提高電火工品用封接件插針接插性能的工藝研究

楊 欣，王海震，祝 捷，顏寶鋒，楊云龍

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提高電火工品用封接件插針接插性能的工藝研究

楊 欣，王海震，祝 捷，顏寶鋒，楊云龍

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安，710061）

基于航天領(lǐng)域?qū)﹄娀鸸て返慕硬逍阅芤筝^高，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，探索出一種新型環(huán)保型表面處理工藝，討論了處理方式、溶液組分以及溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)驗(yàn)證，得到了超聲波精飾處理液的最佳工藝條件；處理后的插針表面可達(dá)到5級(jí)光亮，電鍍后插針表面鍍金層光亮致密，500次插拔試驗(yàn)后鍍層表面未出現(xiàn)起皮掉層現(xiàn)象。該工藝保證了封接件的表面質(zhì)量和接插性能的良好性，滿足了設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的性能要求。

火工品；封接件；超聲波精飾；接插性能；工藝

封接件是指金屬與玻璃經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)而成的連接體，廣泛應(yīng)用于電子、兵器、航天、航空、船舶、石油爆破等領(lǐng)域的各種武器裝備中，尤其應(yīng)用于兵器、航空航天的電火工品中[1]。

封接件作為電火工品的關(guān)鍵部件，起到支撐及連接的作用[2]。插接端（尤其是插針）電鍍鍍層質(zhì)量直接影響到火工品安全性、可靠性。因此，鍍層應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性能、抗化學(xué)腐蝕性，同時(shí)應(yīng)具有耐高溫及一定的耐磨性[3]。航天系統(tǒng)用電火工品大多采用插拔式連接，依據(jù)GJB 1216-91規(guī)范要求，航天用電火工品封接件的接插端與插頭在無(wú)電負(fù)荷的情況下，經(jīng)過(guò)500次插拔后，插針鍍層只允許磨損，不允許起皮或成片脫落，且為保證其導(dǎo)電性能，插針表面電鍍金層必須達(dá)到99.9%的純金。目前，一般封接件的表面處理工藝很難滿足設(shè)計(jì)要求。

本研究主要通過(guò)對(duì)插針的表面處理工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)，并經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐后，研制出一種能提高封接件接插性能的新型環(huán)保型表面處理工藝，產(chǎn)品表面質(zhì)量和性能得到極大改善和提高，滿足設(shè)計(jì)和客戶的需求。

1 目前表面處理方法及存在問(wèn)題

傳統(tǒng)封接件的表面處理工藝流程為：去油脫脂→自來(lái)水清洗→酸洗→去離子水清洗→電鍍金→去離子水清洗→酒精脫水→烘箱干燥。

傳統(tǒng)表面處理方法存在問(wèn)題主要有：（1）封接件接插性能較低。采用傳統(tǒng)表面處理方法處理后，出現(xiàn)部分封接件接插端在與插頭插拔十幾次，甚至插拔幾次后就會(huì)出現(xiàn)鍍金層起皮或脫落現(xiàn)象，不能滿足航天用電火工品封接件對(duì)接插性能的要求。（2）通用性差。 傳統(tǒng)的表面處理方法主要適用于普通電火工品的表面處理，不適用于對(duì)接插壽命要求較高的電火工品封接件的表面處理。（3）合格率低，不利于封接件批量生產(chǎn)。

2 超聲波處理原理

一個(gè)月之后，孟導(dǎo)好不容易淡忘了自己“鬼打眼”的經(jīng)歷?，F(xiàn)在的孟導(dǎo)還是時(shí)不時(shí)就到葉總的店里閑逛，不過(guò)老賈再也沒在古董市場(chǎng)里露過(guò)臉。至少眼不見心不煩。反正那些古幣都是些便宜貨，只是可惜了錢盒子。

從表1可以看出，當(dāng)鹽酸濃度低于80mL/L時(shí)，化學(xué)拋光溶液的化學(xué)溶解作用較小，對(duì)基材表面氧化膜不能完全去除，對(duì)基材表面存在的微觀缺陷也起不到平整作用，處理效果差；當(dāng)鹽酸濃度超過(guò)80mL/L時(shí)，對(duì)基材表面產(chǎn)生過(guò)腐蝕，基材表面粗糙度增加。當(dāng)鹽酸濃度為80mL/L時(shí)，基材表面質(zhì)量最佳。

