淺析儀器儀表機箱三防設計技術

王美靜

摘要：儀器儀表的使用環境復雜多樣。我國南方和沿海地區使用的儀器儀表，既要保證長期無故障工作，又要經得起濕熱、鹽霧等惡劣環境的考驗，因此進行三防設計是不可缺少的技術措施。所謂三防設計，是指防潮、防霉、防鹽霧的設計。據相關統計，超過50%的機器故障是由三防設計不當或三防技術不成熟造成的。但在南海的環境條件下，電子設備80%的故障與整個設備所處的環境因素有關。

關鍵詞：三防設計;機箱;海洋環境

一、合理的選擇機箱材料

儀器儀表的“三防”能力，主要取決于機箱結構材料本身的性質。因此，正確、合理地選用機箱材料，是開展“三防”設計的基礎。對于直接暴露在海洋環境中的儀器儀表，應該選用耐蝕性較好的材料，例如耐蝕鋼、不銹鋼、防銹鋁等材料。在日常機械結構設計中，許多設計人員經常選用硬鋁材料，但研究表明，鋁和鋁合金材料的耐蝕性能依次為：純鋁>防銹鋁>鍛鋁>壓鑄鋁>硬鋁，由此可見，常用的硬鋁材料的耐蝕性最差，特別是耐海洋大氣腐蝕的性能更差。因此，在設計時應盡量選用LF系列防銹鋁或者6063鋁合金。如因特殊原因不得不采用耐蝕性較差的材料時，應對材料采用陽極氧化結合涂覆的措施，進行加強防護的設計。即便是對于采用不銹鋼和防銹鋁的情況，也應當盡可能增加有機涂層，減少金屬或鍍層的裸露。對于應用于海洋環境、需嚴格控制成本的一般類型的儀器儀表，通常采用價格低廉、制造方便的低碳鋼和普通低合金鋼，并輔之涂料和陰極保護措施。對強度要求高時，可采用低合金高強度鋼。對于可能會遭受海水或雨水飛濺的部位，可采用特種涂料或金屬噴涂層進行保護。對于環境腐蝕條件比較苛刻、普通鋼鐵材料難以滿足防腐蝕要求、材料用量又不是很大的情況，可選用高耐蝕性材料，如不銹鋼06Cr17Ni12Mo2（316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）、022Cr17Ni12Mo2N（316LN），但使用不銹材料時一般還應進行鈍化處理。

選用材料時，機箱設計人員還應熟悉材料的腐蝕機理和相溶性，防止材料間相互作用引起腐蝕和老化。材料選擇的基本原則是：對于直接暴露在自然環境中或受自然環境直接作用的兩種不同金屬，其接觸電位差不應大于0.25V;對于不直接暴露在自然環境中的兩種不同金屬，其接觸電位差不應大于0.5V，如果所選用材料不能滿足電位差要求，還需要對接觸面采取保護措施。

二、防腐蝕結構設計

為防止儀器腐蝕，在產品設計階段就應當進行合理的防腐蝕結構設計。防腐蝕結構設計通常采用密封結構、優化設計、表面涂覆等手段。

1.密封結構的設計。實踐證明，在儀器儀表的機箱、機柜的結構設計中，優先采用密封方式是防止潮濕、鹽霧、霉菌長期影響的最有效方法。密封，就是將電子設備的部件、零件、元器件或一些復雜的裝置，甚至整機安裝在不透氣的密封盒內，使之和外界隔絕。在機箱機構設計中，凡是允許和能夠實現密封的地方，采用密封技術是一種使儀器儀表適應惡劣環境的理想方法。密封結構可以分為不可拆卸密封和可拆卸密封。對于需要經常修理、維護的設備，較多的采用可

拆卸密封結構設計。這種密封設計一般是在機箱接縫處設計有凹槽，在機箱裝配時采用導電彈性襯墊填在接縫的凹槽內，并用螺釘緊固，使其變形量為20%～30%，從而填滿接合處的漏縫，可同時達到水汽密封和連續導電的目的，這種方法對密閉小型設備尤其適合。在開展設計時應注意導電彈性襯墊的選材，既要滿足儀器儀表溫度使用環境的要求，又要滿足GJB150枟軍用裝備實驗室環境試驗方法枠標準中規定的霉菌試驗的要求。對于采用不可拆卸方式的密封，應在螺紋連接、鉚接和焊接等結合面的縫隙處，以及斷續焊、點焊等的焊縫周邊涂敷HM-108或XM-2811密封膠進行密封，使水和潮氣無法進入機箱內。

