固體火箭發動機點火觸點的耐蝕性

程 翔，黃少波，付 明

（中國空空導彈研究院，洛陽471009）

點火觸點是導軌式發射架與固體火箭發動機之間的橋梁，是固體火箭發動機點火系統的重要組成部分。

某發動機點火觸點主要由殼體、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）。點火觸點安裝于發動機前吊掛內，底部與發動機點火器連接，頂部觸點與發射架接觸。載機電源輸出的點火電流經由發射架、點火觸點后輸入點火器點燃裝藥。

圖1 點火觸點組成示意Fig.1 Schematic of ignition contact

本工作基于某發動機點火觸點在鹽霧試驗中發生銹蝕的情況，在國內首次選用了電接觸表面潤滑保護劑作為固體火箭發動機點火觸點上的有機防護涂層，有效增加了產品耐腐蝕性能，并通過了電氣、鹽霧、硫化試驗的考核。

1 銹蝕成分及機理分析

點火觸點需要在各種環境中保持外表光潔，且不影響觸點與觸點、觸點與絕緣體之間的電性能。針對發動機、發射架隨載機的長期掛飛過程中點火觸點磨損造成鍍層破壞的情況，試驗為此分為鍍層完好及鍍層破壞（即金屬基體外露）兩種狀態。

點火觸點在鹽霧試驗后發現：鍍銀層、黃銅H62表面均出現不同程度的銹蝕，其中鍍層銹蝕外觀呈發黑，黃銅表面銹蝕外觀呈發暗。銹蝕引起觸點接觸電阻變大，造成點火電阻超差，其最大測試值約5Ω。

1.1 鍍銀層銹蝕

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

圖2 鍍銀層照片Fig.2 Photos of silvering layer

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

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

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。黃銅具有優良的導電性能、電阻率低和易覆蓋等優點，因此作為觸點的金屬基體材料。對其銹蝕成分同樣經電鏡分析，其成分如表2所示。

分析認為：黃銅H62在濕熱潮濕環境下發生脫鋅腐蝕，合金表面的鋅從黃銅中優先溶解，被腐蝕的鋅由合金晶格上鋅原子的擴散所補償，鋅在活性脫鋅前沿被選擇性侵蝕，這個前沿不斷向內部移動，表2中鋅的不同含量也證明了這一點。

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

2 銹蝕處理方案

不同類型的抗變色能力為：有機處理膜＞銀層上鍍鎳＞無機處理膜＞電泳沉積膜＞電解鈍化膜＞化學鈍化膜。目前較常用的有機處理膜為電接觸表面潤滑保護劑以及DJB－823固體薄膜保護劑。

“電接觸表面潤滑保護劑”（簡稱“電子油”）涂覆材料表面后產生固態膜，具有顯著的三防作用，涂層具有如下特點：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，涂覆工藝簡便安全，使用成本低，市面易于采購，已應用于電連接器等元器件的鍍層防護中。常用的DJB－823固體薄膜保護劑防變色效果雖好，但需用溶劑汽油作為溶劑，且操作工藝復雜。綜合考慮點火觸點的日常維護需求，采用電子油作為防護劑，表3列出了電子油的性能指標。

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

3 防銹試驗及分析

3.1 電氣性能影響試驗

由于保護涂層在發動機與掛架的長期掛飛過程中會磨損破壞，為此需要日常維護過程中多次涂覆，因此多次涂覆對于點火觸點的電氣性能影響，是本文關注的重點之一。

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

圖3 電氣試驗試件照片Fig.3 Photo of contact in electrical test

表4 觸點電阻測量數值Tab.4 Resistance of ignition contacts Ω

由上表可見：觸點間電阻在涂覆前后基本一致，波動在2mΩ以內，滿足產品的接觸電阻要求。

觸點與絕緣體之間的絕緣電阻在涂覆后測量均大于20MΩ，滿足產品的絕緣性要求，分析認為：電子油在金屬表面涂覆后形成了一層鈍化保護膜，該膜層厚度為2μm以下，屬于超薄膜，并具有電隧道效應，當其在金屬表面形成抗蝕性保護膜時，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，不經保護薄膜傳導到金屬。

綜上可認定：電子油的多次涂覆不會影響點火觸點的接觸電阻與絕緣電阻。

3.2 鍍層防變色試驗

采用3個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。即試件在1%的硫化鈉溶液中，溫度在15～25℃條件下浸漬30min，觀測鍍銀層是否變色。試驗前后的試件宏觀照片見圖4。

圖4 硫化試驗試件照片Fig.4 Photos of H62in vulcanization test

硫化試驗后，經電子油防護的鍍銀層表面光潔，無變色、銹蝕產生，表明電子油有效的保護了鍍銀層。

3.3 金屬材料耐腐蝕試驗

采用3個黃銅H62觸點作為鹽霧試驗的試樣，其中a為浸涂LT－9307電子油1次，b為浸涂20次，c為無處理。試驗條件參照GJB 150.11A－2009進行，試驗前、后檢查觸點外觀見圖5。鹽霧試驗后，經電子油防護的黃銅H62觸點表面均光潔無銹蝕；未經防護的黃銅H62觸點產生銹蝕，銹蝕呈發暗。

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

試驗后對三種狀態的點火觸點均進行電鏡分析，其正常及銹蝕成分與1.2節中結果基本一致，表明電子油有效增加了材料抗腐蝕效果。

4 結論

（1）LY－9308電子油能夠有效地保護鍍銀層不變色、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）經試驗比較，電子油有效地增加了點火觸點的抗腐蝕能力。