今晚我們打牌吧？有時(shí)候大林會(huì)當(dāng)著倩倩面問(wèn)一朵，或者問(wèn)，今晚我能不能和你打牌？一朵就朝著大林做鬼臉，大林說(shuō)，倩倩又不管我們打牌，倩倩會(huì)乖乖睡覺覺的。

圖1 超聲波光飾原理示意圖

電火工品封接件表面處理新工藝流程為：超聲波精飾→去離子水清洗→電鍍金→去離子水清洗→酒精脫水→電熱真空干燥箱

封接件插針在機(jī)加過(guò)程中，會(huì)存在劃痕或凹坑等缺陷，后續(xù)經(jīng)過(guò)高溫玻璃封接之后，插針表面也會(huì)出現(xiàn)一層氧化薄膜。傳統(tǒng)的處理方法是采用鹽酸或硫酸浸泡酸洗，不僅對(duì)基材表面起不到整平的作用，又不能保證完全清除插針表面的氧化薄膜，還極易對(duì)基材造成過(guò)腐蝕[4]。在后續(xù)電鍍金過(guò)程中，Au+在基材表面有劃痕的地方不能均勻沉積，使得晶粒生長(zhǎng)粗大，表現(xiàn)為鍍層表面不均勻致密[5]。另一方面，殘留在基底表面的氧化薄膜使得鍍液中欲鍍Au+不能在此沉積，該處無(wú)鍍層或比其他部位鍍的慢，最終導(dǎo)致鍍層表面出現(xiàn)麻點(diǎn)或掉層等缺陷[6]。因此，電鍍前插針表面質(zhì)量對(duì)鍍金層的質(zhì)量和性能影響較大。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 電火工品封接件表面處理新工藝

本文中采用的超聲波光飾方法無(wú)需翻動(dòng)零件，溶液裝載能力比常規(guī)方法提升8倍以上，1min內(nèi)約可拋光40～60個(gè)封接件，經(jīng)拋光后的插針表面可以達(dá)到5級(jí)鏡面般光亮，且作用時(shí)間短（1～3min）、溫度低。傳統(tǒng)的化學(xué)處理溫度不低于80℃，本文采用的化學(xué)處理溫度為30～50℃，不僅避免了強(qiáng)酸在高溫下對(duì)基材的過(guò)腐蝕，且保護(hù)了操作人員的人身安全，因?yàn)閺?qiáng)酸在高溫下極易溢出，對(duì)人體會(huì)造成傷害。綜上所述，采用超聲波精飾處理工藝，不僅可以使基材表面光潔度提高，且大大降低了表面處理時(shí)的溫度，響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，這也是提高封接件接插性能指標(biāo)的最關(guān)鍵工序。

銳角三角函數(shù)是這個(gè)角的正切、正弦、余弦的統(tǒng)稱.教材對(duì)這一內(nèi)容的安排是，第一課時(shí)教學(xué)正切的概念，第二課時(shí)教學(xué)正弦、余弦的概念.這樣安排教學(xué)容易出現(xiàn)“只見樹木，不見深林”的現(xiàn)象[3]，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)銳角三角函數(shù)的認(rèn)識(shí)割裂.因此，我們?cè)诮虒W(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生明確在一個(gè)銳角大小確定的前提下，研究直角三角形任何兩邊的長(zhǎng)度比值，整體感知各種情況：這樣處理的目的在于使學(xué)生在整體認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行主動(dòng)的和有意義的進(jìn)入學(xué)習(xí)過(guò)程[4].

