海洋大氣環(huán)境電子設(shè)備的腐蝕防護(hù)

（海軍裝備部駐天津地區(qū)第二軍事代表室，天津 300308）

電子設(shè)備尤其是軍用電子設(shè)備，類型多元、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成性高。但是因?yàn)樵O(shè)備設(shè)計(jì)中防腐蝕技術(shù)、工藝以及實(shí)驗(yàn)設(shè)施所存在的缺陷，會(huì)直接導(dǎo)致電子設(shè)備在惡劣環(huán)境（海洋大氣環(huán)境）下使用發(fā)生腐蝕問題，更有甚者會(huì)造成電子設(shè)備發(fā)生故障，使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。由此可見，對(duì)電子設(shè)備，特別是軍用電子設(shè)備的防腐技術(shù)研究勢(shì)在必行。

1 海洋大氣環(huán)境腐蝕的簡(jiǎn)述

目前常見的腐蝕可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

化學(xué)腐蝕：金屬和接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。

電化學(xué)腐蝕：不純的金屬（或合金）與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。海洋大氣環(huán)境的腐蝕基本上屬于電化學(xué)腐蝕的范圍。它是一種液膜下的電化學(xué)腐蝕，和浸在電解質(zhì)溶液內(nèi)的腐蝕有所不同。由于金屬表面上存在著一層飽和了氧的電解質(zhì)薄膜，使大氣腐蝕以優(yōu)先的氧去極化過程進(jìn)行腐蝕。另一方面在薄膜層電解液下很容易造成陽極鈍化的適當(dāng)條件，固體腐蝕產(chǎn)物也常以層狀沉積在金屬表面，因而起到一定的保護(hù)作用。例如，鋼中含有千分之幾的銅，會(huì)生成一層致密的、保護(hù)性較強(qiáng)的銅銹膜，使鋼的耐蝕性得到明顯改善。

海洋大氣是指在海平面以上由于海水的蒸發(fā)，形成含有大量鹽分的大氣環(huán)境。此種大氣中鹽霧含量較高，對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕作用。與浸于海水中的鋼鐵腐蝕不同，海洋大氣腐蝕同其他環(huán)境中的大氣腐蝕一樣是由于潮濕的氣體在物體表面形成一個(gè)薄水膜而引起的。海洋大氣中相對(duì)濕度較大，同時(shí)由于海水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對(duì)于海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)來說，空氣的相對(duì)濕度都高于它的臨界值。薄水膜對(duì)金屬的作用而發(fā)生大氣腐蝕的過程，符合電解質(zhì)中電化學(xué)腐蝕的規(guī)律。這個(gè)過程的特點(diǎn)是氧特別容易到達(dá)金屬表面，金屬腐蝕速度受氧去極化過程控制。

2 電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)與腐蝕特點(diǎn)

2.1 總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：①使用電子或微電子器件多、接點(diǎn)與焊點(diǎn)多、接線與焊線多，容易產(chǎn)生腐蝕的節(jié)點(diǎn)或環(huán)節(jié)多，對(duì)眾多元器件或線路采取單體防護(hù)措施難度大；②元器件和部件多為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和金屬、合金材料，極易與潮濕鹽霧大氣產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)；③電子設(shè)備機(jī)柜、機(jī)箱密封性設(shè)計(jì)難度大，潮濕鹽霧大氣容易浸入設(shè)備內(nèi)部，從而產(chǎn)生腐蝕。

2.2 設(shè)計(jì)制造工藝特點(diǎn)

設(shè)計(jì)制造工藝特點(diǎn)如下：①元器件及線路設(shè)計(jì)制造工藝精細(xì)，體積小，對(duì)外接觸面多，機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力低，鹽霧腐蝕產(chǎn)生的速度快，采取腐蝕防護(hù)的難度大；②活動(dòng)接插件多（例如模塊插板），壓接、螺接和彈性接觸形式多，微小縫隙多，接觸面易磨損、老化、易受大氣腐蝕；③電子器件、線路、絕緣體等之間的間隙小，潮濕鹽霧大氣容易形成微電流，形成電化學(xué)腐蝕或影響絕緣；④使用銅、鋁及不同金屬合金的連接件多，易產(chǎn)生電偶腐蝕。

3 腐蝕控制技術(shù)

3.1 材料選擇

選擇使用耐腐蝕材料，從設(shè)備基材上保證一定的腐蝕防護(hù)能力。由于電子設(shè)備器材、部件材料主要由產(chǎn)品功能、性能及生產(chǎn)工藝決定，因此耐腐蝕材料選擇主要試用機(jī)箱、機(jī)柜、線路及某些部件殼體等。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

采用封閉、密封結(jié)構(gòu)或正壓設(shè)計(jì)，通過對(duì)設(shè)備的密封、封閉或干燥氣體的正壓，阻隔或阻擋鹽霧與潮濕性氣體進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部與部件、線路接觸產(chǎn)生腐蝕。

