基于軍用設(shè)備環(huán)境要求的某型號(hào)電源控制器設(shè)計(jì)

王艷 余成功

摘 要：基于高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動(dòng)和溫度-濕度共七方面的軍用設(shè)備環(huán)境要求，從結(jié)構(gòu)、材料以及材料表面處理三方面，設(shè)計(jì)某型號(hào)電源控制器。

關(guān)鍵詞：設(shè)備環(huán)境要求;結(jié)構(gòu);材料;表面處理

1 概述

GJB150-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 總則》規(guī)定了軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法，包括總則和對(duì)高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動(dòng)和溫度-濕度等環(huán)境的試驗(yàn)方法和要求，通過提供統(tǒng)一的，具有再現(xiàn)性的通用環(huán)境試驗(yàn)方法，以評(píng)價(jià)設(shè)備適應(yīng)自然和誘導(dǎo)環(huán)境的能力。

本文設(shè)計(jì)的電源控制器（以下簡稱控制器），作為飛機(jī)用電源設(shè)備的重要組成部分，控制器的環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)應(yīng)滿足GJB150.1-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 總則》的要求，是設(shè)計(jì)中不可或缺的要素。

本文以某型號(hào)電源控制器設(shè)計(jì)為例，從結(jié)構(gòu)、材料以及材料的表面處理三方面，淺析如何滿足環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)

該控制器結(jié)構(gòu)由三部分組成，控制器機(jī)箱、線路板和支架組成。其中控制器機(jī)箱由控制器罩和控制器底座組成。線路板包括上、中、下三塊線路板。支架不僅是連接控制器機(jī)箱和線路板的橋梁，在滿足電氣安全間距的情況下，支架還要對(duì)線路板起到安裝、固定作用。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

控制器機(jī)箱有兩方面的作用，一是給控制用元器件或接插件元件以及線路板等提供相對(duì)密閉的空間，其堅(jiān)固的外殼保護(hù)著內(nèi)部線路板和線路板上的各種敏感元器件，同時(shí)針對(duì)濕熱，鹽霧，霉菌和溫度-濕度的不同環(huán)境要求，對(duì)內(nèi)部零部件起到一定的保護(hù)作用;二是底座采用鋼板材料，通過支架的連接，對(duì)線路板起到良好的抗振動(dòng)作用。

為了滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度的要求，線路板上所采用元器件均采用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的器件，保證其對(duì)溫度的要求。

3 材料及材料的環(huán)境適應(yīng)性分析

控制器罩采用的材料是鋁板，控制器底座是不銹鋼板，控制器內(nèi)部所有支架的材料均采用不銹鋼板，大電流通過的匯流條采用銅板，上、中、下線路板采用的材料是環(huán)氧玻璃布層壓板。

3.1 ?鋁板/鋁棒及其環(huán)境適應(yīng)性分析

鋁的密度很小，可以制成各種鋁合金;鋁導(dǎo)電性較好，性能僅次于銀、銅和金;鋁是熱的良導(dǎo)體，可以用作散熱材料;鋁有良好的延展性，可以制成薄于0.01mm的鋁箔。

根據(jù)鋁制品的不同用途，鋁的表面處理方式一般有導(dǎo)電氧化，黑色陽極化，表面處理之后并進(jìn)行噴漆處理。對(duì)于鋁板或鋁棒材料的零件，如果需要保持其良好的導(dǎo)電性的前提下進(jìn)行保護(hù)，需對(duì)表面先進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，如果不需要考慮鋁制品的導(dǎo)電性，需對(duì)表面進(jìn)行陽極化處理。

鋁材導(dǎo)電氧化后可以防止電磁信號(hào)的干擾，并且氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導(dǎo)線性能。導(dǎo)電氧化不需要通電，是一種純化學(xué)反應(yīng)。鋁材導(dǎo)電氧化后可以防止電磁信號(hào)的干擾，氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導(dǎo)線性能。

陽極化在通高壓電的情況下進(jìn)行，金屬材料在電解質(zhì)溶液中，通過外施陽極電流使其表面形成氧化膜，是一種電化學(xué)反應(yīng)過程。鋁制品陽極化處理的膜比導(dǎo)電氧化處理后的膜厚，且堅(jiān)硬耐磨，陽極化后的鋁制品不導(dǎo)電。因?yàn)楹谏砻嫖鼰?，鋁制品一般進(jìn)行黑色陽極化處理，這樣有利于熱量傳遞到表面。

3.2 ?不銹鋼及其環(huán)境適應(yīng)性分析

該控制器底座設(shè)計(jì)選用的鋼材為不銹鋼，不銹鋼全稱為不銹耐酸鋼，簡言之，能抵抗大氣的酸性腐蝕。鋼一般需要熱處理，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理是指在固態(tài)下通過對(duì)鋼進(jìn)行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結(jié)構(gòu)。而不銹鋼的表面一般進(jìn)行鈍化處理。鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，從而延緩金屬的腐蝕速度的方法。鋼材鈍化后不易生銹。

3.3 ?銅板及其環(huán)境適應(yīng)性分析

采用銅板作匯流條，但銅氧化后不導(dǎo)電。為了防止銅板被氧化，在銅的表面需要鍍（5～8）um的錫，銅鍍錫后，銅和錫形成原電池，錫失去電子被氧化，從而保護(hù)金屬銅。

