戶外機(jī)柜防腐設(shè)計(jì)研究分析

楊振宇 李迪藝 汪忠敏 方亞龍

長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司 廣東 深圳 518057

1 環(huán)境因素及其影響

1.1 水和潮氣

材料腐蝕過程中，水是主要的介質(zhì)，防潮是防腐中最重要的一環(huán)[1]。在水或潮氣的作用下，防護(hù)鍍層被破壞，結(jié)構(gòu)件銹蝕，影響外觀及功能。絕緣材料受潮使絕緣電阻和耐壓水平下降，造成短路、爬電、飛弧甚至于火災(zāi)。

在一定溫度下，相對(duì)濕度若低于某一值，金屬的腐蝕速度很低，但相對(duì)濕度超過這一數(shù)值后，腐蝕速度就開始突然升高，這一濕度稱為臨界濕度[2]。對(duì)于鋼、銅、鎳和鋅來說，相對(duì)濕度為50%～70%之間是其臨界濕度，在低于臨界濕度時(shí)金屬表面沒有水膜，只產(chǎn)生腐蝕速度很小的化學(xué)腐蝕，而不產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。而在高于臨界濕度時(shí)，在金屬表面形成水膜，腐蝕歷程由化學(xué)腐蝕為主轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕為主，所以腐蝕速度突然增加。由此可見，如能把相對(duì)濕度降至臨界濕度以下，就可以基本上防止金屬發(fā)生腐蝕。此外，設(shè)備的某一處的溫度低于“露點(diǎn)”（溫度）時(shí)，該處表面的結(jié)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生凝露產(chǎn)生。

1.2 粉塵和鹽霧

氣態(tài)腐蝕物在大氣存在時(shí)間很短，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或被地表吸收。而懸浮的顆粒吸附離子污染物沉降于電子設(shè)備的內(nèi)部而造成故障，這是戶外電氣設(shè)備失效的重要原因之一。細(xì)塵中可溶性鹽類的含量，不同地域，含量差別較大，沿海和被污染環(huán)境最高含量可達(dá)20%以上，粉塵+鹽霧+濕熱對(duì)PCB板的腐蝕較大，粉塵沉降在PCB表面，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，使產(chǎn)品故障率大為提升。

2 戶外機(jī)柜防腐設(shè)計(jì)

戶外機(jī)柜，如果不存在柜內(nèi)外空氣交換的話，將其設(shè)計(jì)成IP等級(jí)較高的封閉機(jī)柜，其防塵性能最好。如果需要設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)給設(shè)備散熱，則需合理選擇防塵棉網(wǎng)。根據(jù)材質(zhì)的不同，濾料分為四種類型：合成纖維過濾棉、無紡布過濾棉、玻璃纖維過濾棉、活性炭過濾棉。

各濾網(wǎng)棉通風(fēng)濾塵效果，可以通過測(cè)試獲取，5mm厚無紡布濾網(wǎng)棉測(cè)得的風(fēng)速1.58m/s，10mm厚玻璃纖維濾網(wǎng)棉測(cè)得風(fēng)速2m/s，風(fēng)機(jī)自帶濾網(wǎng)棉測(cè)得風(fēng)速1.99m/s，10mm厚合成纖維濾網(wǎng)棉測(cè)得風(fēng)速2.79m/s。

通過風(fēng)速可以看出，常用的無紡布的阻力明顯大于合成纖維制成的濾網(wǎng)棉阻力，阻力接近2倍的差異。無紡布制成的濾網(wǎng)棉IP等級(jí)能達(dá)到IP54，而合成纖維的IP等級(jí)只能達(dá)到IP20。如果在戶內(nèi)使用可以考慮使用合成纖維制成的濾網(wǎng)棉，如果在戶外使用，則需通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使整機(jī)柜達(dá)到IP54相關(guān)防水要求，防塵能力是無法達(dá)到的，大約有15%的灰塵透過濾網(wǎng)進(jìn)入機(jī)柜（8mm 50ppi 網(wǎng)狀聚氨酯泡沫濾塵能力約為85%～90%）。