3.2 溶液組成及工藝條件

添加劑的主要作用是溶解掉插針表面的氧化膜，且防止基材在溶液中出現(xiàn)過(guò)腐蝕，并對(duì)插針表面有增光作用，以保證插針表面良好及完整性。添加劑濃度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響見表2。從表2可以看出，當(dāng)添加劑質(zhì)量濃度低于30g/L時(shí)，插針表面化學(xué)反應(yīng)速度慢，不僅對(duì)插針表面起不到平整作用，且表面氧化膜去除不完全，最終使得插針表面不平整，光亮度差；當(dāng)添加劑質(zhì)量濃度超過(guò)30g/L時(shí)，在插針表面會(huì)產(chǎn)生鈍化作用，生成一層鈍化膜，使得化學(xué)拋光效果降低，表面光潔度下降。因此，當(dāng)添加劑質(zhì)量濃度為30g/L時(shí)，插針表面質(zhì)量可以達(dá)到5級(jí)最佳。

超聲波精飾溶液組成及工藝條件：鹽酸80mL·L-1；磷酸70mL·L-1；硝酸55mL·L-1；添加劑XX 30g·L-1；磺基水楊酸3g·L-1；煙酸3～5g·L-1；30℃；1～3min。

3.3 電火工品封接件性能實(shí)驗(yàn)

將封接件插針超聲波精飾處理后的表面質(zhì)量分5級(jí)[8]，采用目測(cè)法對(duì)表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定：1級(jí)為插針表面有霧白色氧化膜，沒有光亮度；2級(jí)為插針表面略有光亮，但照不出物體形狀；3級(jí)為插針表面光亮度較好，能模糊照出物體形狀；4級(jí)為插針表面光亮，能照出物體形狀；5級(jí)為插針表面鏡面般光亮，能清晰照出物體形狀。

原來(lái)，楊力生和李秀花在村頭小樹林里私下約會(huì)的事有人看到過(guò)，人們一傳十，十傳百，早已傳得滿城風(fēng)雨。這事楊秋香也有所耳聞，因沒有真憑實(shí)據(jù)，不便責(zé)問(wèn)他罷了。見楊力生不回答她的話，楊秋香稍一思慮便說(shuō)：“告訴你哈，楊力生，外面有人傳說(shuō)你在外找小姐。你得注意點(diǎn)。等我調(diào)查調(diào)查，這事要是真的，我饒不了你！”

從表3可以看出，封接件在進(jìn)行超聲波精飾處理時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率隨著溶液溫度的上升而加快。當(dāng)溶液溫度低于25℃時(shí)，插針表面的氧化膜在化學(xué)溶液中的反應(yīng)速度較慢，插針表面幾乎無(wú)光亮反應(yīng)，最終插針表面呈霧狀，效果較差。當(dāng)溶液溫度高于30℃時(shí)，插針表面在化學(xué)溶液中反應(yīng)速度加快，過(guò)程不易控制，會(huì)導(dǎo)致插針基材表面過(guò)腐蝕，最終插針表面凹凸不平。經(jīng)多次生產(chǎn)實(shí)踐，確定最終超聲波精飾最佳溫度為30℃。

已經(jīng)是下午三點(diǎn)，太陽(yáng)很猛烈，殷明佝僂著身子，背著那個(gè)破舊的單肩包，身子一陣一陣發(fā)冷。這是第幾次了？哦，三十二次，三十二次，場(chǎng)場(chǎng)不中，俺也算是個(gè)人才了吧。殷明自嘲地笑了笑。好吧，又是一天過(guò)去了。他走到大廈邊上，看著旁邊呆呆地靠墻烘著太陽(yáng)的流浪漢們。他挨著他們坐了下來(lái)，偏著頭，側(cè)著身子，弓起身子蜷縮著，他太累了，不一會(huì)兒，輕輕的鼾聲便此起彼伏，右手腕上那個(gè)傷口上，歪歪扭扭貼著那張秦容曾經(jīng)給他買的創(chuàng)可貼。

4 工藝參數(shù)的影響

4.1 鹽酸對(duì)封接件接插性能的影響

鹽酸是無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，是化學(xué)拋光液中的主要成分，具有快速剝離去除表面氧化膜的作用。在室溫下對(duì)金屬氧化物的溶解能力較弱，升溫后加之超聲波的輔助作用，其侵蝕能力大大提高，鹽酸濃度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響見表1。

表1 鹽酸濃度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響

Tab.1 The influence of hydrochloric acid concentration on the pin surface quality

