航天电连接器材料的选用及质量控制0

航天电连接器材料的选用及质量控制

航天电连接器材料的选用及质量控制 2011年12月03日 来源： 文 摘：概述了设计合理选材、控制材料质量对航天电连接器的工艺性能和使用性能的重要影响，阐述了航天电连接器的设计选材要求、主要零件的材料选用和由材料质量引起的常见失效，提出了改进和加强航天电连接器用材料的质量控制的关键要点。 关键词：航天产品 电连接器 材料 选用 质量控制 一、 概述 电连接器是航天系统工程的重要配套接口元件。任何一个电连接器失效都将导致航天系统工程的失败。而要制作出优质可靠的航天电连接器，除了先进的设计工艺水平外，材料是直接影响零件工艺性能和使用性能的重要因素。 另外，在考虑设计合理选材、工艺准确用材的同时，航天电连接器原材料的人厂理化性能复验的预防把关也极为重要。因为零件的使用功能，很大程度上取决于所选材料的成分、内部组织、晶体结构和冶金质量等因素。热处理或冷、热加工变形可改变金属材料的组织和结构，从而使性能发生变化。 二 设计选材要求 1．重量轻 重量对提高航天飞行器技术性能指标和经济效益的意义重大。从目前情况看，为进一步减轻航天电连接器的重量和提高抗腐蚀性，近年来许多新型航天电连接器采用复合材料代替铝合金制作壳体。 2 满足零件功能要求 航天电连接器的壳体材料首先要保证设计结构强度和刚度要求，同时还应满足成型工艺要求：机械加工壳体选用有良好切削加工性的硬铝 ；压铸壳体选用流动性、致密性好的铸铝；冷挤压壳体选用冷变形塑性良好的锻铝 ；玻璃烧结密封连接器必须选用与玻璃膨胀系数相匹配的低膨胀合金制作壳体和接触件；对于起定位、锁紧屏蔽等功能的卡爪、弹簧、短路环和卡环等关键弹性零件，则应选用具有可靠弹性性能的材料。 3 耐环境 航天环境的特殊性对电连接器材料提出了十分苛刻的要求：由于受温度冲击的影响，航天电连接器绝缘体一般均不选用 PVC塑料；考虑辐射对非金属材料的损害，电连接器应选用经试验考核通过的辐照绝缘材料；考虑到航天飞行器的安全性，电连接器应选用无毒和阻燃的，或燃烧时能迅速自熄、且很少产生烟雾的材料。 4 长期存放后的使用可靠性 按照航天电子元器件贮存和超期复验的规定在中等环境条件下，电连接器可贮存8年。因此我们在设计选材时，一定要考虑影响长期存放后的使用可靠性因素：如对金属材料壳体的腐蚀作用绝缘体的多分子材料的分析、老化作用等。 5 良好的工艺成型性能 在满足设计预定的零件功能要求之同时，必须考虑材料的工艺成型性能，应尽可能选用适合于成熟生产工艺、效率高和相对成本低的材料。 三、主要零件的材料选用 1 接触件 接触件是电连接器中的导电部分，它将来自连接器尾部所连接电缆或电线的电压或信号传递到与其相配连接的对应接触件上。接触件选材应以性能要求为依据。为防止插针插拔时弯曲损伤，插针材料要具有较高的机械强度。为保证插L插台时接触可靠，防止塑性变形和应力松弛，插孔应选用具有较高弹性极限与疲劳极限和适当弹性模量的材料。此外，接触件材料还要求其加工成型性良好 ，内部弹性均匀 ，耐蚀性好，导电、导热率高和可焊性好等。接触件的常用材料有黄铜 (H62)、锡青铜 (QSn4-3)和铍青铜 (QBe2)，其成分和力学性能见表 1。

