濕熱試驗后銘牌表面“麻點” 原因分析及對策

劉偉， 舒?zhèn)グl(fā)， 朱海青， 黃昭富， 鄒亞軍， 朱君強

（1.空軍裝備部駐南京地區(qū)第二軍事代表室， 江蘇 南京 211106；2.中國航天科工集團八五一一研究所， 江蘇 南京 211106）

0 引言

許多電子產(chǎn)品如天線表面都貼有銘牌， 銘牌是識別產(chǎn)品特性的重要依據(jù)， 也給產(chǎn)品使用、 維修和更換帶來了很多方便。 但銘牌必須有足夠的環(huán)境適應(yīng)能力， 例如： 耐潮濕、 溫度交變、 鹽霧和霉菌等。 為了提高銘牌的環(huán)境適應(yīng)能力， 需要對銘牌表面進行“三防” （ 防濕熱、 防霉菌和防鹽霧） 處理， 通常是在其表面涂覆三防漆[1]。

濕熱環(huán)境是引起產(chǎn)品失效的常見環(huán)境之一[2]。美軍在二戰(zhàn)期間運到亞洲參戰(zhàn)的機載電子設(shè)備，其失效原因多為亞洲熱帶多雨的潮濕環(huán)境[3]。 濕熱環(huán)境對裝備的影響大部分是溫度和濕度綜合作用的結(jié)果。 溫濕度的變化會使裝備及其材料內(nèi)部或表面出現(xiàn)凝露、 吸附、 吸收和擴散等物理現(xiàn)象，從而導(dǎo)致金屬氧化或電化學(xué)腐蝕、 加速化學(xué)反應(yīng)等表面效應(yīng)； 會引起材料吸潮膨脹、 物理強度降低和電氣絕緣性能降低等材料性質(zhì)改變； 會產(chǎn)生凝露和游離水從而引起電氣短路、 熱傳導(dǎo)特性變化等[4]。

某產(chǎn)品的電子機箱上貼有銘牌， 但濕熱試驗后， 銘牌表面的三防漆膜出現(xiàn)麻點現(xiàn)象， 鑒定實驗判定不合格， 用戶要求歸零處理。 仔細(xì)分析并找出了導(dǎo)致三防漆膜出現(xiàn)麻點的原因， 并針對該原因采取了相應(yīng)的措施， 以期為三防鑒定試驗方面的經(jīng)驗起到一定的借鑒作用。

1 問題概述

對某電子設(shè)備機箱進行濕熱試驗[5-7]， 濕熱試驗條件如表1 所示， 試驗后銘牌表面的三防漆膜外觀如圖1 所示。 從圖1 中可知， 濕熱試驗后，三防漆膜出現(xiàn)麻點。 本次共有4 個銘牌做濕熱試驗， 濕熱試驗后全部出現(xiàn)麻點， 呈現(xiàn)批次性的質(zhì)量問題， 所以出現(xiàn)麻點可能是某一個原因造成的，而不是偶發(fā)現(xiàn)象。

圖1 銘牌濕熱試驗后表面出現(xiàn)麻點圖

2 故障樹

銘牌表面三防漆膜在濕熱試驗后出現(xiàn)麻點起泡的故障樹， 如圖2 所示。

圖2 銘牌出現(xiàn)麻點故障樹

3 確定要因

根據(jù)上述故障樹， 對圖2 中的各種原因進行逐一分析。

3.1 A1 問題——銘牌問題

該銘牌的制作采用化學(xué)腐蝕的方法， 采用該方法加工的銘牌如圖3 所示， 從圖3 中可以看出，該銘牌表面均勻一致。 因此， 可以排除銘牌制作問題。

圖3 機箱銘牌實物圖

表1 濕熱試驗條件

3.2 A2 問題——三防涂覆問題

對三防涂覆問題進行排查， 三防涂覆問題又分為設(shè)備故障問題、 工藝不符合要求問題、 操作環(huán)境不符合要求問題、 三防清漆問題和操作問題。

3.2.1 B1事件——設(shè)備故障問題

三防涂覆過程中預(yù)去濕及干燥過程中需要用到烘箱， 檢查烘箱的維護保養(yǎng)記錄， 發(fā)現(xiàn)所有的設(shè)備均在有效期內(nèi)， 并且能正常工作， 滿足涂覆過程中預(yù)去濕及干燥的工藝要求， 因此可以排除設(shè)備故障問題。

