海洋大氣環(huán)境電子設(shè)備腐蝕控制技術(shù)研究

李猛

摘 要：電子設(shè)備在海洋大氣等惡劣環(huán)境下容易出現(xiàn)腐蝕等問題，導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)故障，嚴(yán)重者會出現(xiàn)設(shè)備癱瘓等現(xiàn)象。在充分認(rèn)識海洋大氣環(huán)境及腐蝕機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子設(shè)備結(jié)構(gòu)及腐蝕特點(diǎn)開展防腐蝕環(huán)境控制技術(shù)研究，能夠提升電子設(shè)備的工程防護(hù)能力。

關(guān)鍵詞：海洋大氣;電子設(shè)備;腐蝕;控制

我國幅員遼闊，海洋面積廣闊，對于電子設(shè)備來說，在海洋大氣環(huán)境下面臨嚴(yán)重的腐蝕問題。電子設(shè)備大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成性高，是現(xiàn)代化設(shè)備的重要組成部分。因此，開展電子設(shè)備腐蝕控制技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

1 海洋大氣環(huán)境腐蝕機(jī)理

海水蒸發(fā)會形成含有一定鹽分的大氣環(huán)境，即海洋大氣環(huán)境，其中鹽霧為最主要的特征。鹽霧由不同粒徑的氯離子、硫酸鹽離子、雜質(zhì)等成分組成，粒徑一般小于5 μm，具有擴(kuò)散距離遠(yuǎn)、分布范圍廣的特點(diǎn)[1]。鹽霧在飄散過程中，隨著水分的逐漸蒸發(fā)會形成液滴甚至干鹽粒。在我國沿海地區(qū)，地面以上三公里區(qū)域鹽霧濃度最大。

海洋大氣環(huán)境腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類，前者指的是金屬與其接觸到的物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕的現(xiàn)象;后者指的是金屬或者合金與電解質(zhì)溶液接觸時出現(xiàn)的原電池反應(yīng)，海洋大氣環(huán)境腐蝕多屬于電化學(xué)腐蝕的范疇。鹽霧中的氯離子是強(qiáng)電解質(zhì)，吸濕能力較強(qiáng)，可以吸附空氣中的水分并將其溶解在金屬表面，形成原動力微電池系統(tǒng)，從而使金屬發(fā)生腐蝕。研究顯示，鹽霧腐蝕與空氣濕度呈正相關(guān)的變化關(guān)系。當(dāng)空氣相對濕度超過70%時，金屬表面容易形成水膜，鹽霧腐蝕程度高。此外，鹽霧腐蝕與空氣溫度也呈現(xiàn)出正相關(guān)的變化關(guān)系，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，鹽霧粒徑變小、氯離子穿透能力增強(qiáng)。在環(huán)境溫度高于25℃、相對濕度大于65%情況下，鹽霧對金屬的腐蝕程度較強(qiáng)[2]。

2 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)及腐蝕特點(diǎn)

從總體結(jié)構(gòu)方面來看，電子設(shè)備使用電子元件較多，接點(diǎn)、焊點(diǎn)較多，防護(hù)難度大，容易出現(xiàn)腐蝕問題;電子設(shè)備元件多為導(dǎo)體、合金等材料，與鹽霧作用容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象;受散熱、維修等因素的制約，電子設(shè)備機(jī)箱設(shè)計難度大，鹽霧容易侵入其中，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

從設(shè)計制造工藝方面來看，電子設(shè)備工藝精密，實施腐蝕防護(hù)難度大，導(dǎo)致其耐腐蝕能力降低;電子設(shè)備接點(diǎn)較多，容易出現(xiàn)微小縫隙，在鹽霧腐蝕作用下容易產(chǎn)生縫隙;不同電子器件之間間隙較小，在海洋大氣環(huán)境下，不同器件之間容易形成微電流回路，出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕問題;電子設(shè)備連接件材質(zhì)多以銅、鋁等金屬為主，容易形成電偶腐蝕。

從工作運(yùn)行特點(diǎn)來看，電子設(shè)備線路多、位置分散，腐蝕控制難度大;器件眾多，難以實施統(tǒng)一腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備出現(xiàn)故障概率大。

3 防腐控制技術(shù)

從材料與結(jié)構(gòu)方面來看。在設(shè)備基材的使用上，選擇具有較好腐蝕防護(hù)能力的材料。綜合考慮電子設(shè)備的生產(chǎn)工藝、性能等特點(diǎn)，選擇適合機(jī)箱、線路、殼體的耐腐蝕材料。采用封閉、正壓設(shè)計，阻止鹽霧進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，避免鹽霧腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。

從部件與線路方面來看。優(yōu)先選擇防鹽霧、耐腐蝕的部件。采用浸涂法，該方法附著力好，不影響器件的工作性能，對鹽霧以及水蒸氣等具有較好的隔絕性能，阻止其進(jìn)入部件內(nèi)部。確保焊點(diǎn)、焊縫平滑無縫隙，螺接面緊密平整，不同連接體連接前進(jìn)行表面處理。外部電氣插頭采用密封膠等進(jìn)行密封處理，防止鹽霧、水蒸氣進(jìn)入插頭。長線路建議選用密閉、耐腐蝕的電纜，兩端進(jìn)行密封處理;短線路使用具有防護(hù)功能的塑料套管、漆包線等材料進(jìn)行密封。