由表 1可见，材料的力学性能与其牌号成分、热处理状态和规格尺寸都有关 。相同规格尺寸，相同状态，但材料牌号成分不同的丝材强度水平不一样，铍青铜具有比锡青铜和黄铜更高的强度水平。同一牌号材料，随着冷作硬化程度的不同，规格直径越细，强度越高，而塑性下降。同牌号，同规格，但状态不同的材料强度水平也不一样。以铍青铜丝为例，冷作硬化状态比退火状态强度高，经时效硬化热处理后可进一步提高强度 因此，在接触件的生产过程中，必须十分注意材料的牌号、状态和规模是否准确。 2．绝缘体 绝缘体的作用是使接触件保持正常正确的位置排列，并使接触件之间以及接触件与壳体之间相互绝缘。 绝缘体材料必须具有优良的电气性能和作为结构件所需的机械性能。选材时要兼顾高性能和低成本。材料的耐热、耐湿、耐振动、耐冲击和尺寸稳定性指标也很重要。绝缘体细而长，要选用高抗冲击材料。接触件间距小而必须采用薄壁截面，则应选用塑压流动性较佳的材料。优良的流动性确保模塑高密度的绝缘安装板达到优良的电气性能和机械性能。航天电连接器广泛应用热塑性塑料制作绝缘体。其特点是加热、加压下可反复软化而不产生化学变化。而另一类热固性塑料是加热、加压后硬化，且不能重新软化，聚合物内的化学变化，使分子在液体时交链，这些分子紧密的三维网状类结构，能防止再度软化为液态。

表2列出了绝缘体常用材料牌号的物理性能和机械性能。表中除 FX一501、FX一502玻璃纤维增强酚醛模塑料是热固性塑料外，其余牌号材料均为热塑性塑料。 在此值得指出的是现在有部分生产厂不太重视绝缘体材料的人厂检验 ，有的不经试压绝缘体检验电性能是否合格就入库使用，片面认为只要成品检验合格就行，这种十分冒险的做法有可能导致整批装配好的成品报废。 3．壳体 壳体是电连接器外罩 ，其内装绝缘体和接触件 ，插合的一对连接器壳体，通常也为伸出的接触件提供精确的对中和保护，同时兼作连接器固定到设备上的支架。 壳体按成型方法不同，可选用硬铝板 (棒)机械加工或用锻铝冷挤压和铸铝压铸成型。后二种成型方法生产效率较高、成本较低。某些特殊应用场合，如要求耐海水腐蚀或与玻璃绝缘体烧结密封，亦可选用 1Crl8Ni9Ti不锈钢棒或4J29低膨胀合金棒车制，有的小圆形连接器壳体为提高表面色泽采用 H62黄铜棒车制。老型号矩形连接器壳体采用冷轧钢板 冲压成型，壳体常用材料有硬铝(LY1 2)、锻铝 (LD2)和铸铝 (ZL102)等材料 ，其主要成分和力学性能见表3。

由表3可见，硬铝壳体热处理力学性能的影响 非常明显，淬火时效状态的抗拉强度几乎比退火状态要高一倍。硬铝退火状态的强度水平较低，切削加工性差，难以加工出表面粗糙度要求高的壳体。LD2锻铝的强度比 LY12硬铝低，其淬火时效状态的抗拉强度仅相当于硬铝的屈服强度水平，故相同壁厚的冷挤压壳体强度和刚度，要比机加工硬铝壳体低。在相同受力情况下较易变形。 4．其它弹性零件 连接器上还有许多起锁紧、定位等功能的关键零件，它们的材料性能是否符合要求也非常重要。不少连接器的失效是由这些弹性零件失效所引起的。各连接器生产厂在弹性零件选材方面常有所差异。但大多数工厂除卡爪等零件仍选用镀青铜外，卡钉 、弹簧和短路环等零件常用奥氏体不锈钢(1Grl8Ni9Ti)的不锈钢丝或不锈钢带制作。卡环、波纹簧等零件常用弹簧钢 (65Mn)带制作。其主要成分和力学性能见表4。

