電子設(shè)備綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)方法研究

仲維彬 代睿 黃立恒 劉四平

摘要：本文提出了一種溫度-濕度-光照-鹽霧綜合環(huán)境應(yīng)力的試驗(yàn)方法，選取典型電子設(shè)備結(jié)構(gòu)材料開展了傳統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)和綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)方法更能暴露產(chǎn)品在嚴(yán)酷高溫、高濕、高鹽霧、高紫外光照下的缺陷，可為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料和工藝的選取和考核提供一定的技術(shù)建議和參考。

關(guān)鍵詞：溫度-濕度-光照-鹽霧;電子設(shè)備;綜合環(huán)境應(yīng)力;工藝考核

中圖分類號：TB114.3

引言

隨著海洋裝備的大力發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備部署在南海島嶼、島礁上。根據(jù)調(diào)研，裝備在上島安裝使用不足半年，一部分部件和外協(xié)件表面會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的銹蝕、起泡、龜裂等現(xiàn)象。這些裝備在出廠前都依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了嚴(yán)格的環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證與考核，由此可見目前國內(nèi)現(xiàn)有的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對于島礁裝備的考核存在一定的不足。針對這些問題，本文結(jié)合相關(guān)資料、標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了一種溫度-濕度-光照-鹽霧綜合應(yīng)力的試驗(yàn)方法，可作為裝備結(jié)構(gòu)、材料和工藝考核的補(bǔ)充試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)應(yīng)力的選擇

我國島礁主要分布在東海和南海地區(qū)，其特點(diǎn)是遠(yuǎn)離大陸、分布零散、面積狹小、四面環(huán)水、地勢地平等。島礁多山，坡度陡峻，地形復(fù)雜;岸線彎曲，岸陡灘狹;道路少，且曲折狹窄。

島礁氣候環(huán)境復(fù)雜多變，常年具有高溫、高濕、高鹽霧以及強(qiáng)太陽輻射等特點(diǎn)，對武器裝備結(jié)構(gòu)材料、電子器件以及雷達(dá)通信等設(shè)備的可靠性造成巨大影響，從而導(dǎo)致武器裝備性能降級或失效。美國曾對其沿海武器裝備調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：環(huán)境因素導(dǎo)致故障武器裝備發(fā)生故障或失效的占52%，其中由溫濕度、鹽霧以及太陽輻射是導(dǎo)致武器裝備性能降低及失效的裝備占72%。由此可見，溫濕度、鹽霧以及太陽輻射綜合應(yīng)力考核對于武器裝備的重要。因此，為了彌補(bǔ)現(xiàn)有裝備結(jié)構(gòu)、材料和工藝考核的不足，本文介紹了一種溫度-濕度-光照-鹽霧綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)方法，包括的試驗(yàn)應(yīng)力有溫度、濕度、鹽霧和太陽輻照。

2 試驗(yàn)應(yīng)力的確定

2.1 鹽霧階段溫度應(yīng)力

根據(jù)國際電工委員會IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》標(biāo)準(zhǔn)指出：“溫度每升高10℃，腐蝕速度提高2～3倍，電解質(zhì)的導(dǎo)電率增加10～20%”。這是因?yàn)闇囟壬?，分子運(yùn)動加劇，化學(xué)反應(yīng)速度加快的結(jié)果。對于中性鹽霧試驗(yàn)，GJB 150.11-89、GJB150.11A-2009和GJB 4.11-83中要求的溫度應(yīng)力是一樣，都為35℃。如果選取溫度過高的話，會導(dǎo)致腐蝕機(jī)理和實(shí)際有較大的不同。因而本方法在選取鹽霧階段的試驗(yàn)溫度為35℃±2℃。

2.2 鹽溶液的濃度與沉降量

鹽溶液的濃度對產(chǎn)品腐蝕速度的影響和產(chǎn)品的選材以及涂覆層的選用有關(guān)，鹽溶液的濃度在5%以下時，黃銅、鋼等材料的腐蝕速度隨濃度的增大而增大;鹽溶液的濃度大于5%時，這些金屬的腐蝕速度會隨著濃度的增大而減小。這主要與鹽溶液里的氧含量與鹽的濃度有關(guān)，氧含量下降，氧的去極化能力也下降即腐蝕作用減弱?；谝陨弦蛩兀緲?biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法采用的鹽溶液的濃度為5%。同時考慮空氣中鹽霧的含量高，暴露在鹽霧環(huán)境的時間幾乎貫穿于產(chǎn)品的使用全階段，經(jīng)調(diào)研論證，本方法中鹽霧的沉降量范圍為（6～9）mL/80cm2·h。

2.3 太陽輻射強(qiáng)度與相對濕度

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求對島礁露天設(shè)備的太陽輻射試驗(yàn)的要求：在溫度52℃/51℃，太陽輻射強(qiáng)度為1110w/m2下，產(chǎn)品應(yīng)不損壞。這是對在南海露天設(shè)備規(guī)定的最低太陽輻射要求，結(jié)合GJB150.7A-2009太陽輻射試驗(yàn)中太陽輻射峰值為1120w/m2的要求，本方法采取更為嚴(yán)酷的1120w/m2光照強(qiáng)度，太陽輻射階段的試驗(yàn)溫度為52℃。同時結(jié)合我國海域的常年高溫高濕的氣候特點(diǎn)，年相對濕度為82%～84%，所以在本方法中取相對濕度為85%±5%。