2.優化結構設計。在儀器儀表機箱的結構設計中，通過優化結構設計也可有效提高防腐蝕能力。在機箱設計時，應注意以下幾點：（1）由于機箱零部件的棱角或邊沿部分在涂覆時，其涂層一般相對較薄，容易出現針孔等缺陷，使潮氣、鹽霧易于滲入，從而引起腐蝕。因此對機箱零部件的棱角或邊沿，應盡量設計成圓角。另外，還可以采用提高機床加工精度和零件表面光潔度，減少機箱表面的凹凸不平等方法，來提高零部件的抗腐蝕性。（2）在機箱結構設計時，應避免形成積水結構，如焊接結構應采用連續焊縫設計，盡可能消除縫隙和凹坑結構，防止積水、灰塵和鹽霧。（3）優選鈑金結構或整體成型的結構形式，避免采用點焊、鉚接、螺紋緊固等結構形式，以避免縫隙的形成。（4）在可能積水和留存濕氣的空間應開設排水孔和排氣孔。有發熱元件的密閉設備，必須要考慮安裝防水透氣閥來完成設備的防水透氣設計，避免采用氣密式設計。

三、表面鍍涂處理工藝

表面鍍涂處理就是通過鍍覆或涂裝的方法在設備及其零件表面覆蓋一層涂層，使之與周圍介質隔離開來，從而達到防護的目的。為了保證零件的防護能力，通常多采用鍍層和涂層雙重保護。對于采用鋼、銅、鋁等不同材料的結構件，應選用不同的處理工藝。

1.對于鋼制件，防止海洋環境腐蝕最常用的方法就是表面采用涂防護漆涂層保護。在加工過程中，可按照以下原則選擇防護漆：a）底漆，可選擇環氧富鋅防銹漆，厚度（60～80）μm;b）中間漆，可選擇環氧云鐵中層漆，厚度（120～140）μm;c）面漆，可選擇芳香族聚氨酯面漆，厚度（80～100）μm。

2.銅制結構件通常采用表面氧化處理，形成的氧化膜硬度和耐蝕性均高于金屬本身。對于銅導電制件，表面鍍覆應首選鍍銀，其次為鎳和鉻。如果經濟條件允許的情況下，應保證銀鍍層達到（8～12）μm，再對其噴涂1%（0.01g/ml）DJB-823固體薄膜保護劑，這樣就可以通過惡劣環境下的三防試驗。

3.對于鋁制結構件，當表面處理時對有導電需求的應選用化學導電氧化的方法，即在鋁表面形成一層極薄且致密可導電的氧化膜，從而大大提高鋁及其合金的耐蝕性和耐磨性;無導電需求的，可選用陽極氧化處理，即在鋁表面生成一層較厚不導電的氧化膜，并可著多種色彩。

4.對于連接件、緊固件等，應采用熱滲鋅或達克羅等工藝處理的方式。采用達克羅工藝比熱滲鋅工藝的防護效果要好，但存在表面硬度差的缺點。緊固件所配套使用的彈性墊圈也可以采用熱滲鋅處理。如果需要考慮經濟性，降低成本，可考慮對尺寸M5以內（含）的螺栓、螺釘件采用不銹鋼材料，M5以上的連接件采用滲鋅處理的方式。

5.對電氣接插件類零件，可在兩金屬接觸面涂覆具有良好三防性能、電性能及潤滑性能的DJB-823固體薄膜保護劑，這樣既可保證導電的需要，又能防止潮氣或鹽霧的入侵。

6.在進行任何涂覆之前，所有表面部位都應預先清除污垢、焊劑、可見銹跡、油脂、砂粒、氧化皮和氧化物以及其它污物，以防止它們影響表面處理層、底鍍層或終端層的附著力。

總之，儀器儀表機箱的三防設計，是確保儀器儀表三防性能和系統功能的重要基礎，也是工程研制過程中的一個難點。在多種不同儀器儀表設備的結構設計中，利用所述三防設計技術及方法，提高了所設計產品的環境適應性和可靠性，成功通過了各種三防試驗，產品的三防性能滿足了用戶使用要求。

參考文獻：

[1]李寧.淺談電子設備的三防設計.2019.

[2]范廣宴.關于儀器儀表機箱三防設計技術.2020.