導(dǎo)電橡膠抗電化學(xué)腐蝕性研究

馬建章等

摘 要：主要研究了導(dǎo)電橡膠的抗電化學(xué)腐蝕性能。闡述了電化學(xué)腐蝕原理，說(shuō)明了發(fā)生電化學(xué)腐蝕的必要條件，對(duì)導(dǎo)電橡膠物理性能和應(yīng)用范圍作了簡(jiǎn)要介紹，針對(duì)幾種常用導(dǎo)電橡膠，參照park公司資料設(shè)計(jì)試驗(yàn)夾具進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，詳細(xì)介紹了試驗(yàn)夾具、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)裝置和導(dǎo)電橡膠抗電化學(xué)腐蝕的評(píng)定指標(biāo)等，并分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，最后提出了避免導(dǎo)電橡膠電化學(xué)腐蝕的措施，大量實(shí)例驗(yàn)證該措施是科學(xué)的、有效的。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電橡膠；電化學(xué)腐蝕；鹽霧試驗(yàn)；復(fù)合導(dǎo)電橡膠

引言

電化學(xué)腐蝕是導(dǎo)電橡膠的失效的重要原因之一，國(guó)內(nèi)對(duì)導(dǎo)電橡膠電化學(xué)腐蝕性研究幾乎尚未開(kāi)展，只能憑借設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)積累來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)及應(yīng)用，在很大程度上影響了導(dǎo)電橡膠的使用效果[1]。文章在研究電化學(xué)腐蝕原理和導(dǎo)電橡膠性能的基礎(chǔ)上，制作電化學(xué)腐蝕測(cè)試夾具對(duì)導(dǎo)電橡膠進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，并提出避免或減弱導(dǎo)電橡膠電化學(xué)腐蝕的措施。

1 電化學(xué)腐蝕原理

電化學(xué)腐蝕是金屬表面與離子導(dǎo)電介質(zhì)（電解質(zhì)）發(fā)生電化學(xué)反映引起的破壞[2]。在反應(yīng)過(guò)程中有電流產(chǎn)生，腐蝕金屬表面上存在著陰極和陽(yáng)極。由陰陽(yáng)極組成短路電池，腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。金屬材料在潮濕的大氣、海水、土壤等自然環(huán)境以及在酸堿、鹽溶液和水介質(zhì)中的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。

金屬對(duì)間發(fā)生電化學(xué)腐蝕的必要條件為：存在兩種不同腐蝕電位的金屬，兩種金屬相互接觸，金屬之間存在電解液[3]。

2 導(dǎo)電橡膠

導(dǎo)電橡膠是將導(dǎo)電顆粒均勻分布在硅橡膠中，通過(guò)壓力使導(dǎo)電顆粒接觸，達(dá)到良好的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電橡膠內(nèi)部填充的金屬顆粒不同，導(dǎo)電橡膠的性能和應(yīng)用范圍也不相同。模壓型玻璃鍍銀導(dǎo)電橡膠適用于大范圍的EMI應(yīng)用提供可靠的低成本屏蔽；純銀導(dǎo)電橡膠：防霉菌，適用于低壓到中壓的場(chǎng)；銅鍍銀導(dǎo)電橡膠具有最大導(dǎo)電性，屏蔽效果最好；鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠：最高的導(dǎo)電性，電化腐蝕最小，重量比其他的性能導(dǎo)電橡膠輕，對(duì)機(jī)箱接頭和縫隙提供極好的水氣密封[4]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮導(dǎo)電橡膠的特性和相應(yīng)的應(yīng)用范圍。表1列舉了幾種常用導(dǎo)電橡膠的物理性能。

導(dǎo)電橡膠的電化學(xué)腐蝕有自身的電化學(xué)腐蝕和應(yīng)用的電化學(xué)腐蝕。鋁顆粒表面的鍍銀層并不能對(duì)所有鋁顆粒進(jìn)行完全包覆，在海水等腐蝕環(huán)境中，必然在導(dǎo)電顆粒未被完全包覆的部位發(fā)生電化學(xué)腐蝕，即產(chǎn)生導(dǎo)電橡膠金屬顆粒自身的電化學(xué)腐蝕，該類(lèi)電化學(xué)腐蝕稱(chēng)為導(dǎo)電橡膠自身電化學(xué)腐蝕。導(dǎo)電橡膠襯墊一般用于機(jī)箱蓋板與箱體間縫隙處，由于導(dǎo)電橡膠及機(jī)箱材料的電化學(xué)腐蝕電位不相等，在鹽霧、海上等環(huán)境中，導(dǎo)電橡膠與機(jī)箱材料之間存在電解液，滿(mǎn)足電化學(xué)腐蝕的三個(gè)必要條件，產(chǎn)生導(dǎo)電橡膠襯墊與機(jī)箱蓋板、箱體間的電化學(xué)腐蝕。該類(lèi)電化學(xué)腐蝕稱(chēng)為導(dǎo)電橡膠應(yīng)用的電化學(xué)腐蝕。

3 鹽霧試驗(yàn)

在電子設(shè)備抗腐蝕性評(píng)估中，一般采用鹽霧腐蝕試驗(yàn)。《GJB150.11A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)》對(duì)鹽霧試驗(yàn)的程序有明確的規(guī)定，本次試驗(yàn)按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.1 試驗(yàn)樣件

目前研制的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)一般采用5A06防銹鋁合金，并對(duì)其表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理。5A06防銹鋁合金屬于鋁鎂合金，具有良好的耐蝕性、較高的比強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等特點(diǎn)。