2.4 試驗(yàn)持續(xù)時間

根據(jù)GJB150.7A-2009太陽輻射試驗(yàn)中分為循環(huán)試驗(yàn)（熱效應(yīng)）和穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)（光化學(xué)效應(yīng)），對于循環(huán)試驗(yàn)（熱效應(yīng)），著重于太陽輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)，它將試件暴露于模擬世界實(shí)際最大量級的太陽輻射中。

穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)（光化學(xué)效應(yīng)）是著重于加速太陽輻射產(chǎn)生的光化學(xué)效應(yīng)。經(jīng)調(diào)查國內(nèi)、外相關(guān)項目情況，除俄標(biāo)稍有特殊外，穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)（光化學(xué)效應(yīng)）持續(xù)時間均為10個或56個循環(huán)。天然暴曬的氣候條件是由太陽輻射、溫度、濕度等綜合因素組成，本方法試驗(yàn)剖面基本覆蓋了自然氣候中的重要應(yīng)力。相較于單一應(yīng)力，本方法的綜合應(yīng)力考核嚴(yán)酷度大大增加，同時考慮到裝備的暴露時長與壽命期使用時長，本方法采取每循環(huán)24h，共計28個循環(huán)的試驗(yàn)時間要求。

具體試驗(yàn)剖面見圖1。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 驗(yàn)證目的

驗(yàn)證并比較本試驗(yàn)方法與GJB150.7A-2009、GJB150.11A-2009中單獨(dú)進(jìn)行的太陽輻射、鹽霧試驗(yàn)對島礁電子裝備的考核嚴(yán)酷程度。

3.2 試驗(yàn)件的選取

本次驗(yàn)證試驗(yàn)選用的試驗(yàn)件均為典型材料，具體信息見表1。

3.3 驗(yàn)證方案

試驗(yàn)驗(yàn)證方案采用本文中介紹的試驗(yàn)方法與GJB150.7A-2009和GJB150.11A-2009組合試驗(yàn)方法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，采用同材料、同工藝的試驗(yàn)樣件，比較在兩種試驗(yàn)方法問題暴露的時間早晚以及試驗(yàn)結(jié)束后，兩種試驗(yàn)結(jié)果考核的嚴(yán)酷程度對比。

3.3.1 試驗(yàn)一：本試驗(yàn)方法

1）按照圖1試驗(yàn)剖面，調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱溫度為35℃，并在噴霧前將試件保持在這種條件下至少2h。

2）噴鹽霧14h或有關(guān)文件規(guī)定的時間。在整個噴霧期間，鹽霧沉降率和沉降溶液的pH值至少每隔8h測量一次，保證鹽溶液的沉降率為（3～9）mL/（80cm2·h）。

3）干燥階段結(jié)束時，將溫度升至52℃，相對濕度保持在85%，同時施加輻照度為1120W/m2的太陽光照，并保持10h。結(jié)束后對樣件外觀進(jìn)行檢查并拍照。

4）保持結(jié)束后，應(yīng)重復(fù)步驟2）～3），進(jìn)行28個循環(huán)。結(jié)束后對樣件外觀進(jìn)行檢查并拍照。

3.3.2 試驗(yàn)二：GJB150.7A-2009和GJB150.11A-2009組合試驗(yàn)

1）根據(jù)GJB150.7A-2009太陽輻射試驗(yàn)程序II-穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)要求，將試驗(yàn)箱空氣溫度調(diào)節(jié)至49℃，再將輻射燈的輻射度調(diào)節(jié)到1120W/m2±47W/m2。保持這些條件達(dá)20h。再關(guān)閉輻射燈4h為一個循環(huán)。并進(jìn)行10個循環(huán)。結(jié)束后對樣件外觀進(jìn)行檢查并拍照。

2）結(jié)束后再按照GJB150.11A-2009鹽霧試驗(yàn)要求進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱溫度為35℃，并在噴霧前將試件保持在這種條件下至少2h。連續(xù)噴霧24h，噴霧期間每24h記錄一次鹽霧沉降率及收集液pH值，保證鹽霧沉降量在1～3ml/80cm2·h內(nèi)，連續(xù)噴霧24小時后停止噴霧，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件溫度（15℃～25℃）和相對濕度不高于50%條件下干燥24h，為一個循環(huán)，干燥結(jié)束后，再進(jìn)行一個循環(huán)。結(jié)束后對樣件外觀進(jìn)行檢查并拍照。

3）重復(fù)1）～2），結(jié)束后對樣件外觀進(jìn)行檢查并拍照。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)驗(yàn)證表明：本文提出的綜合試驗(yàn)方法可暴露出更多的實(shí)際問題，具體試驗(yàn)結(jié)果見表2。

5 結(jié)論

本文提出了一種溫度-濕度-光照-鹽霧綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)方法，重點(diǎn)介紹了綜合應(yīng)力的選擇及應(yīng)力參數(shù)的確定。通過試驗(yàn)驗(yàn)證現(xiàn)有試驗(yàn)方法和本文綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)方法，新的綜合環(huán)境應(yīng)力的試驗(yàn)方法更能暴露產(chǎn)品的缺陷，更有助于提升裝備后期使用的可靠性。希望本文介紹的綜合應(yīng)力試驗(yàn)方法可為裝備結(jié)構(gòu)、材料和工藝的考核提供一定的技術(shù)建議和參考。

作者簡介：仲維彬（1977-），男，漢族，江蘇海安人，碩士，高級工程師，主要從事電子裝備質(zhì)量監(jiān)督，環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)技術(shù)。

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