電子設(shè)備耐濕熱性設(shè)計(jì)思考

李潤玲，魏偉，王娜

（1.空裝駐北京地區(qū)第四軍事代表室，北京，100041；2.空裝駐北京地區(qū)第七軍事代表室，北京，100041）

0 引言

為了確定設(shè)備在高溫及高濕條件下的適應(yīng)性，按照相關(guān)適用標(biāo)準(zhǔn)開展驗(yàn)證，試驗(yàn)室試驗(yàn)是一種加速試驗(yàn)，比自然環(huán)境所發(fā)生的潮濕更頻繁、更嚴(yán)重或周期更長。一般電子設(shè)備通常都要進(jìn)行“三防”(防濕熱、防霉菌、防鹽霧)設(shè)計(jì)，采取防腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇耐環(huán)境腐蝕的原材料，進(jìn)行基材表面“三防”處理等，以提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力。在實(shí)際工作中，通常采用以往產(chǎn)品使用的成熟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相同材料和表面處理工藝方法。但是兩型新研產(chǎn)品在進(jìn)行濕熱試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鉛封杯表面出現(xiàn)白色銹蝕痕跡、設(shè)備與安裝支架接觸面出現(xiàn)油漆起泡現(xiàn)象、前面板和箱體接觸位置縫隙處出現(xiàn)白色銹蝕。而以往類似設(shè)備與安裝架無論是單獨(dú)還是組裝在一起均能順利通過濕熱試驗(yàn)，表面質(zhì)量正常。表面處理為特殊過程，針對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”各環(huán)節(jié)進(jìn)行了檢查、分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原因是特殊過程過程控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選用的防護(hù)漆性能不滿足特定環(huán)境、特殊過程參數(shù)設(shè)定不合理。通過嚴(yán)格過程控制要求、更改選用漆牌號(hào)、調(diào)整控制參數(shù)、增加保護(hù)環(huán)節(jié)解決了問題，滿足電子設(shè)備在相關(guān)惡劣環(huán)境下的使用需求。

1 產(chǎn)品濕熱試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

兩類電子設(shè)備按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：溫度+30℃～+60℃，濕度95%，循環(huán)10天。試驗(yàn)結(jié)束后，功能和性能檢測均正常，但表面質(zhì)量均出現(xiàn)了以下問題：

（1）鉛封杯表面有白色銹蝕痕跡，如圖1。

圖1 鉛封杯銹蝕

（2）一型設(shè)備前面板和箱體接觸縫隙處有白色銹蝕，如圖2。

圖2 前面板和箱體接縫處銹蝕

（3）一型設(shè)備與安裝支架接觸的底蓋板發(fā)生大面積油漆起泡，安裝架對(duì)應(yīng)位置有積水，如圖3。

圖3 設(shè)備底面起泡

2 濕熱環(huán)境對(duì)產(chǎn)品性能的影響

濕熱試驗(yàn)可以引起材料電性能、機(jī)械性能和化學(xué)性能發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為：

（1）表面影響。由于水分的吸收和擴(kuò)散（滲透）作用，金屬的氧化和/或電蝕、加速化學(xué)反應(yīng)、表面有機(jī)涂層和無機(jī)涂層的化學(xué)或電化學(xué)破壞、表面潮氣和外來附著物相互作用產(chǎn)生腐蝕層、摩擦系數(shù)的變化產(chǎn)生粘合或粘附。

（2）材料特性的變化。由于吸附作用：材料體積膨脹。由于凝露和吸附作用，物理（機(jī)械）強(qiáng)度降低。絕緣材料的表面絕緣電阻和體積絕緣電阻下降、損耗角增大，由此生成了漏電流，對(duì)于整個(gè)設(shè)備，將會(huì)導(dǎo)致靈敏度降低、頻率漂移，光學(xué)元件成像傳輸質(zhì)量下降等。隔熱材料的隔熱特性變化、復(fù)合材料分層、材料的彈性或塑性改變、吸濕材料性能下降、潤滑劑性能降低、炸藥和推進(jìn)劑性能降低。

（3）凝露游離水。電氣短路、光學(xué)器件表面模糊、熱傳遞特性變化。如體積膨脹、機(jī)械強(qiáng)度降低，由于吸潮，會(huì)使密封產(chǎn)品的密封性能降低或破壞，產(chǎn)品表面涂敷層剝落，產(chǎn)品標(biāo)記模糊不清等。

3 特殊過程處理應(yīng)關(guān)注的幾點(diǎn)

