熱帶海洋性氣候電子設(shè)備三防技術(shù)的研究

李強，徐磊，柳國祥

（陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

三防設(shè)計是根據(jù)不同的使用環(huán)境進行針對性的防護設(shè)計，就一般而言，常見環(huán)境中以海洋性氣候的防護最為嚴(yán)苛，而海洋性氣候中以熱帶海洋性氣候的要求最高。熱帶海洋性氣候中防護困難最大的主要是在強日照、高溫、高濕條件下的鹽霧腐蝕。以下主要從我們在熱帶海洋性氣候三防工作中的一些經(jīng)驗進行探討。

1 防腐材料

在熱帶海洋性氣候條件下室外設(shè)備的外部，一般主要采用鈦合金和奧氏體不銹鋼，而奧氏體不銹鋼中316L不銹鋼的應(yīng)用越來越廣泛。

鈦合金材料。鈦合金適合在潮濕大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性能遠優(yōu)于不銹鋼，對點蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強，對于堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等方面具有優(yōu)良的耐腐蝕能力。實際上鈦合金也是熱帶海洋性氣候中被廣泛應(yīng)用的代表性耐腐蝕材料。在鈦合金使用中，應(yīng)避免鈦合金對其它金屬的接觸腐蝕（電偶腐蝕）。

316L不銹鋼。316L不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，316L為美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)的牌號，對應(yīng)于國標(biāo)牌號為022Cr17Ni12Mo2，廣泛應(yīng)用于沿海設(shè)備和海洋船舶工業(yè)。為了有效驗證316L不銹鋼的性能，我們進行了一系列的摸底試驗，試驗情況見表1。

由表1試驗結(jié)果可見，316L不銹鋼原材料本身的耐鹽霧性能良好，滿足熱帶海洋性氣候的要求（調(diào)研相關(guān)單位的實際經(jīng)驗，一般耐鹽霧試驗超過500h，可基本滿足熱帶海洋性氣候使用環(huán)境下5年的使用壽命），增加鈍化后抗點蝕的能力明顯增強。焊接后進行鹽霧試驗出現(xiàn)銹蝕，但實物銹蝕程度輕微，且鹽霧試驗時間為1296h遠大于500h的要求，所以焊接后的316L不銹鋼能夠滿足熱帶海洋性氣候的使用要求。表1中熱彎后鹽霧試驗在短時間內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，而焊接后經(jīng)長時間鹽霧試驗只出現(xiàn)少量腐蝕，我們分析主要是與奧氏體不銹鋼的材料組織特點相關(guān)。對于奧氏體不銹鋼，溫度450～800℃的范圍為敏化溫度區(qū)間，在這一溫度段停留時間過長會使材料晶粒內(nèi)部的碳向晶界擴散并可與Cr形成Cr23C6沉淀于晶界，使得晶界處形成貧鉻區(qū)，從而可發(fā)生明顯的晶間腐蝕現(xiàn)象。而表1中熱彎溫度在500～800℃之間處于敏化溫度區(qū)間范圍內(nèi)，會形成晶界的貧鉻區(qū)，從而使材料的耐腐蝕性大幅下降。而焊接過程升溫、降溫比較快，在敏化溫度區(qū)間停留時間很短，由于碳的擴散與Cr23C6的形成是一個過程，在較短時間內(nèi)產(chǎn)生的Cr23C6較少，所以焊接后耐蝕性下降較小。

表1 316L不銹鋼耐蝕性數(shù)據(jù)

防水透氣膜。防水透氣膜應(yīng)用于防水透氣閥，防水透氣閥具有透氣功能但又不透水（最深可耐2m水深）的功能，通常應(yīng)用于密封機箱的防凝露，使機箱內(nèi)外的壓力平衡。防水透氣閥具有防水、防塵的功能，對設(shè)備的保護可以達到IP67級；防水透氣閥具有阻止細小的鹽結(jié)晶進入密封體內(nèi)的功能，可以減少鹽霧對航海通信設(shè)備的腐蝕。

2 防護技術(shù)

