野外電子設(shè)備“三防”結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計

陸玉姣

（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計研究院，四川 重慶 400039）

0 引言

野外電子設(shè)備通常用于車載、艦載或者固定塔臺等野外環(huán)境中，其服役的環(huán)境一般具有高溫、高濕、高鹽霧（“三高”）等特點，電子設(shè)備的許多性能的改變與環(huán)境因素有直接的關(guān)系，比如導(dǎo)電性、磁導(dǎo)通、電磁屏蔽性能；電子設(shè)備故障中有80%與環(huán)境因素有關(guān)[1]。分析電子設(shè)備的發(fā)展趨勢，越來越多的電子設(shè)備要求能全天候高可靠性的在各種惡劣環(huán)境下使用。因此，“三防(防潮濕、防霉菌、防鹽霧)”設(shè)計對于野外使用電子設(shè)備是至關(guān)重要的。

1 “三高”環(huán)境對野外電子設(shè)備的影響

1.1 濕度、溫度的影響

當(dāng)金屬暴露在室外遭到大氣沉降物（雨、雪、霧、露、融化的霜和冰等）的直接降落、周期浸水以及由于空氣中水分的凝結(jié)等原因，其表面易形成約1μm～1m m厚的可見水膜（電解液膜）；另外，由于金屬表面對水分子的吸附作用，金屬表面上吸水性化合物的吸濕作用以及金屬表面的窄縫、孔隙、固體顆粒之間的縫隙等所起的毛細(xì)作用，使得水蒸氣聚集在金屬表面形成水氣膜，厚度為2～40水分子層。這些水膜都會導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕的發(fā)生[2]。圖1為腐蝕速度與金屬表面水膜層厚度的關(guān)系圖，從圖中可以看出區(qū)域Ⅱ和區(qū)域Ⅲ是腐蝕速度最快的區(qū)域，可以看出空氣濕度對金屬的腐蝕速度有很大影響。

1.2 霉菌的影響

霉菌的影響體現(xiàn)在兩個方面。一方面它能吸取和分解有機(jī)材料中的某些成分作為養(yǎng)料，破壞材料結(jié)構(gòu)、降低材料性能；另一方面有些霉菌通過代謝分泌出來某些有機(jī)酸，例如碳酸、草酸、醋酸等，這些有機(jī)酸都會對金屬產(chǎn)生腐蝕作用。

1.3 鹽霧的影響

鹽霧由含鹽的特別細(xì)小的液滴組成，它處于一種霧化狀態(tài)。大氣中的鹽霧主要來自海上和內(nèi)陸鹽堿湖等。鹽霧中含有大量的氯化鈉，對金屬有很強(qiáng)的腐蝕作用。附著在絕緣物質(zhì)表面，會大大降低其表面電阻，如果被絕緣體吸收，則會降低絕緣體本身的電阻。

2 “三防”設(shè)計與工藝

2.1 正確選用材料

正確、合理地選用材料是“三防”設(shè)計的基礎(chǔ)。材料的“三防”能力主要取決于材料本身的性質(zhì)，在不能滿足防護(hù)要求時則必須對材料表面實施鍍涂保護(hù)。對于直接暴露在大氣中的零件，應(yīng)該選用耐蝕鋼、不銹鋼、鋁合金等材料。

選用材料時，必須清楚材料的腐蝕機(jī)理和相容性，避免出現(xiàn)危險性大的腐蝕形式，防止材料間相互作用引起腐蝕和老化。金、鉻、鎳、鈦及鈦合金、鋁合金、銅合金和不銹鋼等都有好的耐腐蝕性。從經(jīng)濟(jì)性考慮，一般選用鋁合金、不銹鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼等。有更高要求可采用鍍覆金屬層和涂覆非金屬層聯(lián)合保護(hù)。