3.2.2 B2事件——工藝不符合要求

三防工藝參照QJ 3259-2005 《航天電子產(chǎn)品防護涂敷技術(shù)要求》 的相關(guān)要求， 截止目前該工藝已使用10 余年， 并在所內(nèi)產(chǎn)品上使用。 三防噴涂作為一個特殊過程， 按照程序文件定期（每兩年一次） 對特殊過程進行確認(rèn)， 并形成《特殊過程確認(rèn)報告》。 因此， 可以排除三防涂敷工藝問題。

3.2.3 B3事件——操作環(huán)境問題

查特殊過程記錄卡， 三防涂敷環(huán)境溫度為26.1 ℃， 相對濕度為48.1%。 三防涂敷操作間符合操作環(huán)境要求， 符合QJ 3259-2005 《航天電子產(chǎn)品防護涂敷技術(shù)要求》 的相關(guān)要求， 因此可排除操作環(huán)境問題。

3.2.4 B4事件——三防漆問題

復(fù)查三防漆的有效期， 發(fā)現(xiàn)其均在有效期內(nèi)，并且該產(chǎn)品的三防漆運用在所內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品上，未出現(xiàn)類似問題， 所以“三防漆問題” 不是造成濕熱試驗后銘牌表面出現(xiàn)麻點的主因。

3.2.5 B5事件——操作問題

復(fù)查了故障銘牌的刷涂特殊過程記錄卡， 從圖2 的特殊過程記錄卡中可以看出， 該銘牌刷涂2遍三防漆， 第一遍涂覆靜置后， 放入烘箱中， 在50 ℃溫度下烘烤4 h， 但所內(nèi)的工藝文件對此的要求是： “結(jié)構(gòu)件在烘箱內(nèi)50 ℃狀態(tài)下烘干保溫16 h 以上（不間斷） 才能進行二次涂敷”， 如圖4所示。 顯然故障銘牌刷涂第一遍的烘干時間不符合標(biāo)準(zhǔn)要求， 因此， 不排除三防涂覆操作問題。

圖4 某結(jié)構(gòu)件的烘干時間要求

3.3 A3 事件——環(huán)境試驗問題

銘牌濕熱試驗隨機箱一起在中國航空綜合技術(shù)研究所進行， 不存在人員、 設(shè)備及計量方面的問題， 因此可排除環(huán)境試驗問題。

4 機理分析

4.1 失效銘牌表面微觀形貌分析

采用注射器針頭從銘牌側(cè)邊刮挑聚氨酯清漆膜， 當(dāng)去除側(cè)邊清漆膜后， 清漆和底漆之間出現(xiàn)分層， 并且邊緣區(qū)域的發(fā)白現(xiàn)象變嚴(yán)重， 如圖5所示。 隨著針頭的刺入， 清漆分層越來越明顯，部分區(qū)域黑色底漆被帶起， 如圖6 所示。 進一步向里層刮挑， 當(dāng)清漆與底層分層后， 分層區(qū)域整體發(fā)白； 同時分層區(qū)域清漆帶起部分底漆， 另外可發(fā)現(xiàn)部分清漆粘附于底漆之上， 未能刮挑起來，如圖7-8 所示， 由此可以判定失效銘牌表面的麻點是該區(qū)域清漆膜和銘牌底漆存在細(xì)微分離導(dǎo)致泛白現(xiàn)象， 在銘牌上呈麻點狀。

