发射装置壳体黑斑分析

马燕青

（中国空空导弹研究院，洛阳471009）

1 情况简介

某型发射装置壳体进行硫酸阳极化后发现部分零件的表面存在“黑斑”，“黑斑”主要集中于导轨的B、C面交接处。壳体材料为LY12CS，结构如图1所示。

图1 壳体导轨结构示意图Fig.1 Schematic diagram of launcher shell and the rail

机载导弹发射装置用于载机携带和发射导弹，它承受和传递导弹挂飞、发射过程中的各种载荷［1］。导轨在导弹挂飞及发射时均为承载部位，“黑斑”在导轨位置出现可能会降低导轨性能，进而影响到载机和空空导弹的安全，所以深入地对故障原因进行研究，找出黑斑形成机理，对保证空空导弹系统安全，保证产品的可靠性具有重大意义。

2 试验过程与结果

2.1 化学成分

从壳体上B、C面交接处有"黑斑"位置及远离该位置的基体取样，然后用ICP7510型等离子发射型光谱进行化学成分分析比对，结果如表1所示。两位置成分均符合标准要求，无明显差异。

表1 导轨的化学成分（质量分数）Tab.1 Chemical composition of the launcher rail（mass）%

2.2 金相组织

从壳体上B、C面交接处有“黑斑”部位取样后用DMI5000型金相显微镜进行组织观察，金相组织如图2所示。导轨横截面金相组织晶界清晰，未见液相球、晶界粗化发毛、过烧三角形相和晶粒粗大等过烧特征；导轨纵截面中晶粒沿挤压的方向伸长，晶间有大量的第二相粒子断续分布，也未见过烧特征，纵横截面金相组织均满足要求。

图2 导轨的显微组织 200×Fig.2 Microstructure of the launcher rail（a） transverse section （b） longitudinal section

2.3 低倍组织

从壳体上截取试样进行低倍试验，低倍组织均匀一致，未见裂纹、缩尾、气孔及粗晶等缺陷，导轨位置未见明显缺陷。

2.4 力学性能

从导轨位置B、C面交界处沿壳体长向截取120 mm长，制成φ5mm机性拉伸试验后，用CMT5105型电子万能材料试验机进行力学性能测试，结果如表2所示，满足设计要求。

表2 导轨位置的力学性能Tab.2 Mechanical properties of the launcher rail

2.5 形貌分析

通过Quanta 650FEG扫描电镜对导轨上“黑斑”进行观察，“黑斑”在扫描电镜下呈白色，呈线状集中分布于导轨的B、C面交接处，如图3所示。放大后对“黑斑”进一步观察发现，“黑斑”实质为疏松孔洞，形貌如图4所示。

2.6 能谱分析

对导轨位置的正常表面及“黑斑”位置进行能谱分析，两者成分分别如图5、图6所示。两区域所含主元素基本一致，杂质元素含量也未见明显差异，黑斑位置氧含量较低而正常表面氧含量较高。

图3 导轨上的“黑斑”分布Fig.3 Macro morphology of the black spot distribution

图4 “黑斑”的微观形貌Fig.4 Micro morphology of a black spot

图5 导轨位置正常表面的EDS谱Fig.5 EDS spectrum of the normal area

图6 “黑斑”位置的EDS谱Fig.6 EDS spectrum of a black spot

3 分析与讨论

通过以上试验结果可知，壳体的化学成分、显微组织、低倍组织、力学性能均正常，说明并非是由于材料的成分异常或冶金缺陷造成的黑斑。

正常部位与“黑斑”区域能谱分析结果表明，两者所含成分接近，均含有痕量的硫、氯元素，因此判断并非是由硫、氯等腐蚀性元素含量的差异造成了“黑斑”。

铝合金的阳极氧化处理是在铝合金表面形成一层具有一定厚度、强度及一定特性的薄膜。为保障氧化膜的质量，要求阳极化处理前需将样品表面清洗干净，确保无杂质并达到一定的光洁度。

阳极氧化处理中，在生成氧化膜的同时，由于酸的作用氧化膜的溶解也同时进行，在氧化过程初期，氧化膜的生成速率大于溶解速率，膜的厚度不断增加；同时，膜厚的增加引起电阻增大，降低了膜的生成速率。当氧化膜的生成速率与溶解速率达到动态平衡时，膜的厚度即达到一定值［2］，从而得到一定厚度的氧化膜［3］。

结合阳极化机理对导轨上“黑斑”进行进一步分析，黑斑主要集中于B、C面交接处，导轨成型加工时是先用平面铣加工A、B面，再用成型铣刀加工R5的C面。A、B面交界处经过两次铣削，材料变形量大，使得表层的晶格发生扭裂变形，易引发局部的晶间腐蚀［4-5］；成型铣刀加工精度较低，所以加工表面车刀纹较大，刀纹间距较宽，加工面粗糙度较高［4］。二者都加剧了阳极化前处理碱洗过程中的电化学腐蚀，导致该位置腐蚀较重，导轨位置晶间的大量第二相颗粒被完全暴露出来，成为附着于零件表面的杂质［6］。由于高的粗糙度和杂质的存在，导致了阳极化处理时导轨表面电流不均匀［7］，改变了局部的阳极氧化条件，造成氧化膜表面出现黑斑。

针对黑斑形成的机理，为改善最终产品质量，建议A、B面交界处成型铣工序预留一定加工余量，在该工序后增加打磨抛光工序，去除晶格变形强烈的最表层，同时也能提高产品表面光洁度。

4 结论

导轨位置切削变形量大，成型铣加工精度较低，碱洗时腐蚀程度较重，同时造成较多杂质附着，从而改变了阳极氧化条件，形成氧化膜表面的黑斑。

［1］杨晓燕，郭春河.某型机载投放装置锁制机构发生粘着磨损故障分析［J］.航空兵器，2008（4）：56-58.

［2］张栋，张文静，乐永康，等.铝合金表面阳极氧化膜的制备及其摩擦性能［J］.材料保护，2009，3（42）：9-14.

［3］钱苗银，姚寿山，张少宗.现代表面技术［M］.北京：机械工业出版社，1999.

［4］刘伟.锻造LF6法兰阳极化后表面深灰色原因分析［J］.火箭推进，2008（2）：41-44.

［5］苏玉洁，时羽，张洪梅，等.7A04铝合金工件阳极化后表面出现“黑斑”的原因［J］.轻合金加工技术，2004，32（12）：34-39.

［6］温静娴，韦早春，于梅花.铝合金外壳阳极氧化层缺陷分析［J］.广西大学学报，2010（6）：437-440.

［7］尹小三，赵占西，赵建华，等.铝合金阳极氧化的除灰工艺［J］.电镀与环保，2009，29（2）：22-24.