3.3 部件與線路

選用具有防水、防潮、防鹽霧、耐腐蝕能力強(qiáng)的部件。浸涂對(duì)水蒸氣和鹽霧隔絕性能好，且附著力好，不影響器件工作性能的材料涂層，對(duì)器件殼體縫隙、管腳、引線、焊點(diǎn)、接點(diǎn)、線路板等進(jìn)行封閉，阻隔鹽霧與潮濕性氣體進(jìn)入部件內(nèi)部。焊點(diǎn)、焊縫須充實(shí)、平滑、無縫隙或孔隙，螺接、壓接、鉚接面須平整、緊密，連接體和連接件須先進(jìn)行表面處理再連接，連接體、連接件材料要相容。

對(duì)機(jī)箱、機(jī)柜外部電氣插頭、水插頭，使用密封膠（帶）、密封袋、可剝離防腐膜等進(jìn)行密封，阻隔鹽霧與潮濕性氣體進(jìn)入插頭內(nèi)部。插頭由于需要插、拔維護(hù)，不能采取永久性封閉措施。長(zhǎng)線（管）路使用密閉且機(jī)械性能好、耐腐蝕的電纜、電線或管路，線（管）路兩端使用密封材料進(jìn)行密封，對(duì)有特殊要求和結(jié)構(gòu)的電纜、管路可采取正壓氣體防護(hù)措施；短線（管）路使用帶塑料套管并兩端加密封材料密封。

3.4 結(jié)構(gòu)材料表面防腐

通過對(duì)機(jī)箱、機(jī)柜金屬結(jié)構(gòu)表面噴涂耐腐蝕材料涂層，隔絕鹽霧和潮濕性氣體對(duì)金屬結(jié)構(gòu)表面的直接接觸，降低腐蝕性氣體的腐蝕性。

3.5 防腐介質(zhì)

通過使用防銹油、氣相緩蝕劑、吸濕干燥劑、固體薄膜保護(hù)劑等介質(zhì)，對(duì)局部空間內(nèi)的設(shè)備或部位進(jìn)行保護(hù)。其中，氣相緩蝕劑是一種常溫下能夠緩慢揮發(fā)、釋放出保護(hù)性氣體的化學(xué)物質(zhì)。

4 腐蝕環(huán)境控制技術(shù)

通過除濕、降溫和鹽霧濾除，使電子設(shè)備工作在無腐蝕或低腐蝕的空氣環(huán)境中，是各種腐蝕防護(hù)技術(shù)中最簡(jiǎn)便、有效、可靠的治本性腐蝕防護(hù)措施，適用于各種設(shè)備，特別適用于防護(hù)要求高、設(shè)備數(shù)量多且可以集中安放、能夠設(shè)置較為密封的工作間、單臺(tái)設(shè)備采取防護(hù)措施難度大的電子設(shè)備。

4.1 分離除鹽技術(shù)

分離除鹽技術(shù)主要有以下幾種。

離心力分離除鹽技術(shù)：含鹽空氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，通過旋風(fēng)氣流對(duì)含鹽空氣產(chǎn)生離心力，使較大、重的鹽霧顆粒從氣流中分離出來，撞到旋風(fēng)式分離器外壁面，在壁面上逐漸匯集形成鹽霧水膜留下。

霧化噴淋除鹽技術(shù)：空氣中的鹽霧來自噴淋的水滴，主要依靠霧化的微小水滴與氯離子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、碰撞、聚集，形成較大的水滴、塵粒，質(zhì)量增加后沉降于水池中，略小的塵粒、水滴在撞擊到擋水板形成水膜后流入水池中。

超重力分離除鹽技術(shù)：超重力除鹽霧的原理是使含鹽空氣中的氯離子和水分在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的超重力環(huán)境中，經(jīng)多孔填料產(chǎn)生流動(dòng)接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米或納米級(jí)的微霧、液膜，連續(xù)產(chǎn)生巨大的相界面，極大地提高了相間的傳質(zhì)效率，從而有效地捕捉到空氣中鹽霧顆粒，排出時(shí)水、氣分離。

上述三種分離除鹽技術(shù)所用設(shè)備較多，維護(hù)運(yùn)行較為復(fù)雜，費(fèi)用高，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中很少使用。

4.2 鹽霧過濾器技術(shù)

原理、特點(diǎn)及使用范圍：通過不同密度抗水型玻璃纖維濾紙網(wǎng)、點(diǎn)狀分隔或熱熔膠分隔技術(shù)，將不同粒徑的氯離子捕捉并攔阻到濾網(wǎng)上，具有過濾面積大、運(yùn)行阻力低、抗氣流沖擊壓力高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。適用于地面各種廠房、設(shè)備工作加、儲(chǔ)存間，海上船舶設(shè)備工作艙、貨物儲(chǔ)存艙等，對(duì)鹽霧腐蝕要?dú)廨^高的電子設(shè)備或系統(tǒng)。