本文采用超聲波加化學(xué)溶液綜合處理技術(shù)，利用超聲波發(fā)出的頻率高于20kHz的縱波產(chǎn)生的空化作用和穿透能力，能夠快速有效地對(duì)每個(gè)零件細(xì)微表面產(chǎn)生機(jī)械剝離作用，使整個(gè)溶液處于高速循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)金屬表面產(chǎn)生極大的機(jī)械沖擊作用。超聲波對(duì)金屬表面氧化膜的作用，就是依靠空化作用所造成的機(jī)械沖擊和光飾處理溶液的共同作用形成的，液體越稠，這種沖擊作用越強(qiáng)烈[7]，光飾原理示意圖見圖1。

4.2 添加劑對(duì)封接件接插性能的影響

實(shí)驗(yàn)樣品為可伐合金4J29，其化學(xué)組成為：29% Ni，17%Co，0.5%Mn，0.2%Si。

表2 添加劑XX對(duì)插針表面質(zhì)量的影響

Tab.2 The influence of additive XX on the pin surface quality

4.3 溫度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響

超聲波精飾溫度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響很大，對(duì)提高插針表面的光亮度起決定性作用，并能加快反應(yīng)速率。表3為溫度對(duì)插針表面效果的影響。

表3 溫度對(duì)插針表面質(zhì)量的影響

Tab.3 The influence of temperature on the pin surface quality

接插性能試驗(yàn)依據(jù)GJB 1216-91規(guī)范要求，將封接件裝入鑒定合格的連接器，按GJB 1216-91中方法2016的規(guī)定進(jìn)行500次的插拔試驗(yàn)，插拔速率每小時(shí)不超過(guò)500次，插入深度不小于插孔的最小深度的70%。試驗(yàn)時(shí)插頭可以不帶連接螺帽，插拔500次不發(fā)生起皮掉層現(xiàn)象即為合格，反之不合格。

實(shí)施新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程，是在我國(guó)改革開放40周年的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，黨和國(guó)家賦予山東的重大政治責(zé)任和重大政治任務(wù)。在全省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換綜合試驗(yàn)區(qū)建設(shè)的三大核心區(qū)之一的煙臺(tái)，煙臺(tái)市人大常委會(huì)正把助推新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程作為頭等大事抓緊抓實(shí)，積極依法履行各項(xiàng)職責(zé)，力促全市新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程深入實(shí)施。

4.4 時(shí)間對(duì)插針表面質(zhì)量的影響

經(jīng)過(guò)一系列生產(chǎn)實(shí)踐，超聲波精飾時(shí)間控制在1～3min為宜。時(shí)間過(guò)短，處理效果較差；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，極易對(duì)插針表面造成過(guò)腐蝕，而且溶液消耗量增加，生產(chǎn)效率降低。

5 處理效果

圖2為電火工品封接件超聲波精飾前后表面形貌對(duì)比圖。從圖2（a）可以看出，電火工品封接件經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，插針表面會(huì)生成一層較厚、致密的氧化膜，呈現(xiàn)淡藍(lán)色或鼠灰色。從圖2（b）可以看出，經(jīng)過(guò)超聲波精飾處理后，插針表面的氧化膜已完全去除，并達(dá)到5級(jí)鏡面般光亮，處理效果極佳。

圖3是電鍍后插針鍍金層表面形貌及插拔500次試驗(yàn)后插針鍍金層表面形貌。

圖2 封接件插針經(jīng)超聲波精飾前后表面形貌對(duì)比圖

圖3 封接件插針經(jīng)電鍍后和插拔試驗(yàn)后的表面形貌對(duì)比圖

從圖3（a）可以看出，最終經(jīng)過(guò)電鍍工藝后，插針表面鍍金層光亮均勻致密。從圖3（b）也可以看出，經(jīng)過(guò)500次插拔試驗(yàn)后，插針鍍金層表面僅有輕微磨損，鍍層光亮度降低，但未出現(xiàn)起皮掉層現(xiàn)象，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求。

