diǎn)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(shí)會(huì)進(jìn)入濕氣，周而復(fù)始在內(nèi)部最低處的延期點(diǎn)火支架處形成積水；水汽造成電點(diǎn)火具、延期點(diǎn)火支架、部分標(biāo)準(zhǔn)件的鍍鋅層發(fā)生脫鋅，產(chǎn)生白色ZnO粉末，影響了點(diǎn)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(diǎn)火電阻超差；近海環(huán)境中的鹽霧、硫化有可能造成瞬時(shí)接線片鍍層腐蝕，以及短路插針/延期點(diǎn)火插孔的金屬基體腐蝕，亦會(huì)導(dǎo)致接觸電阻變大，從而增大點(diǎn)火電阻；延期點(diǎn)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(qiáng)度和導(dǎo)通性能。因此，現(xiàn)有的點(diǎn)火系統(tǒng)不滿足海洋環(huán)境適應(yīng)性，必須采取改進(jìn)措施。

4 改進(jìn)措施

4.1 密封改進(jìn)

針對(duì)接觸桿組合設(shè)計(jì)密封槽及密封圈，用以在安裝過程中實(shí)現(xiàn)100%氣密。

4.2 材料改進(jìn)

對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)件諸如延期點(diǎn)火支架、電點(diǎn)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?jǐn)?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(diǎn)火具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(yàn)考核，試驗(yàn)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(qiáng)度極限、彈性極限、屈服點(diǎn)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(yàn)）的接觸件材料。因此建議接線片、延期點(diǎn)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(yàn)考核，試驗(yàn)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(yàn)Fig.3 Salt spray test of 17-4PH

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

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

4.3 表面處理改進(jìn)

對(duì)于延期點(diǎn)火支架、電點(diǎn)火具、標(biāo)準(zhǔn)件、短路插座及延期點(diǎn)火插座建議均進(jìn)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(shí)，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(yàn)。

對(duì)于插針/插孔、接觸桿組合的觸點(diǎn)、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(yàn)情況可參照參考文獻(xiàn)[8]。

4.4 改進(jìn)結(jié)論

進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)后，點(diǎn)火系統(tǒng)的零部件材料及表面處理見表3。

表3 改進(jìn)后點(diǎn)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(jìn)措施中，部分改進(jìn)措施已經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，其它改進(jìn)措施直接借鑒了定型產(chǎn)品的成熟設(shè)計(jì)，在工程實(shí)踐上易于實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟度及可靠性高，可有效增強(qiáng)該點(diǎn)火系統(tǒng)在我國近海環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性。

[1]宣衛(wèi)芳,等.裝備與自然環(huán)境試驗(yàn)（提高篇）[M].北京:航空工業(yè)出版社,2011.

[2]吳紅光,等.艦載武器裝備海洋環(huán)境適應(yīng)性研究[J]. 海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào),2007(22):161-165.

[3]蔡培培,等.空空導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)三防淺析[J].航空制造技術(shù),2012(19):73-78.

[4]宣衛(wèi)芳,等.裝備與自然環(huán)境試驗(yàn)（基礎(chǔ)篇）[M].北京:航空工業(yè)出版社,2009.

[5]姜廣順,楊召甫.武器裝備中電子插件版的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究[J].可靠性設(shè)計(jì)與工藝控制,2010(28):49-52.

[6]朱旺.海洋性氣候條件下的三防工藝研究[J].電子工藝技術(shù),2010(1):54-57.

[7]侯彬.軍事電子裝備的三防設(shè)計(jì)[J].裝備環(huán)境工程,2009(5):106-108.

[8]黃昌明,王瓊芳.電鍍銀/金層耐腐蝕性能試驗(yàn)[J].電子對(duì)抗技術(shù),1996(5):33-37.

[9]王玲,等.熱帶海洋大氣環(huán)境下電連接器環(huán)境適應(yīng)性分析[J].裝備環(huán)境工程,2012(6):5-9.