3.4 ?環(huán)氧玻璃布層壓板及其環(huán)境適應(yīng)性分析

環(huán)氧玻璃布板是由玻璃纖維布用環(huán)氧樹脂粘合后加溫加壓制作，在中溫下機(jī)械性能高，在高溫下電氣性能穩(wěn)定，適用于機(jī)械、電器及電子用高絕緣結(jié)構(gòu)零部件，具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能、較高的耐熱性和耐潮性。所以，環(huán)氧玻璃布層壓板一般作為絕緣板使用，但是切割表面粗糙，易吸潮，影響絕緣性，需要進(jìn)行噴漆保護(hù)。

4 不同漆的環(huán)境適應(yīng)性分析

在現(xiàn)實(shí)條件下，面對(duì)化學(xué)、震動(dòng)、高塵、鹽霧、高溫與潮濕等復(fù)雜環(huán)境，不同材質(zhì)的零部件可能產(chǎn)生腐蝕、軟化、變形、霉變等問題。為了保證控制器機(jī)箱、支架和線路板及其相關(guān)的零部件免受環(huán)境的侵蝕，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性，設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)不同需求，在各類零部件的表面進(jìn)行涂漆或浸漆處理。以下是我廠經(jīng)常用到的漆及其特性分析。

4.1 ?環(huán)氧漆

環(huán)氧漆是以環(huán)氧樹脂為主要原料，并且環(huán)氧樹脂的性能起到?jīng)Q定性作用的油漆總稱。環(huán)氧漆是目前油漆中附著力最佳的油漆品種。環(huán)氧漆具有良好的耐堿性，耐堿性能是普通油漆如醇酸、硝基油漆不具備的。環(huán)氧漆漆膜堅(jiān)韌，抗沖擊、耐磨、耐折彎性能好。環(huán)氧漆具有耐濕熱、潮濕的性能，適用于潮濕空氣、水下污水等環(huán)境。環(huán)氧漆可以自然干燥，耐鹽霧腐蝕。環(huán)氧漆的缺點(diǎn)是不耐紫外線，戶外容易粉化，所以，通常用作底漆。

4.2 磁漆

磁漆是以清漆為基料，加入顏料研磨制成，涂層干燥后呈磁光色彩而涂膜堅(jiān)硬，磁漆附著效果好，光亮，耐久。因?yàn)楹谏砻嫖鼰幔话悴捎煤谏牌?，有利于熱量傳遞到表面。

4.3 電阻漆

電阻漆用于電子元器件的絕緣漆，具有涂層耐溫、絕緣、抗潮等性能，電性能良好，機(jī)械強(qiáng)度高。

4.4 酚醛清漆

清漆是不含著色物質(zhì)的一類涂料，涂于底材時(shí)，能形成具有保護(hù)、固化或特殊性能的透明漆膜。酚醛清漆由干性油酚醛涂漆加催干劑、200號(hào)油漆溶劑油制成。干燥較快，漆膜堅(jiān)韌耐久，光澤好，耐熱、耐水、耐弱酸堿。

4.5 ?三防漆

三防漆是一種特殊配方的涂料，三防漆涂覆于線路板的表面，形成一層三防的保護(hù)膜（三防指的是防潮、防煙霧、防霉）。它可在諸如化學(xué)物質(zhì)、濕氣、鹽噴、潮濕與高溫的情況下保護(hù)電路免受損害。另外，由于三防漆可防止漏電，因此允許更高的功率和更近的印制板間距，從而可以滿足元件小型化的要求。

5 某型號(hào)電源控制器環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

對(duì)于控制器罩，設(shè)計(jì)時(shí)采用鋁板，在實(shí)際中作為電氣地。為了保護(hù)控制器罩和底座不受環(huán)境的侵蝕，但又不損害其導(dǎo)電性，對(duì)控制器罩和底座表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，并進(jìn)行噴漆處理。設(shè)計(jì)時(shí)一般采用先噴鋅黃色環(huán)氧酯底漆，后噴黑色丙烯酸聚氨酯無光磁漆的方法，這樣不僅保證控制器罩和底座達(dá)到環(huán)境篩選的要求，而且保證它們的良好導(dǎo)電性。

控制器底座和內(nèi)部支架均采用不銹鋼材料，表面進(jìn)行鈍化處理。

上、中、下印制板材料均為環(huán)氧玻璃布板覆銅箔板，由于濕氣是對(duì)此材料PCB電路板最普遍、最具破壞性的主要因素。過多的濕氣會(huì)大幅降低導(dǎo)體間的絕緣抵抗性、加速分解、降低Q值、腐蝕導(dǎo)體。我們常?？吹絇CB電路板金屬部分起了銅綠就是由于沒有涂覆保護(hù)漆，使得金屬銅與水蒸氣、氧化共同化學(xué)反應(yīng)引起的。綜上考慮， KZQ-156控制器在驗(yàn)證完電路板的功能后，對(duì)電路板兩面涂覆三防漆，以保護(hù)上、中、下線路板組件免受環(huán)境的侵蝕。

6 總結(jié)

環(huán)境適應(yīng)性性能是檢驗(yàn)控制器產(chǎn)品合格與否的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。無論是結(jié)構(gòu)處理還是材料選擇以及噴漆等表面處理都是為了提高產(chǎn)品性能。該控制器產(chǎn)品針對(duì)環(huán)境適應(yīng)性做的相關(guān)設(shè)計(jì)，最終也是經(jīng)受了環(huán)境篩選的考核，說明設(shè)計(jì)思路是可行的、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國機(jī)械國家標(biāo)準(zhǔn).JB/T5109_2001

[2]軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 總則.GJB 150.1-86