海洋環(huán)境下機(jī)載電子設(shè)備的新型防腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)

張敬鋒

（中國(guó)特種飛行器研究所，湖北 荊門448035）

伴隨著飛機(jī)自動(dòng)化程度的逐年提升，機(jī)載電子設(shè)備在飛機(jī)的各類系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如果機(jī)載電子設(shè)備中某個(gè)器件或設(shè)備存在故障，整個(gè)系統(tǒng)都將受到影響，關(guān)鍵的電子設(shè)備如果出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全事故。機(jī)載電子設(shè)備在高溫高濕以及高鹽霧的海洋環(huán)境下容易出現(xiàn)腐蝕與老化問題，因此有必要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的防腐蝕優(yōu)化設(shè)計(jì)，保障設(shè)備安全運(yùn)行。

1 海洋環(huán)境下機(jī)載電子設(shè)備的腐蝕特點(diǎn)

1.1 海洋環(huán)境下的設(shè)備腐蝕與機(jī)體結(jié)構(gòu)腐蝕的區(qū)別分析

高溫高濕以及高鹽霧的海洋環(huán)境下，機(jī)載電子設(shè)備的腐蝕問題和機(jī)體結(jié)構(gòu)腐蝕問題有著明顯的區(qū)別。輕微的腐蝕在設(shè)備機(jī)體結(jié)構(gòu)上不會(huì)產(chǎn)生影響，而機(jī)載電子設(shè)備將會(huì)面臨間歇性故障，甚至是完全失效。在承擔(dān)機(jī)械應(yīng)力的同時(shí)，機(jī)載電子設(shè)備還需要承受著電應(yīng)力，雖然很多設(shè)備已經(jīng)采用了三防設(shè)計(jì)，但設(shè)備內(nèi)部元件依然會(huì)發(fā)生腐蝕問題，這一問題在日常維護(hù)時(shí)難以發(fā)現(xiàn)。比如某個(gè)軍用飛機(jī)的電子設(shè)備中，口蓋拆開后內(nèi)部托架已經(jīng)腐蝕，PCB 板局部防護(hù)涂層有腐蝕，這是因?yàn)槿榔釃娡抗に囁讲蛔?，容易發(fā)生局部涂層起泡，部分金屬部位腐蝕[1]。

1.2 腐蝕機(jī)理研究

機(jī)載電子設(shè)備的材料種類繁多，且應(yīng)用結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜，其中銅、鋁以及合金材料被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前電子產(chǎn)品正朝著高集成度和低功耗的方向發(fā)展，在海洋高溫高濕高鹽霧環(huán)境下，機(jī)載電子設(shè)備的金屬材料損傷速度將會(huì)加快，腐蝕問題所帶來(lái)的的后果將更加嚴(yán)重，這不僅會(huì)讓問題的預(yù)防措施遇到阻礙，也會(huì)時(shí)機(jī)載電子設(shè)備材料面臨環(huán)境適應(yīng)性問題。很多機(jī)載電子設(shè)備屬于高集成度元器件或印制電路，這些材料由多種金屬與合金組成，容易出現(xiàn)縫隙腐蝕和電偶腐蝕等海洋環(huán)境失效問題。因此，由于機(jī)載電子設(shè)備使用環(huán)境的特殊性和多樣性，導(dǎo)致材料的環(huán)境失效機(jī)理十分復(fù)雜。

2 海洋環(huán)境下機(jī)載電子設(shè)備在防腐設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題

分析海洋環(huán)境下機(jī)載電子設(shè)備在防腐蝕設(shè)計(jì)過程中存在的幾點(diǎn)問題，具體如下：

2.1 設(shè)備防腐蝕設(shè)計(jì)無(wú)法滿足海洋環(huán)境適應(yīng)性。很多現(xiàn)役飛機(jī)的機(jī)載電子設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都沒有對(duì)腐蝕環(huán)境進(jìn)行充足考慮，為了滿足電子性能而忽視耐防腐性能，選擇了容易腐蝕的材料，導(dǎo)致機(jī)載電子設(shè)備長(zhǎng)期暴露在高溫度、高濕度以及壓力環(huán)境下，腐蝕問題日益嚴(yán)重。某型飛機(jī)的天線接頭在海洋環(huán)境下短期使用就出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，就是在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮使用環(huán)境的例子。

2.2 機(jī)載電子設(shè)備在服役環(huán)境下的腐蝕機(jī)理研究不夠深入。飛機(jī)成品件生產(chǎn)廠家對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的環(huán)境考核不全面，對(duì)環(huán)境因素的影響理解不深，導(dǎo)致機(jī)載電子設(shè)備容易引發(fā)新的故障模式。