圖5 去除側(cè)邊清漆后的局部照片

圖6 刮挑清漆后的局部照片

圖7 刮挑清漆后的局部照片

圖8 刮挑清漆后的局部照片

4.2 失效銘牌截面微觀形貌分析

對樣品進行固化切片處理， 利用金相顯微鏡對拋光后的樣品進行顯微檢查。 典型結(jié)果如圖9所示， 從圖9 中可以看出， 出現(xiàn)麻點的銘牌表面清漆膜和底漆之間存在較寬的相界面， 且界面處凹陷。 為了進一步確定清漆和底漆之間的界面情況， 對固化切片的樣品， 利用SEM 進行顯微檢查，典型結(jié)果如圖10 所示。 銘牌清漆膜和底漆之間的界面較寬， 是由于清漆膜和底漆之間存在的細(xì)微分層， 表明銘牌濕熱試驗后出現(xiàn)麻點的原因是三防清漆膜在銘牌表面出現(xiàn)了起泡現(xiàn)象， 這與表面微觀形貌分析結(jié)果是一致的。

圖9 金相顯微照片

圖10 銘牌表面SEM 顯微照片

4.3 失效銘牌出現(xiàn)麻點原因分析

從故障樹分析中可知， 三防清漆第一遍刷涂后烘烤時間不對， 可能是造成故障的原因。 在刷涂第一遍三防清漆后， 在50 ℃下烘烤4 h 后， 由于清漆與銘牌底漆不匹配， 烘烤時間不夠， 清漆膜不能固化徹底， 導(dǎo)致清漆膜與銘牌表面的附著力不好； 刷涂第二遍后， 清漆內(nèi)的稀釋劑會滲透到銘牌表面的清漆膜內(nèi)， 發(fā)生“溶脹”， 加劇破壞了清漆膜在銘牌表面的附著力， 在濕熱試驗時的升溫階段和降溫階段， 水分子在起泡區(qū)域積聚，使三防漆膜與銘牌底漆間出現(xiàn)起泡現(xiàn)象， 三防漆膜與銘牌底漆分層， 銘牌表面出現(xiàn)起泡進而出現(xiàn)麻點， 符合失效銘牌表面微觀形貌與截面微觀形貌的分析結(jié)果。

為了驗證上述結(jié)論的正確性， 重復(fù)該試驗，即刷涂第一遍三防清漆后， 即在50 ℃條件下烘烤4 h 后再刷涂第二遍再進行濕熱試驗， 銘牌表面出現(xiàn)了麻點現(xiàn)象， 故障復(fù)現(xiàn)， 如圖11 所示。

圖11 烘烤4 h 后再刷涂第二遍后的圖片

5 對策及試驗驗證

按照工藝要求， 涂覆第一遍后烘烤16 h 再刷涂第二遍， 待干燥后進行濕熱試驗摸底， 試驗后銘牌表面如圖12 所示， 從圖12 中可以看出， 濕熱試驗后銘牌表面沒有出現(xiàn)麻點現(xiàn)象。 這是因為刷涂第一遍后烘烤了16 h， 清漆膜在銘牌表面固化徹底； 當(dāng)刷涂第二遍時， 清漆內(nèi)的稀釋劑不足以破壞第一遍刷涂的清漆膜在銘牌表面的附著力，所以涂覆第一遍后烘烤16 h 再刷涂第二遍， 濕熱試驗后， 沒有出現(xiàn)起泡進而出現(xiàn)麻點現(xiàn)象。

圖12 烘烤16 h 后再刷涂第二遍后的銘牌表面濕熱試驗后照片

6 結(jié)束語

從失效銘牌表面和截面微觀形貌分析結(jié)果可知， 銘牌表面出現(xiàn)麻點實際上是三防清漆膜在銘牌表面出現(xiàn)了起泡現(xiàn)象。

由于三防清漆與銘牌底漆不匹配， 且在刷涂第一遍三防清漆后， 在50 ℃條件下烘烤4 h 后，由于清漆固化沒有反應(yīng)完全， 當(dāng)刷涂第二遍后，清漆內(nèi)的稀釋劑會滲透到銘牌表面的清漆膜內(nèi)，發(fā)生“溶脹”， 破壞了清漆膜在銘牌表面附著力，造成銘牌濕熱試驗后出現(xiàn)麻點。