固体火箭发动机点火触点的耐蚀性

程 翔，黄少波，付 明

（中国空空导弹研究院，洛阳471009）

点火触点是导轨式发射架与固体火箭发动机之间的桥梁，是固体火箭发动机点火系统的重要组成部分。

某发动机点火触点主要由壳体、绝缘体、金属基体、镀层等组成（见图1），其金属基体材料为黄铜H62，镀层为镀银（厚度15μm）。点火触点安装于发动机前吊挂内，底部与发动机点火器连接，顶部触点与发射架接触。载机电源输出的点火电流经由发射架、点火触点后输入点火器点燃装药。

图1 点火触点组成示意Fig.1 Schematic of ignition contact

本工作基于某发动机点火触点在盐雾试验中发生锈蚀的情况，在国内首次选用了电接触表面润滑保护剂作为固体火箭发动机点火触点上的有机防护涂层，有效增加了产品耐腐蚀性能，并通过了电气、盐雾、硫化试验的考核。

1 锈蚀成分及机理分析

点火触点需要在各种环境中保持外表光洁，且不影响触点与触点、触点与绝缘体之间的电性能。针对发动机、发射架随载机的长期挂飞过程中点火触点磨损造成镀层破坏的情况，试验为此分为镀层完好及镀层破坏（即金属基体外露）两种状态。

点火触点在盐雾试验后发现：镀银层、黄铜H62表面均出现不同程度的锈蚀，其中镀层锈蚀外观呈发黑，黄铜表面锈蚀外观呈发暗。锈蚀引起触点接触电阻变大，造成点火电阻超差，其最大测试值约5Ω。

1.1 镀银层锈蚀

镀层的作用是保护金属基体材料免受腐蚀，使触点接触电阻小、使用寿命长、并具有一定的硬度和耐磨性以及良好的电气性能等。对镀银层的锈蚀成分采用场发射环境扫描电子显微镜进行分析，正常及发黑部分外观放大见图2，其成分见表1。

图2 镀银层照片Fig.2 Photos of silvering layer

表1 镀银层正常及发黑部分元素含量Tab.1 Element contents of silvering layer

从表1可见，硫是镀层发黑的主要因素。分析镀银层变色原因主要为银与大气中微量的H2S反应生成Ag2S，反应如下：

Ag2S蔓延速度很快，35h，100h和170h蔓延距离分别为0.85mm，1.5mm 和1.8mm，当空气中湿度增大，温度升高，腐蚀速率随之加快。

1.2 金属基体锈蚀

黄铜H62指以锌为主要合金元素的铜合金，平均含铜量为62%，其余为锌。黄铜具有优良的导电性能、电阻率低和易覆盖等优点，因此作为触点的金属基体材料。对其锈蚀成分同样经电镜分析，其成分如表2所示。

分析认为：黄铜H62在湿热潮湿环境下发生脱锌腐蚀，合金表面的锌从黄铜中优先溶解，被腐蚀的锌由合金晶格上锌原子的扩散所补偿，锌在活性脱锌前沿被选择性侵蚀，这个前沿不断向内部移动，表2中锌的不同含量也证明了这一点。

表2 黄铜H62正常及发暗部分元素含量Tab.2 Element contents of H62

2 锈蚀处理方案

不同类型的抗变色能力为：有机处理膜＞银层上镀镍＞无机处理膜＞电泳沉积膜＞电解钝化膜＞化学钝化膜。目前较常用的有机处理膜为电接触表面润滑保护剂以及DJB－823固体薄膜保护剂。

“电接触表面润滑保护剂”（简称“电子油”）涂覆材料表面后产生固态膜，具有显著的三防作用，涂层具有如下特点：防腐蚀效果明显，常温条件即可使用，使用后不影响接触电阻及绝缘电阻，涂覆工艺简便安全，使用成本低，市面易于采购，已应用于电连接器等元器件的镀层防护中。常用的DJB－823固体薄膜保护剂防变色效果虽好，但需用溶剂汽油作为溶剂，且操作工艺复杂。综合考虑点火触点的日常维护需求，采用电子油作为防护剂，表3列出了电子油的性能指标。

表3 电子油性能指标Tab.3 Properties of protective agent

3 防锈试验及分析

3.1 电气性能影响试验

由于保护涂层在发动机与挂架的长期挂飞过程中会磨损破坏，为此需要日常维护过程中多次涂覆，因此多次涂覆对于点火触点的电气性能影响，是本文关注的重点之一。

采用6个点火触点（表面镀银）作为试样，底部连接1Ω电阻，组成一个模拟点火回路（见图3），利用LY－9308电子油在点火触点处多次涂覆电子油（20次）。涂覆前后触点与触点之间接触电阻变化，以及触点与绝缘体间的绝缘电阻变化见表3，其中绝缘电阻测试要求在常温条件下采用500V直流兆欧表检测，绝缘电阻应不小于20MΩ。

图3 电气试验试件照片Fig.3 Photo of contact in electrical test

表4 触点电阻测量数值Tab.4 Resistance of ignition contacts Ω

由上表可见：触点间电阻在涂覆前后基本一致，波动在2mΩ以内，满足产品的接触电阻要求。

触点与绝缘体之间的绝缘电阻在涂覆后测量均大于20MΩ，满足产品的绝缘性要求，分析认为：电子油在金属表面涂覆后形成了一层钝化保护膜，该膜层厚度为2μm以下，属于超薄膜，并具有电隧道效应，当其在金属表面形成抗蚀性保护膜时，电流在通电处薄膜形成击穿，而其他膜层属于绝缘，因此电流仅从击穿处通过，不经保护薄膜传导到金属。

综上可认定：电子油的多次涂覆不会影响点火触点的接触电阻与绝缘电阻。

3.2 镀层防变色试验

采用3个50mm×25mm×1mm的黄铜H62（表面镀银5～8μm）全部浸涂LY－9308电子油1次后，开展硫化试验。即试件在1%的硫化钠溶液中，温度在15～25℃条件下浸渍30min，观测镀银层是否变色。试验前后的试件宏观照片见图4。

图4 硫化试验试件照片Fig.4 Photos of H62in vulcanization test

硫化试验后，经电子油防护的镀银层表面光洁，无变色、锈蚀产生，表明电子油有效的保护了镀银层。

3.3 金属材料耐腐蚀试验

采用3个黄铜H62触点作为盐雾试验的试样，其中a为浸涂LT－9307电子油1次，b为浸涂20次，c为无处理。试验条件参照GJB 150.11A－2009进行，试验前、后检查触点外观见图5。盐雾试验后，经电子油防护的黄铜H62触点表面均光洁无锈蚀；未经防护的黄铜H62触点产生锈蚀，锈蚀呈发暗。

图5 盐雾试验后的试件外观Fig.5 Photos of H62after salt mist test

试验后对三种状态的点火触点均进行电镜分析，其正常及锈蚀成分与1.2节中结果基本一致，表明电子油有效增加了材料抗腐蚀效果。

4 结论

（1）LY－9308电子油能够有效地保护镀银层不变色、腐蚀，且不影响接触电阻、绝缘电阻。

（2）LT－9307电子油能够有效地增加黄铜H62的耐腐蚀性能。

（3）经试验比较，电子油有效地增加了点火触点的抗腐蚀能力。