3.1 特殊過程參數(shù)設(shè)定控制

特殊過程控制參數(shù)一般是在表面處理工藝編制時(shí)經(jīng)過確認(rèn)后明確下來的，一般工廠在確定完參數(shù)后如果工藝方法不改變，參數(shù)就固定下來。有的特殊過程參數(shù)控制包含溶質(zhì)濃度，其實(shí)際使用中，可定期測量濃度進(jìn)而保證溶液合格。而有的特殊過程溶液調(diào)配時(shí)，僅僅滴幾滴溶質(zhì)，濃度無法測量，一般用時(shí)間周期進(jìn)行控制。對(duì)于用時(shí)間進(jìn)行控制的特殊過程，在實(shí)際使用時(shí)往往不再進(jìn)行調(diào)整。但是隨著使用條件發(fā)生變化，原有控制參數(shù)不能滿足現(xiàn)有使用要求。鋁合金零件大部分選用導(dǎo)電氧化處理方法，當(dāng)生產(chǎn)量增加時(shí)，按原有要求配置的導(dǎo)電氧化溶液在使用周期中后期溶質(zhì)成分含量降低，導(dǎo)致形成膜層的質(zhì)量下降。進(jìn)行濕熱試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)中的水汽在結(jié)構(gòu)件之間充當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)，縫隙內(nèi)外形成了氧濃差腐蝕原電池，使腐蝕反應(yīng)得以進(jìn)行，加速了膜層的破壞，造成鋁基體零件的腐蝕。如：在某一產(chǎn)品濕熱試驗(yàn)過程中，零件在縫隙內(nèi)外環(huán)境中的電極電位與氧的濃度分布成正比，濃度越高，則電極電勢越高，蓋板裸露在外面的電位較縫隙內(nèi)部高，成為腐蝕電池的陰極，縫隙內(nèi)部作為電池的陽極受到腐蝕，這造成了白色銹蝕，如圖2所示。出現(xiàn)問題后，對(duì)導(dǎo)電氧化參數(shù)控制進(jìn)行了調(diào)整，將原有槽液的更換頻率由原來3個(gè)月改為兩周或加工零件面積達(dá)到1500dm2時(shí)。為了進(jìn)一步完善工藝方法，并增加耐環(huán)境余量，對(duì)導(dǎo)電氧化處理后的零件涂一種增強(qiáng)導(dǎo)電性能的膠，提高膜層耐腐蝕性。

3.2 試驗(yàn)前處理

濕熱試驗(yàn)一般不作為腐蝕性試驗(yàn)。所謂濕熱的腐蝕作用是由于空氣中含有少量的酸、堿性雜質(zhì)或由于產(chǎn)品表面附著有焊渣、汗?jié)n等污染物而引起的間接化學(xué)和電化學(xué)腐蝕作用。為了防止樣品表面污染而引起間接腐蝕作用，試驗(yàn)前，應(yīng)該對(duì)試驗(yàn)樣品采取清潔處理，例如用無水酒精進(jìn)行擦拭清潔處理。

3.3 特殊過程過程控制

針對(duì)進(jìn)行過表面處理的零件其貯存、包裝、運(yùn)輸和安裝過程都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，應(yīng)按要求嚴(yán)格控制過程。鉛封杯為標(biāo)準(zhǔn)件，且?guī)齑媾看蟆⑹褂脭?shù)量大、零件體積小，一般為幾十個(gè)放置在一個(gè)裝有防潮沙的塑料袋貯存，沒有單獨(dú)的保護(hù)措施，現(xiàn)場使用時(shí)也是幾十個(gè)同時(shí)放置在一個(gè)小盒中發(fā)放，一般不發(fā)生磕碰和摩擦是不會(huì)損傷鍍層，但也不排除這種可能性。另外，在具體安裝過程中，也存在操作者緊固螺釘時(shí)不小心用螺刀損傷表面涂層的可能。所以貯存、運(yùn)輸和安裝過程容易產(chǎn)生磕碰和摩擦。無法排除貯存、運(yùn)輸和安裝過程破壞表面處理層。

3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

目前，大多數(shù)企業(yè)對(duì)于特殊過程的確認(rèn)和再確認(rèn)往往使用試件進(jìn)行表面處理，進(jìn)行表觀質(zhì)量檢測和對(duì)比查看的方式，沒有進(jìn)行相應(yīng)整個(gè)設(shè)備的試驗(yàn)驗(yàn)證，而僅僅依托于定檢和鑒定試驗(yàn)進(jìn)行，而整個(gè)設(shè)備和試片進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的得到了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

如濕熱問題中的鉛封杯試驗(yàn)，分別進(jìn)行了試片和整個(gè)設(shè)備驗(yàn)證。第一次試件試驗(yàn)：鉛封杯在單獨(dú)放置的時(shí)候，不論表面處理層是否被破壞都不會(huì)導(dǎo)致鉛封杯銹蝕；第二次整個(gè)設(shè)備試驗(yàn)：表面鍍層完好狀態(tài)的鉛封杯安裝在產(chǎn)品上，經(jīng)過濕熱試驗(yàn)不會(huì)產(chǎn)生銹蝕；而表面鍍層磨損破壞的鉛封杯安裝在產(chǎn)品上，經(jīng)過濕熱試驗(yàn)產(chǎn)生了銹蝕。

