發射裝置殼體黑斑分析

馬燕青

（中國空空導彈研究院，洛陽471009）

1 情況簡介

某型發射裝置殼體進行硫酸陽極化后發現部分零件的表面存在“黑斑”，“黑斑”主要集中于導軌的B、C面交接處。殼體材料為LY12CS，結構如圖1所示。

圖1 殼體導軌結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of launcher shell and the rail

機載導彈發射裝置用于載機攜帶和發射導彈，它承受和傳遞導彈掛飛、發射過程中的各種載荷［1］。導軌在導彈掛飛及發射時均為承載部位，“黑斑”在導軌位置出現可能會降低導軌性能，進而影響到載機和空空導彈的安全，所以深入地對故障原因進行研究，找出黑斑形成機理，對保證空空導彈系統安全，保證產品的可靠性具有重大意義。

2 試驗過程與結果

2.1 化學成分

從殼體上B、C面交接處有"黑斑"位置及遠離該位置的基體取樣，然后用ICP7510型等離子發射型光譜進行化學成分分析比對，結果如表1所示。兩位置成分均符合標準要求，無明顯差異。

表1 導軌的化學成分（質量分數）Tab.1 Chemical composition of the launcher rail（mass）%

2.2 金相組織

從殼體上B、C面交接處有“黑斑”部位取樣后用DMI5000型金相顯微鏡進行組織觀察，金相組織如圖2所示。導軌橫截面金相組織晶界清晰，未見液相球、晶界粗化發毛、過燒三角形相和晶粒粗大等過燒特征；導軌縱截面中晶粒沿擠壓的方向伸長，晶間有大量的第二相粒子斷續分布，也未見過燒特征，縱橫截面金相組織均滿足要求。

圖2 導軌的顯微組織 200×Fig.2 Microstructure of the launcher rail（a） transverse section （b） longitudinal section

2.3 低倍組織

從殼體上截取試樣進行低倍試驗，低倍組織均勻一致，未見裂紋、縮尾、氣孔及粗晶等缺陷，導軌位置未見明顯缺陷。

2.4 力學性能

從導軌位置B、C面交界處沿殼體長向截取120 mm長，制成φ5mm機性拉伸試驗后，用CMT5105型電子萬能材料試驗機進行力學性能測試，結果如表2所示，滿足設計要求。

表2 導軌位置的力學性能Tab.2 Mechanical properties of the launcher rail

2.5 形貌分析

通過Quanta 650FEG掃描電鏡對導軌上“黑斑”進行觀察，“黑斑”在掃描電鏡下呈白色，呈線狀集中分布于導軌的B、C面交接處，如圖3所示。放大后對“黑斑”進一步觀察發現，“黑斑”實質為疏松孔洞，形貌如圖4所示。

2.6 能譜分析

對導軌位置的正常表面及“黑斑”位置進行能譜分析，兩者成分分別如圖5、圖6所示。兩區域所含主元素基本一致，雜質元素含量也未見明顯差異，黑斑位置氧含量較低而正常表面氧含量較高。

圖3 導軌上的“黑斑”分布Fig.3 Macro morphology of the black spot distribution

圖4 “黑斑”的微觀形貌Fig.4 Micro morphology of a black spot

圖5 導軌位置正常表面的EDS譜Fig.5 EDS spectrum of the normal area

圖6 “黑斑”位置的EDS譜Fig.6 EDS spectrum of a black spot

3 分析與討論

通過以上試驗結果可知，殼體的化學成分、顯微組織、低倍組織、力學性能均正常，說明并非是由于材料的成分異常或冶金缺陷造成的黑斑。

正常部位與“黑斑”區域能譜分析結果表明，兩者所含成分接近，均含有痕量的硫、氯元素，因此判斷并非是由硫、氯等腐蝕性元素含量的差異造成了“黑斑”。

鋁合金的陽極氧化處理是在鋁合金表面形成一層具有一定厚度、強度及一定特性的薄膜。為保障氧化膜的質量，要求陽極化處理前需將樣品表面清洗干凈，確保無雜質并達到一定的光潔度。

陽極氧化處理中，在生成氧化膜的同時，由于酸的作用氧化膜的溶解也同時進行，在氧化過程初期，氧化膜的生成速率大于溶解速率，膜的厚度不斷增加；同時，膜厚的增加引起電阻增大，降低了膜的生成速率。當氧化膜的生成速率與溶解速率達到動態平衡時，膜的厚度即達到一定值［2］，從而得到一定厚度的氧化膜［3］。

結合陽極化機理對導軌上“黑斑”進行進一步分析，黑斑主要集中于B、C面交接處，導軌成型加工時是先用平面銑加工A、B面，再用成型銑刀加工R5的C面。A、B面交界處經過兩次銑削，材料變形量大，使得表層的晶格發生扭裂變形，易引發局部的晶間腐蝕［4-5］；成型銑刀加工精度較低，所以加工表面車刀紋較大，刀紋間距較寬，加工面粗糙度較高［4］。二者都加劇了陽極化前處理堿洗過程中的電化學腐蝕，導致該位置腐蝕較重，導軌位置晶間的大量第二相顆粒被完全暴露出來，成為附著于零件表面的雜質［6］。由于高的粗糙度和雜質的存在，導致了陽極化處理時導軌表面電流不均勻［7］，改變了局部的陽極氧化條件，造成氧化膜表面出現黑斑。

針對黑斑形成的機理，為改善最終產品質量，建議A、B面交界處成型銑工序預留一定加工余量，在該工序后增加打磨拋光工序，去除晶格變形強烈的最表層，同時也能提高產品表面光潔度。

4 結論

導軌位置切削變形量大，成型銑加工精度較低，堿洗時腐蝕程度較重，同時造成較多雜質附著，從而改變了陽極氧化條件，形成氧化膜表面的黑斑。

［1］楊曉燕，郭春河.某型機載投放裝置鎖制機構發生粘著磨損故障分析［J］.航空兵器，2008（4）：56-58.

［2］張棟，張文靜，樂永康，等.鋁合金表面陽極氧化膜的制備及其摩擦性能［J］.材料保護，2009，3（42）：9-14.

［3］錢苗銀，姚壽山，張少宗.現代表面技術［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［4］劉偉.鍛造LF6法蘭陽極化后表面深灰色原因分析［J］.火箭推進，2008（2）：41-44.

［5］蘇玉潔，時羽，張洪梅，等.7A04鋁合金工件陽極化后表面出現“黑斑”的原因［J］.輕合金加工技術，2004，32（12）：34-39.

［6］溫靜嫻，韋早春，于梅花.鋁合金外殼陽極氧化層缺陷分析［J］.廣西大學學報，2010（6）：437-440.

［7］尹小三，趙占西，趙建華，等.鋁合金陽極氧化的除灰工藝［J］.電鍍與環保，2009，29（2）：22-24.