2.2 “三防”結(jié)構(gòu)設(shè)計

“三防”結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

1）設(shè)備結(jié)構(gòu)外形應(yīng)盡可能簡單。

2）避免溝槽等易積水和冷凝液結(jié)構(gòu)。

3）結(jié)構(gòu)縫隙是無法全部避免情況下，采用人為密封方式進(jìn)行處理。例如，采用刮膩子、噴涂底漆、涂抹密封膠等手段。

4）避免結(jié)構(gòu)棱角過于尖銳，如果零件形狀發(fā)生改變時，保證足夠圓角過渡。

5）產(chǎn)品應(yīng)做好密封，如果考慮通風(fēng)或者無法做到全密封，對設(shè)備要應(yīng)采取排水措施，排水孔應(yīng)不小于直徑6mm。

6）電路板在設(shè)計時應(yīng)盡可能考慮垂直放置，如果因為結(jié)構(gòu)空間原因必須水平放置時，應(yīng)提高母板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免形成積水面。

7）不同金屬接觸時，控制電位差不大于0.5V[4]。

8）對于密封和通風(fēng)都有很高要求的設(shè)備，應(yīng)該將散熱通風(fēng)孔布置在設(shè)備底部，禁止布置在頂部，如果布置于側(cè)面可通過外加擋雨檐等方式處理。

2.3 “三防”工藝

通過材料改性和表面鍍涂使得設(shè)備的“三防”性能進(jìn)一步提升。

對金屬材料進(jìn)行冷、熱加工和熱處理工藝等改性處理，可改善材料內(nèi)部組織、消除應(yīng)力從而提高材料的耐蝕性能。另外，對于焊接件，可通過合理選擇焊接工裝、參數(shù)、次序等工藝措施來減小焊接應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)形變，減少殘余應(yīng)力造成的晶間腐蝕。

通過材料表面鍍涂可以在設(shè)備及其零件表面生成一層金屬鍍層或非金屬涂層，達(dá)到與周圍介質(zhì)隔離的目的，從而起到了防護(hù)作用。

“三防”鍍涂工藝應(yīng)遵循以下原則：

1)鍍涂層適用條件必須與設(shè)備使用環(huán)境條件相適應(yīng)，因為各類鍍涂層都有允許的使用條件和范圍。

2)不同鍍涂層之間要相容。

3)零件和設(shè)備的表面光潔度要滿足鍍涂工藝要求。

4)盡可能選用成熟的鍍涂工藝，如采用新工藝，必須進(jìn)行充分的試驗驗證。

3 應(yīng)用舉例

圖2所示為一款某型號電子設(shè)備的控制系統(tǒng)機(jī)箱。機(jī)箱的表面整體采用酸洗、磷化、靜電噴涂戶外塑粉達(dá)到防潮、防鹽霧的效果，內(nèi)部的PCB電路板均噴有“三防”漆。

各個箱門與箱體體之間全部裝有密封墊，通過彈簧鎖關(guān)閉箱門是壓緊密封墊，從而避免積水，消除縫隙。萬一有雨水浸入，通過排水槽也可以將雨水導(dǎo)出。上翻小門開啟，方便操作面板操作；小門關(guān)閉時，同樣通過壓緊密封墊實現(xiàn)密封。另外，防雨檐可以起到雙重保護(hù)的作用。

將電連接器布置在機(jī)箱底部，利于防水、防潮，連接器選用自身防水等級較高的，進(jìn)一步提高防水、防潮效果。

4 結(jié)束語

目前，對野外設(shè)備的可靠性要求越來越高，而設(shè)備的“三防”性能直接決定著設(shè)備可靠性的高低。因此，不斷提高野外電子設(shè)備的“三防”性能，是今后野外電子設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)單位及相關(guān)人員關(guān)注的重要課題。與“三防”有關(guān)的新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，如何實現(xiàn)工程化也是一個函待解決的問題。

[1]范民，周廣宴.軍用電子設(shè)備整機(jī)三防技術(shù)研究[J].裝備環(huán)境工程，2009，6：72.

[2]邱成悌.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].東南大學(xué)出版社，2005：408.

[3]吳晗平.艦載電子設(shè)備可靠性與環(huán)境防護(hù)技術(shù)[J].環(huán)境作用機(jī)理與防護(hù)，2004，1：42.

[4]李國宏.電子設(shè)備三防設(shè)計的理論及應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2010，6：59.