過濾器風(fēng)壓：為了保持需要的空氣流量和過濾網(wǎng)安全，過濾器承受的風(fēng)壓和風(fēng)阻不能過高。風(fēng)壓與過濾效率呈正關(guān)聯(lián)關(guān)系，過濾效率越高、風(fēng)壓越高。因此，在鹽霧過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)和過濾器選擇時(shí)，不可僅追求過濾效率，否則將使過濾器風(fēng)壓過高，需要增大過濾器面積，進(jìn)而增加系統(tǒng)投資和維護(hù)難度。

5 實(shí)際使用操作

實(shí)際使用操作時(shí)，需要注意以下幾方面問題。

合理選擇耐腐蝕材料，增強(qiáng)設(shè)備的耐腐蝕能力。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之初盡可能地將可能產(chǎn)生腐蝕的情況提前規(guī)避。例如，將電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)盡可能地簡(jiǎn)單化，從而便于進(jìn)行防腐蝕處理。因?yàn)樾螤顝?fù)雜的結(jié)構(gòu)件會(huì)增加結(jié)構(gòu)件表面積，導(dǎo)致與介質(zhì)接觸面積的增加。同時(shí)，煩瑣的結(jié)構(gòu)件也具有大量的死角和縫隙，會(huì)造成腐蝕液的沉積，進(jìn)而提高腐蝕的可能性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮構(gòu)件及器件的布局，通過設(shè)計(jì)坡角，增加導(dǎo)水槽、孔，最大限度地避免水分的積存，從而盡可能地降低或避免殘余水分或冷卻液造成的腐蝕。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的密封性，使機(jī)箱、機(jī)柜等結(jié)構(gòu)件內(nèi)部能夠完全密封，避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)、器件或設(shè)備與外部大氣環(huán)境的接觸，從而減少或避免機(jī)箱、機(jī)柜內(nèi)部的腐蝕。

選擇使用環(huán)境中對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感的金屬材料，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量降低應(yīng)力和熱應(yīng)力集中，避免各種切口、尖角、焊接缺陷的存在，采取退火、噴丸處理等減小殘余應(yīng)力，從而減緩或防止應(yīng)力腐蝕。

結(jié)構(gòu)材料表面腐蝕防護(hù)。具體方法有：①通過電鍍、化學(xué)鍍、噴鍍和熱浸等方法，在金屬表面鍍上一層有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的金屬（鍍鎳、鍍鋅等）；②用化學(xué)或電化學(xué)的方法在金屬表面形成一層致密而穩(wěn)定的金屬化合物（氧化、鈍化、陽極氧化和磷化等）；③通過噴涂油漆、涂料、礦物質(zhì)油脂或者噴塑等噴涂方法，將金屬表面與外部環(huán)境隔離。

合理利用“三防”涂料（例如聚氨酯清漆），對(duì)設(shè)備以及器件等進(jìn)行涂層處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行密封及灌封，進(jìn)而確保電子設(shè)備在惡劣條件下進(jìn)行工作時(shí)也具備防潮、防鹽霧的能力。

相連接部位、部件要充分考慮盡量避免不同金屬或合金的選擇，通常電位差在0.25 V 以下的金屬才允許接觸。確需兩種金屬相連接時(shí)，要在其間隔區(qū)域設(shè)計(jì)有機(jī)絕緣物（橡膠、聚四氟乙烯等），從而避免電偶腐蝕。

通過改善腐蝕環(huán)境，如加防護(hù)罩、設(shè)置空調(diào)器等手段，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，控制環(huán)境溫度、濕度、鹽霧濃度，從而減緩設(shè)備承受的腐蝕。

目前已應(yīng)用的除鹽霧設(shè)備工作原理是空氣在風(fēng)機(jī)作用下，加壓低流速通過過濾組件的聚結(jié)濾芯。由于聚結(jié)濾芯采用多層極性分子過濾介質(zhì)，其孔徑是逐層遞增的，空氣分子可以通過濾孔，而微小的水汽液滴則在此逐步聚結(jié)成水滴，水汽中的鹽霧分子在通過濾芯后聚結(jié)成鹽水滴。這些大分子結(jié)構(gòu)的液滴更加容易與空氣分離。在不斷的聚結(jié)作用下，最終在濾芯表面附著，形成鹽粒，從而將空氣中的鹽霧成分去除，最終因重力作用落入集鹽盤。

6 結(jié)束語

電子設(shè)備的腐蝕防護(hù)應(yīng)該貫穿在設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用的全壽命周期內(nèi)。首先，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該進(jìn)行充分考慮，包括優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封考慮以及對(duì)設(shè)備材料的選擇；其次，生產(chǎn)加工過程中，應(yīng)該加強(qiáng)工藝管控，做好表面處理、表面噴涂以及后期“三防”保護(hù)；再次，使用時(shí)控制設(shè)備所處環(huán)境，降低環(huán)境中鹽霧濃度；最后，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備腐蝕后，應(yīng)該盡快進(jìn)行處理及再防護(hù)，避免擴(kuò)大腐蝕產(chǎn)生惡劣影響。