歧義詞通?？煞譃榻患?、組合型和真歧義三類，不同的消除方法對(duì)歧義詞的類型有所偏重。消除歧義詞主要方法有兩種：一是基于規(guī)則的歧義消解算法，它主要采用語(yǔ)義、語(yǔ)法、詞性等規(guī)則對(duì)歧義字段進(jìn)行消除；一是基于統(tǒng)計(jì)的歧義消解算法，它是統(tǒng)計(jì)相鄰字同時(shí)出現(xiàn)的頻次，確定組成詞的可能性，具體有：?jiǎn)渭円栽~頻為依據(jù)的詞頻法；多個(gè)單字之間相連趨勢(shì)為依據(jù)的t-測(cè)試法；兩字之間結(jié)合緊密程度為依據(jù)的互信息法。

6 結(jié)論

（1）針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)提高封接件插針基材表面光潔度的表面處理工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)，并經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐后，得到了不僅能有效去除插針表面氧化膜，而且可以改善基材表面光潔度的環(huán)保型化學(xué)處理工藝。經(jīng)過(guò)處理后的產(chǎn)品表面質(zhì)量和接插性能得到極大改善和提高，滿足設(shè)計(jì)和客戶的需求。

（2）研究和實(shí)踐表明，電火工品封接件插針表面超聲波精飾最佳工藝條件為：80mL·L-1鹽酸、70m L·L-1磷酸、55 mL·L-1硝酸、30g·L-1添加劑、3g·L-1磺基水楊酸、3～5g·L-1的煙酸，溫度為30℃，處理時(shí)間為1～3min。

（3）經(jīng)超聲波精飾處理后，封接件進(jìn)入下道電鍍工序，所得電鍍層表面光滑完整，經(jīng)過(guò)500次接插性能試驗(yàn)后，插針表面鍍金層未出現(xiàn)起皮掉層現(xiàn)象，保證了封接件的表面質(zhì)量和接插性能的良好性，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求。

[1] 費(fèi)恩.玻璃與金屬的封接[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1961.

[2] 姜鵬濤,祝捷,顏寶鋒,等.火工品用不銹鋼封接元器件真空-正壓工藝研究[J].火工品,2010(6):23-26.

[3] 沈涪.可伐合金玻璃封接電連接器電鍍工藝改進(jìn)[J].電鍍與涂飾,2006,25(5):20-24.

[4] 夏浩,周棟,丁毅,等.304不銹鋼玻璃封接組件環(huán)保型酸洗研究[J].電鍍與環(huán)保,2010,30(6):38-40.

[5] 章奇賢,郭鶴桐,等.電鍍?cè)砼c工藝[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

[6] 仇啟賢,景興斌,張曉東,等.不銹鋼玻璃封接組件化學(xué)拋光工藝的研究[J].電鍍與環(huán)保,2010,30(6):38-40.

[7] 王育慷.超聲波原理與現(xiàn)代應(yīng)用探討[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào),2005, 22(8):287-290.

[8] 翟世先,李方成.不銹鋼玻璃組件鹽酸清洗工藝的探討[J].金屬制品,2008,34(6):8-11.

Study on Improving the Plug Performance of Sealing Pin in Electric Initiator

YANG Xin, WANG Hai-zhen, ZHU Jie, YAN Bao-feng, YANG Yun-long

（Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061)

In consideration of the higher requirements of plug performance for electric initiator used in space, according to the practical problems existing in the production process, a new type of environmentally friendly surface treatment was explored, as well as the influence of process parameters, such as treatment, the solution composition and temperature, time and so on, were discussed. Through the experiment and production validation, the best process conditions of ultrasonic finishing treatment were obtained, and the surface brightness of the stainless steel could reach level 5 (mirror-like shine).After plating, the surface of the gold-plated pin is bright and compact. After 500 times of plug experiment, no peeling off layer coating surface phenomenon exist. The treatment ways ensure the surface quality of the seal and plug performance, meet the performance requirements for the design of the product.

Initiating explosive device；Sealing parts；Ultrasonic finish；Plug performance；Process

1003-1480（2018）05-0012-04

TJ450.3

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.004

2018-08-05

楊欣（1987 -），女，工程師，主要從事火工品封接工藝研究。

國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助（61426020203162602002）。