從結(jié)構(gòu)材料表面防腐方面來看。設(shè)備箱體等結(jié)構(gòu)噴涂耐腐蝕材料涂層，降低鹽霧等氣體與金屬結(jié)構(gòu)直接接觸的概率。

從防腐介質(zhì)方面來看。應(yīng)用防銹油、吸濕干燥劑以及氣相緩蝕劑等防腐介質(zhì)對局部空間內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，氣相緩蝕劑在常溫下能夠緩慢釋放出保護(hù)性氣體，進(jìn)行減少鹽霧等氣體的腐蝕。

4 防腐環(huán)境控制技術(shù)

對于電子設(shè)備來說，最有效可靠的腐蝕保護(hù)技術(shù)是利用降溫、除濕等措施將電子設(shè)備置于低腐蝕甚至無腐蝕的環(huán)境中。常見的防腐環(huán)境控制技術(shù)包括溫濕度環(huán)境控制技術(shù)、分離除鹽技術(shù)、鹽霧過濾器技術(shù)等。

第一，溫濕度環(huán)境控制技術(shù)。從前文海洋大氣環(huán)境腐蝕機(jī)理部分的論述可以知道，高溫度、高濕度環(huán)境下電子設(shè)備腐蝕速度加快，比如溫度每提升10℃，腐蝕速度提升近2倍。基于腐蝕機(jī)理分析，可以利用降溫、除濕等環(huán)境控制技術(shù)降低金屬與氯離子的化學(xué)反應(yīng)速度，現(xiàn)階段常將溫度控制在20℃～25℃之間，相對濕度控制在45%～55%之間[3]。

第二，分離除鹽技術(shù)。常見的分離除鹽技術(shù)包括霧化噴淋除鹽技術(shù)、超重力分離除鹽技術(shù)以及離心力分離除鹽技術(shù)等。其中霧化噴淋除鹽技術(shù)的原理是應(yīng)用專用設(shè)備得到霧化的微小水滴，霧化小水滴與氯離子碰撞、聚集后形成較大的水滴并沉降于水池中。超重力分離除鹽技術(shù)指的是鹽霧等潮濕性氣體在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的超重力環(huán)境下，鹽霧顆粒能夠被有效的捕捉到，在排出時實現(xiàn)水、氣分離。這種方式具有較高的除鹽效率，綜合去除率高達(dá)99%。離心力分離除鹽技術(shù)指的是利用旋風(fēng)分離器將較重的鹽霧顆粒分離出來。超重力分離除鹽技術(shù)對于粒徑在3 μm～5 μm的氯離子有較好的分離效果。上述常見的三種分離除鹽技術(shù)均涉及較多的系統(tǒng)設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)效益性較差。

第三，鹽霧過濾器技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用玻璃纖維濾紙濾網(wǎng)等將氯離子捕捉到濾網(wǎng)上，適用于船舶設(shè)備工作艙、地面各種廠房等區(qū)域，具有運(yùn)行阻力低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，對于防護(hù)要求較高的電子設(shè)備有著較好的適用性。研究顯示，過濾器的過濾效率與鹽霧粒徑相關(guān)，鹽霧粒徑越大，過濾器過濾效率越高。需要注意的是，風(fēng)壓與過濾效率呈正相關(guān)關(guān)系，為保證過濾網(wǎng)的安全，使用中不能單純追求過濾效率。此外，為了避免過濾器纖維被鹽霧顆粒溶解，設(shè)計時優(yōu)先選用抗水型玻璃纖維濾紙。

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其腐蝕防護(hù)與控制具有較大的難度。在實際操作中，注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計階段盡可能的規(guī)避腐蝕問題。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，在充分考慮構(gòu)件布局、性能的前提下，通過設(shè)計坡角等方式增加導(dǎo)水槽，避免水分的積存。加大結(jié)構(gòu)密封性的設(shè)計，避免機(jī)箱內(nèi)部構(gòu)件與外部鹽霧等潮濕性氣體的接觸，減少器件的腐蝕程度。合理選擇耐腐蝕材料，如對腐蝕不敏感的金屬材料等。通過電鍍、化學(xué)鍍等方式在金屬表面形成化學(xué)穩(wěn)定性的金屬，比如鍍鎳、 鍍鋅等，或者通過噴涂油漆、涂料等方式，將外部潮濕環(huán)境與金屬表面相互隔離。科學(xué)應(yīng)用聚氨酯清漆等“三防”涂料對電子設(shè)備進(jìn)行涂層處理，使其具備防潮、防鹽霧的能力。

5 結(jié)束語

海洋大氣環(huán)境對電子設(shè)備有著較強(qiáng)的腐蝕影響，采用合理的預(yù)防控制措施能夠最大程度上減少鹽霧等潮濕性氣體的影響。一方面需要充分認(rèn)識到海洋大氣環(huán)境腐蝕機(jī)理，另一方面要結(jié)合電子設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)、防護(hù)需求，科學(xué)設(shè)計并實施具體的防護(hù)技術(shù)、措施。電子設(shè)備的腐蝕防護(hù)應(yīng)該貫穿電子設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、使用的全周期，在設(shè)計階段注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，在生產(chǎn)加工階段加強(qiáng)工藝管控，在使用階段嚴(yán)格控制環(huán)境溫度、濕度，加大設(shè)備維護(hù)的力度，切實提升電子設(shè)備的腐蝕防護(hù)能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳俊航，白子恒，薛偉，等.304不銹鋼在青島污染海洋大氣環(huán)境中的腐蝕壽命預(yù)測模型[J].材料保護(hù)，2019，491（12）：55-62.