2.3 缺乏針對(duì)海洋環(huán)境的機(jī)載電子設(shè)備防護(hù)控制技術(shù)。當(dāng)前人們對(duì)飛機(jī)防腐蝕措施依然以結(jié)構(gòu)材料為研究對(duì)象，配備的緩蝕劑主要針對(duì)機(jī)載電子設(shè)備外殼材料，沒有對(duì)設(shè)備內(nèi)部金屬材料進(jìn)行防護(hù)。比如連接器需要經(jīng)常拆卸檢查，在采用纏繞保護(hù)帶的同時(shí)沒有其他防護(hù)產(chǎn)品。雖然密集纏繞保護(hù)帶在一定程度上可以降低鹽霧對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的直接腐蝕，但不能阻止海洋環(huán)境的濕氣擴(kuò)散，長(zhǎng)期的濕氣聚集容易導(dǎo)致機(jī)載電子設(shè)備頻發(fā)故障。比如傳感器接頭部分，處于其對(duì)連接狀態(tài)的要求，無(wú)法直接涂覆保護(hù)層，因此傳感器接頭容易產(chǎn)生插針斷裂或其他腐蝕問題[2]。

3 海洋環(huán)境下機(jī)載電子設(shè)備的新型防腐蝕設(shè)計(jì)研究

3.1 正確清洗設(shè)備，加強(qiáng)干燥除濕

對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行海洋環(huán)境防腐蝕設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)其腐蝕故障數(shù)據(jù)加以收集和分析，發(fā)掘并利用服役我急機(jī)載電子設(shè)備腐蝕數(shù)據(jù)，確定防護(hù)較為薄弱的環(huán)境和容易發(fā)生腐蝕的部位。對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行防腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)的全壽命研究，針對(duì)海洋環(huán)境的高溫高濕高鹽霧現(xiàn)狀，在故障分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)。污染物沉積是導(dǎo)致機(jī)載電子設(shè)備發(fā)生腐蝕問題的重要原因，及時(shí)清洗機(jī)載電子設(shè)備內(nèi)外的污染物沉積至關(guān)重要。污漬有導(dǎo)電可能，如果機(jī)載電子設(shè)備中的污漬可以導(dǎo)電，它將給設(shè)備帶來(lái)不良的電氣路徑。如果污漬絕緣，污漬的存在將會(huì)干擾機(jī)載電子設(shè)備正常運(yùn)行。為做好去污工作，可以采用較為溫和的機(jī)載電子設(shè)備清潔方法，使用清洗液與清洗材料防止設(shè)備損壞。關(guān)于機(jī)載電子設(shè)備焊接點(diǎn)與保形涂層的清洗，建議使用去離子水清洗設(shè)備，不宜用酸性清潔劑清洗機(jī)載電子設(shè)備。

除了污漬以外，海洋潮濕的空氣是引發(fā)機(jī)載電子設(shè)備無(wú)法正常工作的重要原因，這一情況將導(dǎo)致系統(tǒng)故障率不斷提升。對(duì)于機(jī)載電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，除濕干燥是設(shè)備在惡劣環(huán)境下進(jìn)行防腐預(yù)防的重要措施，在有效減少設(shè)備故障率的同時(shí)也能提升飛機(jī)的完好率。建議在飛機(jī)座艙、起落架艙、設(shè)備艙以及外翼內(nèi)腔部分應(yīng)用除濕干燥設(shè)備，比如使用除濕機(jī)進(jìn)行干燥處理。處理時(shí)可以將完成過濾與凈化之后的干燥空氣，通過送風(fēng)管對(duì)潮濕環(huán)境下的機(jī)載電子設(shè)備縫隙與死角內(nèi)吹風(fēng)。吹風(fēng)干燥時(shí)建議將溫濕度表的傳感器對(duì)準(zhǔn)吹風(fēng)位置，等到濕度下降到60%以下后可以停止干燥除濕工序[3]。