2.1 微弧氧化

在熱帶海洋性氣候，雖然防腐蝕上鈦合金、奧氏體不銹鋼的應(yīng)用較為廣泛，但鋁合金也應(yīng)用較多，為保證鋁合金的有效防護，一般常采用的防護辦法為微弧氧化。微弧氧化技術(shù)是將鋁、鎂、鈦等金屬及其合金置于一定的電解液體系中，利用化學(xué)方法，使材料表面在電解液中產(chǎn)生火花放電斑點，在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下，在輕金屬表面生成陶瓷膜層的方法，其耐蝕性能已滿足6年以上的海洋飛濺區(qū)應(yīng)用要求并獲得應(yīng)用驗證，眾多部件已應(yīng)用于沿海、島礁等裝備。

事實上微弧氧化耐鹽霧腐蝕性能，跟膜層厚度、基材本身耐蝕性、膜層是否封閉處理等相關(guān)性很大。一般來說在一定膜層厚度情況下，基材為3A21（防銹鋁）比2A12（硬鋁）更耐腐蝕，在一定范圍內(nèi)氧化膜厚度越厚則更耐腐蝕。我們對膜層厚度為20～30μm，基材為ZL101A（鑄鋁101A）的試件進行了鹽霧試驗，528h后試件表面未發(fā)現(xiàn)變化。同時，我們又考察了微弧氧化表面噴漆的工藝性及耐蝕性，材料為2A12（硬鋁）進行微弧氧化，氧化膜層30μm，底漆為TB06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆，面漆為TS96-61橙紅色氟聚氨酯半光磁漆。經(jīng)試驗后，氧化膜層與漆層的結(jié)合力良好，鹽霧試驗1296h后試件表面無明顯變化。該試驗主要考察微弧氧化膜層與漆層的結(jié)合力，同時考察了所選的耐腐蝕漆種的耐鹽霧能力。

2.2 涂料防護

由于鋁合金耐蝕性差，除采用微弧氧化進行防護外，我們還在油漆類產(chǎn)品中挑選耐腐蝕的漆種，以便增加耐蝕性防護。我們選擇了氟聚氨酯漆，根據(jù)廠家資料耐鹽霧超過1000h，在上述微弧氧化中我們對硬鋁2A12微弧氧化+氟聚氨酯漆的摸底試驗，其耐鹽霧試驗時間超過了1296h（鹽霧試驗后漆面無明顯變化）。除鋁合金外其它金屬材料也可采用噴漆方式增加耐腐蝕性，但應(yīng)注意漆層與材料的結(jié)合力，必要時對基材增加噴砂工序使基材表面變粗糙，從而增加與漆層的結(jié)合力。

2.3 四元化學(xué)鍍技術(shù)

可應(yīng)用于鋼、鋁等材料的防護，鍍層維氏硬度在HV500-750之間，鍍層致密與基材結(jié)合良好、耐蝕性強，經(jīng)鹽霧試驗528h鍍層無明顯變化。我們采用65Mn、20鋼進行了相關(guān)試驗，分別以15、20、25μm的鍍層進行鹽霧試驗的時間為528h，其中15μm經(jīng)過孔隙封閉處理，20、25μm鍍層無封閉處理。其中15μm鍍層192h時出現(xiàn)白色物質(zhì)但未見紅銹（據(jù)廠家解釋為孔隙封閉物質(zhì)泛出），528h后仍未見紅銹，20、25μm鍍層528h后未發(fā)現(xiàn)明顯變化。

2.4 犧牲陽極保護

犧牲陽極保護又名犧牲陽極保護法、犧牲陽極的陰極保護法，是利用原電池的原理，防止金屬腐蝕的方法。具體方法是將還原性強的金屬作為保護極，與被保護的金屬相連構(gòu)成原電池，還原性強的金屬將發(fā)生氧化還原反應(yīng)而犧牲消耗，被保護的金屬免于被腐蝕。犧牲陽極保護法，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計時單獨設(shè)計導(dǎo)電通路，表面涂料的導(dǎo)電性、零件與零件之間的絕緣襯墊等（如橡膠墊圈等）都會對導(dǎo)電通路造成影響，另外，由于各零件采用多種不同電位的材料，將會增加設(shè)計的難度，需要進行復(fù)雜的仿真計算，設(shè)計成本較高。

3 結(jié)語

隨著在沿海使用設(shè)備的不斷增加，對熱帶海洋性氣候的耐腐蝕提出了更高的要求，以上是我們在工作中的一些積累和經(jīng)驗，隨著三防技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，熱帶海洋性三防技術(shù)將獲得長足的發(fā)展和提高。