四、由材料质量引起的常见失效 航天电连接器的接触不良、绝缘不良、插合固定不良和密封不良等常见失效模式，都有可能是由于设计选材不当、热处理等工艺操作不当或检验失误等原因所引起。图1总结归纳了材料质量与连接器常见失效的因果关系。

由图1可见材料的牌号、状态、规格和表面质量将错综复杂地影响各主要零件的正常设计功能，由此造成航天电连接器的各种常见失效。为了保证航天电连接器的使用可靠性，必须加强对原材料和零件的检验，要真正做到不合格的材料不投产，不合格的零件不装配。就目前而言，用于电连接器的原材料最为突出的质量问题是国内部分生产厂提供的铍青铜、锡青钢丝 (带)材表面质量差、同批材料的尺寸一致性和性能均匀性差。笔者在下厂验收和失效分析过程中多次发现因材料表面局部存在折叠、明显拉痕、压痕等缺陷，造成用丝材车制的插孔沿纵向开裂，用带材冲压折弯成型的插孔因簧片根部有表面缺陷折弯时应力集中而断裂。另一突出问题是绝缘体材料人厂复验缺少手段，往往同一牌号、不同批次的绝缘材料性能有差异。例如，在某厂验收某型号压接式圆形电连接器时，标准要求绝缘电阻≥4000MD，用同一批聚胺脂 (PST)塑料粉连续试压三次均不合格，绝缘电阻仅为 1000MD~2000MD，后只得另购一批材料。绝缘材料在配料搅拌、揉和和粉碎等制作过程中有可能混入杂质而影响性能对此我们必须引起重视。 五、航天电连接器材料质量控制的关键要点 由上分析，材料对航天电连接器的各种性能有很大的影响。因此，要提高航天电连接器的技术性能和质量，必须对其所用材料做到设计合理要从选材 、采购、复验、批次管理和失效分析等方面进行质量控制。 1．选材 合理选材是保证连接器使用可靠性的前提设计人员应根据零件使用要求，通过对生产厂质量情况和材料标准比较 ，选择适当的材料牌号规格和状态。目前有许多材料虽牌号、规格和状态相同，但实际表面及内在质量差异却很大。有些材料现行标准不能满足航天电连接器特殊使用环境要求的，需与供方另订技术协议。2．采购 目前 ，航天电连接器原材料采购中质量问题很多。往往因订货量少而不能通过正常渠道进货只得通过市场采购或调拨解决。这些材料经常缺原始资料和合格证明文件 ，有些合格证形同虚设无批号、无标准和无实测数据，由此成为今后产生失效的隐患。为此 ，各生产厂应尽快根据本厂各系列产品设计文件规定的原材料 ，经考核调研列出原材料供应名单 ，一般情况下应按合格供应名单采购。3．复验 许多生产厂至今原材料入库仅进行外观 (表面质量及尺寸偏差)抽检，缺少必要的原材料理化性能检验手段。通过本文分析不难看出，原材料对连接器的质量和可靠性影响是非常大的。故应经调研 、论证添置必要的成分 号)鉴别和力学性能检测等仪器设备，制定原材料人厂复验项目表开展材料的人厂理化性能复验 ，做到零件所用材料牌号、规格、状态和表面质量都符合标准要求。因用量少、生产厂无法提供合格证的非常用材料，由设计人员提出复验要求，经复验合格入库使用。 4．批次管理 严格原材料生产批次管理，保证复验入库及发放材料数据和证明文件的正确性与可追溯性，防止混料、混批。 有使用期限要求的非金属材料要准确标记生产日期和贮存终止日期 ，超期使用后应按规定履行复验及批准手续。 5．失效分析及质量控制 原材料在复验、零件加工及使用过程中发现质量问题．应及时组织失效分析，采取纠正措施。确属材质问题，应及时反馈给生产厂，跟踪其处理及改进情况，并对库存及生产线上同批材料实行隔离。(end)

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