根據(jù)腐蝕的性質(zhì)和環(huán)境的不同，金屬腐蝕可分為很多種，如：縫隙腐蝕、電位差腐蝕、小孔腐蝕、晶間腐蝕、氧的濃差腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕、空泡腐蝕等，但對(duì)地面設(shè)備來說，最重要的是縫隙腐蝕、電位差腐蝕和小孔腐蝕。

縫隙腐蝕最為嚴(yán)重，一旦形成就很難根治。實(shí)際上，金屬制件用鉚、焊、螺釘?shù)确椒ㄟB接，在金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在縫隙，螺釘與螺母之間也存在縫隙，起皮的漆膜與金屬之間也有縫隙，若縫隙寬度足以使水等介質(zhì)進(jìn)入并能潴留于其中，就會(huì)使縫隙內(nèi)腐蝕加劇。

電位差腐蝕，由于每一種金屬的電極電位都不相同，不同種類金屬相互接觸會(huì)形成電位差，由于電化學(xué)作用，會(huì)使電位正的一方受到保護(hù)，電位負(fù)的一方加速腐蝕，特別是在接觸部位。若金屬的大部分表面不發(fā)生腐蝕（或輕微腐蝕），而只在局部地方出現(xiàn)腐蝕小孔并向深處發(fā)展，這種現(xiàn)象被稱之為小孔腐蝕，孔蝕雖然使金屬失重不大，但腐蝕深度發(fā)展很快，嚴(yán)重時(shí)造成穿孔。

3 設(shè)計(jì)案例

依據(jù)ISO12944-5:2007，環(huán)境類別分為：C1很低，C2低，C3中，C4高，C5-I很高（工業(yè)），C5-M很高（海洋）。以充電樁產(chǎn)品為例，充電樁主要是放在室外，因其應(yīng)用的地域比較廣，考慮到性價(jià)比，充電樁機(jī)柜一般是按C3做防腐設(shè)計(jì)，外殼用熱鍍鋅鋼板加上噴涂戶外粉（參照標(biāo)準(zhǔn)HG/T2006-2006，此戶外粉需要滿足標(biāo)準(zhǔn)中合格產(chǎn)品的要求）60um～90um，機(jī)柜里面的元器件也需要滿足C3防腐等級(jí)的要求（參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ISO12944）。機(jī)柜里面的安裝結(jié)構(gòu)件用覆鋁鋅板，覆鋁鋅板切口做好防腐處理，涂防銹油或涂銀漆。機(jī)柜里面的緊固件采用不銹鋼螺栓。機(jī)柜鎖配件及防水接頭等外漏在戶外的配件的需要經(jīng)過中性鹽霧實(shí)驗(yàn)72小時(shí)無明顯的銹跡斑點(diǎn)。如果充電樁是用在特殊的海邊或海島環(huán)境下，則需要提高其防腐等級(jí)到C5-M的防腐級(jí)別，需要根據(jù)特定的環(huán)境定制機(jī)柜，要求機(jī)柜結(jié)構(gòu)件使用熱鍍鋅板加上噴戶外粉涂層厚度150um，滿足中性鹽霧試驗(yàn)192小時(shí)內(nèi)無紅銹、120小時(shí)內(nèi)無白銹，柜內(nèi)結(jié)構(gòu)件采用304不銹鋼板等。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)設(shè)備使用環(huán)境的潛在需求，對(duì)充電設(shè)備防腐設(shè)計(jì)做了深入研究，提出了設(shè)計(jì)該類產(chǎn)品面臨的技術(shù)難點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)解決方案，并且形成設(shè)計(jì)成例，為相關(guān)工程師提供設(shè)計(jì)參考，極大提高了在后續(xù)的機(jī)柜做防腐設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)效率，極大增強(qiáng)了戶外機(jī)柜產(chǎn)品的可靠性水平，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。