參照美國(guó)Parker Hannifin公司的資料，制作電化學(xué)腐蝕測(cè)試夾具，并搭配了四種不同的導(dǎo)電橡膠板（鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠、玻璃鍍銀導(dǎo)電橡膠、純銀導(dǎo)電橡膠、銅鍍銀導(dǎo)電橡膠）進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與比較，以確定不同類(lèi)型的導(dǎo)電橡膠的抵抗電化學(xué)腐蝕的能力的強(qiáng)弱。試驗(yàn)夾具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

3.2 導(dǎo)電橡膠抗電化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)弱的評(píng)定指標(biāo)

本次試驗(yàn)衡量導(dǎo)電橡膠抗電化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)弱的指標(biāo)為：

（1）重量變化值；（2）接觸電阻變化值；（3）試驗(yàn)前后導(dǎo)電橡膠與鋁合金試件表面的光潔程度。

3.3 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)依據(jù)《GJB150.11A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法，第11部分：鹽霧試驗(yàn)》，采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的試驗(yàn)程序，它更接近真實(shí)暴露情況的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，并具有更大的潛在破壞性，能更好地檢測(cè)出導(dǎo)電橡膠的抗電化學(xué)腐蝕能力。試驗(yàn)裝備及裝置有：鹽霧試驗(yàn)箱、空氣壓力機(jī)、萬(wàn)用表、天平等。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照規(guī)定程序進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)后分別測(cè)導(dǎo)電橡膠的重量、接觸電阻，觀察試驗(yàn)后試件表面腐蝕程度，記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。

3.4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)前后導(dǎo)電橡膠的重量、表面接觸電阻見(jiàn)表2、表3，試驗(yàn)后試件表面腐蝕程度見(jiàn)圖2。

3.4.2 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出試驗(yàn)后銅鍍銀導(dǎo)電橡膠基本沒(méi)有失去重量，表面接觸電阻增加100%；鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠試驗(yàn)后失去重量比較小，表面接觸電阻增加不大；純銀導(dǎo)電橡膠重量增加最多，表面接觸電阻增加比較多；玻璃鍍銀導(dǎo)電橡膠重量增加比較多，表面接觸電阻增加比較小。

觀察試件表面腐蝕程度可以看出銅鍍銀導(dǎo)電橡膠、玻璃鍍銀導(dǎo)電橡膠試驗(yàn)后有變化；金屬板在試驗(yàn)后都有明顯的變化，與鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠接觸的金屬板變化最大，有突起。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中得出，鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠抗電化學(xué)腐蝕性相對(duì)比較好，純銀導(dǎo)電橡膠和銅鍍銀導(dǎo)電橡膠相對(duì)較差。對(duì)于鋁基材的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)，建議采用鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠進(jìn)行密封。

4 避免電化學(xué)腐蝕的措施

防止電化學(xué)腐蝕主要方法是避免全部滿(mǎn)足電化學(xué)腐蝕條件。在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中避免電化學(xué)腐蝕的主要措施有：

（1）盡量選用電化學(xué)腐蝕電位相近的材料進(jìn)行應(yīng)用搭配；（2）如果材料電化學(xué)腐蝕電位相差較大，可以選取中間電位涂層縮小電位差；（3）采用復(fù)合導(dǎo)電襯墊。復(fù)合型導(dǎo)電橡膠有兩層組成：外層采用普通硅橡膠，內(nèi)層采用導(dǎo)電橡膠。外層硅橡膠起的密封和抗腐蝕作用，使內(nèi)層的導(dǎo)電橡膠和金屬之間基本沒(méi)有電解液，不發(fā)生電化學(xué)腐蝕；內(nèi)層導(dǎo)電橡膠起屏蔽和密封作用。針對(duì)比較嚴(yán)酷的鹽霧環(huán)境，如船上的設(shè)備，采用復(fù)合型導(dǎo)電橡膠可以有效的避免或減弱電化學(xué)腐蝕。

以上措施已經(jīng)在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，其合理性和有效性得到了充分驗(yàn)證。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)可以看出，與鋁基材接觸時(shí)，鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠相對(duì)具有良好的導(dǎo)電性能和抗腐蝕性，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。在設(shè)計(jì)時(shí)選用電化學(xué)腐蝕電位相近的材料進(jìn)行搭配并采用具有更高的抗腐蝕性能復(fù)合型導(dǎo)電橡膠能有效的避免或減弱電化學(xué)腐蝕對(duì)導(dǎo)電橡膠的影響。綜上所述，電子設(shè)備使用環(huán)境復(fù)雜多變、導(dǎo)電橡膠種類(lèi)繁多，在進(jìn)行設(shè)備密封設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)形式以及其使用環(huán)境、導(dǎo)電橡膠橡膠的環(huán)境適應(yīng)性等因素，來(lái)選擇合適的導(dǎo)電橡膠，力爭(zhēng)做到既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)又可靠實(shí)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：馬建章（1982-），男，工程師，機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，主要研究方向?yàn)殡娮油ㄐ旁O(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

高馳名（1982-），男，工程師，機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，主要研究方向?yàn)殡娮油ㄐ旁O(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

吳迪（1983-），男，工程師，機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，主要研究方向?yàn)殡娮油ㄐ旁O(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

何新文（1973-），女，工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)，主要研究方向?yàn)殡娮油ㄐ旁O(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。