3.2 應(yīng)用緩蝕劑防腐

對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行防腐處理是設(shè)備為維修處理工作中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。在機(jī)載電子設(shè)備清洗之后與封存之前，應(yīng)將存在失效問題或沉浸了腐蝕溶液的機(jī)載電子設(shè)備元器件噴涂防腐劑。針對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的電器插頭插座、接線端子板、接線盒等部位，以及共軸連接器內(nèi)外部分與接地線圈。防腐劑在第一次使用后，應(yīng)保持30 分鐘，隨后進(jìn)行第二次防腐劑的涂覆，多數(shù)防腐劑涂覆后會(huì)在機(jī)載電子設(shè)備上形成絕緣膜，這層絕緣膜可以起到隔離腐蝕介質(zhì)的效果。但比如在機(jī)載電子設(shè)備繼電器觸點(diǎn)上使用緩蝕劑會(huì)增大接觸電阻，建議工作人員根據(jù)使用說(shuō)明提出的要求，在不影響機(jī)載電子設(shè)備正常運(yùn)行的前提下使用緩蝕劑。

3.3 對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行密封設(shè)計(jì)

如果機(jī)載電子設(shè)備不密封，設(shè)備長(zhǎng)期在高溫高濕與高鹽霧環(huán)境中運(yùn)行，設(shè)備的金屬材料很容易腐蝕，非金屬材料容易老化和實(shí)效，進(jìn)而影響機(jī)載電子設(shè)備的使用壽命。如果機(jī)載電子設(shè)備采取了密封設(shè)計(jì)，設(shè)備內(nèi)部元器件不僅可以得到有效保護(hù)，還能解決三防問題。按照機(jī)載電子設(shè)備運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類，主要有靜密封與動(dòng)密封兩種；按照結(jié)構(gòu)形態(tài)分類，主要有可拆式密封和不可拆式密封；按照密封的程度分類，主要有氣密和水密兩種。如果機(jī)載電子設(shè)備無(wú)需維修，或者設(shè)備不容易損壞，比如天線座與防水插件設(shè)備，可以使用環(huán)氧樹脂材料、硅膠材料進(jìn)行設(shè)備的密封與灌封。除了使用密封材料外，也可以采用焊封方式，將機(jī)載電子設(shè)備放置在封閉盒與機(jī)箱中，這樣的密封方式不僅防水，也能夠提升機(jī)載電子設(shè)備防霉變與防鹽霧的能力。

對(duì)于機(jī)載電子設(shè)備靜密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適合用于機(jī)載電子設(shè)備在高低溫環(huán)境下沒有泄露現(xiàn)象，多數(shù)密封件屬于易損件，應(yīng)按照要求確定密封件的型號(hào)，以便對(duì)密封件及時(shí)更換。實(shí)現(xiàn)機(jī)載電子設(shè)備靜密封的方法主要如下：

（1）使用墊片進(jìn)行密封。按照介質(zhì)的溫度和腐蝕情況確定最佳墊片材料。如果機(jī)載電子設(shè)備所處的環(huán)境溫度和壓力不高，可以使用非金屬軟墊片。

（2）使用密封劑進(jìn)行密封。常見的墊料密封有很多種，比如螺紋膠可用在機(jī)載電子設(shè)備螺紋連接中，結(jié)構(gòu)密封劑可以對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)縫隙進(jìn)行填充。

（3）使用O 形密封圈。該密封材料具有良好的密封性能，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便，使用壽命較強(qiáng)，O 型密封圈可以同時(shí)用在靜密封與動(dòng)密封過程中。當(dāng)靜密封的壓縮量達(dá)到10%時(shí)是無(wú)法起到水密封作用的，壓縮量在18-25%時(shí)橡膠反彈力可以對(duì)水分子產(chǎn)生密封，如果壓縮量超過了30%，密封質(zhì)量沒有太大變化，橡膠如果過度使用將會(huì)出現(xiàn)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。所以，在機(jī)載電子設(shè)備靜密封設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將橡膠變形量控制在20%左右。完成密封之后可以對(duì)機(jī)載電子設(shè)備展開水密試驗(yàn)，比如沖水試驗(yàn)和淋雨試驗(yàn)，按照高濕度、高溫度、高鹽霧的海洋環(huán)境變化情況進(jìn)行機(jī)載電子設(shè)備防腐設(shè)計(jì)的模擬實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)后的機(jī)載電子設(shè)備可以使用該密封方法[4]。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，關(guān)于機(jī)載電子設(shè)備腐蝕研究關(guān)系到力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及材料學(xué)等學(xué)科，從機(jī)載電子設(shè)備的腐蝕特點(diǎn)出發(fā)，了解到元器件在受到微腐蝕情況下對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的功能性產(chǎn)生的較大影響。為了使現(xiàn)役飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備的三防設(shè)計(jì)可以滿足海洋環(huán)境的適應(yīng)性要求，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定機(jī)載電子設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，選擇正確的措施改善設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性。