從理論分析來看，單獨(dú)放置的鉛封杯不能模擬真實(shí)安裝環(huán)境，產(chǎn)品中鉛封杯套在螺釘上加墊圈固定在機(jī)體殼上。濕熱試驗(yàn)中，環(huán)境濕度大、溫度變化大，表面鍍層受損的鉛封杯、螺釘和墊圈間的留存液體后形成電化學(xué)原電池。在原電池中，裸露的鋅失去電子成為鋅離子作為電化學(xué)陽極，鋅離子與水中的氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鋅白色沉淀，氫氧化鋅部分分解成白色的氧化鋅；陰極，氧氣得到電子后與水中的氫離子結(jié)合生成水。反應(yīng)式為：2Zn+O2+2H2O =2Zn(OH)2、Zn(OH)2（部分）=ZnO+H2O。

導(dǎo)電氧化試驗(yàn)也出現(xiàn)了同樣結(jié)果。試片本身在一定程度上能驗(yàn)證膜層或鍍層的防護(hù)效果，但不能復(fù)現(xiàn)真實(shí)裝機(jī)環(huán)境，裝到整個(gè)設(shè)備后的結(jié)構(gòu)體之間會(huì)形成原電池，加速腐蝕速度和程度，因此在嚴(yán)格程度上應(yīng)該在整個(gè)設(shè)備上試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在特殊過程中的考慮

一般設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，習(xí)慣采用以往使用過的成熟工藝方法，對(duì)于結(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)進(jìn)行一定的對(duì)比分析，但是對(duì)于特殊過程僅從材料上考慮，這往往也帶來些問題。

某一產(chǎn)品安裝在安裝托架上進(jìn)行的試驗(yàn)，產(chǎn)品表面采用鋅黃環(huán)氧底漆H06-2/環(huán)氧硝基H04-80的配套漆層。濕熱試驗(yàn)后，產(chǎn)品四周漆層良好，但是底面膜層出現(xiàn)隆起、鼓泡。經(jīng)過驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過程中，冷凝水流入產(chǎn)品與安裝托架的安裝間隙，不能及時(shí)排出，使產(chǎn)品下蓋板的漆膜長時(shí)間浸泡在濕熱冷凝水中，并處于高低溫交變循環(huán)的濕熱試驗(yàn)狀態(tài)，加大了漆膜在濕熱試驗(yàn)中的嚴(yán)酷度，導(dǎo)致漆膜膨脹，膜層分子單元間隙增大。水分子通過膜層分子單元間隙不斷浸入漆膜中間，隨著滲透水量的增加以及深度的增加，滲透至漆層薄弱處，開始橫向剝離，使漆膜隆起、鼓泡，最終誘發(fā)此類故障。

對(duì)比以往產(chǎn)品思考，以往同樣類似產(chǎn)品未出現(xiàn)問題，從結(jié)構(gòu)上講，安裝托架設(shè)計(jì)不同，托架與產(chǎn)品地面接觸面處掏空部位多，每個(gè)橫梁截面小，不容易形成大面積結(jié)構(gòu)，不容易積水?？磥?，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是特殊過程處理應(yīng)該考慮的方面。

3.6 采用更完善的工藝處理

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)度、熱、降額設(shè)計(jì)等等通常進(jìn)行余量考慮，其實(shí)在特殊過程中也應(yīng)該進(jìn)行考慮。如設(shè)備底面膜層隆起、鼓泡現(xiàn)象，從另一個(gè)側(cè)面也反映了在濕熱試驗(yàn)條件發(fā)生更嚴(yán)酷的變化后，膜層質(zhì)量不能達(dá)到改變后的試驗(yàn)條件要求，設(shè)計(jì)余量小，進(jìn)行工藝方法更改。使用性能更優(yōu)的的表面處理，由鋅黃環(huán)氧底漆H06-2/黑色環(huán)氧硝基H04-80的配套漆層改變?yōu)殇\黃丙烯酸底漆TB06-6/黑色氟聚氨酯無光漆TS96-71。同樣，對(duì)比導(dǎo)電氧化處理，又增加了涂覆保護(hù)劑增加防護(hù)性能。

4 結(jié)論

特殊過程確認(rèn)一般基于“穩(wěn)定流程生產(chǎn)，穩(wěn)定合格產(chǎn)品”的原則，其目的為了杜絕“事后返工”，為了保證電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)特殊過程就應(yīng)有一定的考慮，對(duì)特殊過程的確認(rèn)應(yīng)該進(jìn)行完整的辨識(shí)和驗(yàn)證，對(duì)過程控制控制到位，對(duì)工藝方法進(jìn)行充分分析和確定，最終保證滿足產(chǎn)品的質(zhì)量特殊性要求。