飛機電子系統腐蝕淺析

【摘 要】腐蝕是航空工業一個很老的敵人，研究發現20%的電子設備失效的直接原因是腐蝕，其已成為電子設備失效的主要原因，即使很小的腐蝕也會造成設備的間歇性故障甚至是完全的失效，對飛機電子系統的腐蝕進行研究與分析對于保證飛機的持續適航具有重要的意義。

【關鍵詞】電子系統；腐蝕；設計；材料；兼容性；灰塵

0 概述

腐蝕是航空工業一個很老的敵人，隨著世界范圍內商用和私用機隊中大量飛機不斷進入老齡期，防腐成為確保飛機的持續適航的一個關鍵點。早期研究認為裸露金屬置于自然環境會導致一定形式的退化。基于這一事實，人們針對老齡飛機制定了許多不同的程序進行檢查以應對金屬疲勞和腐蝕所造成的影響。

圖1 電氣接地點通常會一起有幾種不同的金屬， 應該防止濕氣的侵入，注意螺桿上的綠漆

那么時間和外界環境對于電子設備又會有什么樣的影響呢？ 一個普遍的誤解認為“黑盒子”通常密封，因此不需要進行與飛機結構件相聯系的監控與評估。許多工程技術人員可能會比較熟悉飛機機體的腐蝕，但卻不一定同樣熟悉飛機電子系統的腐蝕。其實研究發現20%的電子設備失效的直接原因是腐蝕，其已成為電子設備失效的主要原因，即使很小的腐蝕也會造成設備的間歇性故障甚至是完全的失效，而這也正是電子系統腐蝕與飛機機體腐蝕的主要區別。對飛機電子系統的腐蝕進行研究與分析對于保證飛機的持續適航具有重要的意義。

1 腐蝕定義及其相關理論

要對飛機電子設備的腐蝕維護進行恰當的處理，我們首先必須透徹理解飛機電子/電氣系統的腐蝕控制的相關知識。這些知識包括電子設備中造成腐蝕的各種情況的定義及其描述。腐蝕為物質回到自然狀態的一個過程。針對這一過程的一個好的解釋就是物質在化學或電化學環境下的退化，通常一種物質會和它所處的環境之間發生反應，這種退化過程可能會相當復雜，要求我們在采取一定的措施之前應先作大量的調查研究。自然界中，一種腐蝕不會單獨發生，同時會有另外幾種腐蝕存在，設計及其維護因素會使得電子系統易于引起分子的退化，因而要求采取專門的措施。

腐蝕會造成飛機電子系統的間歇性故障，電子設備參數的未預期變化，甚至設備的完全失效，電子設備不能安裝、工作會在特別易受腐蝕的惡劣環境。一些形式的腐蝕甚至可能發生在近乎理想的自然環境中。作為一名電子技術人員，我們應該懂得，腐蝕從來就不會睡覺，其一旦開始，將會不停的侵蝕我們的設備。不徹底充分的預防及控制措施會最終影響設備的使用成本，停場時間及其整個系統的可靠性。

多數飛機的電子/電氣設備都會要求定期檢查其內部是否潮濕，有無腐蝕。如果發現不正常情況，則要求迅速采取適當的處理措施，這些措施包括清潔，拆卸，處理、表面防護層的應用，如有需要還應進行妥善的存儲。在清潔和拆裝過程中，維護人員應該始終注意動作的輕柔，避免對設備造成額外的損傷。

2 腐蝕影響因素

2.1 基本設計

在電子設備的發展過程中，需要作出許多的設計決斷及其妥協。大量的工程實踐要求電子設備的設計參數不僅要滿足性能、計劃成本的要求，而且還應符合可靠性及可維護性的要求。每一個電子設備都設計能耐受其預期的工作環境，然而一些設計的折中或者叫著妥協卻必須為設備提供其獨特的電子，機械及其熱參數要求。這些妥協就有可能使得設備易受腐蝕。特別是在其不工作期間。根據美國聯邦航空規章43部的咨詢通告AC 43-206，好的防腐設計應包括：

帶蓋的鞋盒型構型。使用這種構型，設備的入口在其頂部，鞋盒蓋子扣件的固定應從設備的側面而不應從其頂部固定。

限制設備室的開放口。為盡可能的減少濕氣的侵入，將滲入口的數量減少到最小，當確實需要時，應使用“O”型圈及密封墊圈進行密封，當有導線穿過時，應使用“L”型電子插頭且水平安裝（通過垂直邊） ，還應讓其正好位于艙室的底部。

電子插頭的正確安裝。電子插頭及其同軸線纜插頭應水平安裝（通過垂直邊）。當電子插頭、同軸線纜插頭安裝到設備的頂部時，在上邊應該有一個凸起區域以便安裝“L”型的插頭，線束中的導線應該包括一個滴水環，然后再讓導線通過插頭。

印刷電路板的正確安裝。印刷電路板（PCB）應該垂直安裝，同時其電氣連接部分也應該保持在一個垂直位。

低點排水孔。設備中應包括有低點排水孔，這樣就能使不管飛機處于正常的飛行狀態還是停放于地面濕氣都能從設備內排出。

消除濕氣存水彎。在設備的內部區域應避免濕氣存水彎或“浴缸”區域。 確定排出水份通過低點排水孔。避免帶防磨材料或護套的電子線束內存在濕氣存水彎。

空氣冷卻系統。空氣冷氣系統應該能對經過溫濕度調節的空氣具有除濕和消除顆粒物質的能力，這一點在空氣強迫通過活躍的電子原件時尤其重要。

正確的搭鐵和接地。 電氣的搭鐵及接地應使用專用接地帶或錐形釘。連接帶的位置應該易于維護并且經過適當的密封（以防相異金屬的結合）。

設備正確的安裝。電子設備安裝的位置應保持空氣充分流通，電子設備應保持至少高于設備艙底板1/2英寸。

2.2 材料選擇及其使用

材料正確的選擇對于保護電子設備免受外界環境的影響顯得很重要。許多種類的腐蝕不僅發生在電子設備中，同時也會發生在機體結構內。然而，電子設備中材料的選擇范圍通常會大于機體，因此有些腐蝕就只有電子系統才會發生。下面列舉了各種電子電氣設備的材料選擇：

銅及銅合金通常使用在電子系統中用作觸點、彈簧、插頭、導線、印刷電路板（PCB）、導體等。鐵及鋼多用作組件的連接導線，磁屏蔽、變壓器鐵芯、托架等通用硬件；鎂合金廣泛應用于電子系統，如作為天線構件，底座、支撐件及其框架（如雷達）等。鎳及錫鋼片用作保護涂層及其以材料兼容性目的的應用，錫同時也是焊料的一種。錫鋼片也用作射頻屏蔽，濾波及自動開關設備。銀用于波導管內銅上的保護電鍍層，微型及超微型電路板，儲能電路及其射頻屏蔽。鋁及鋁合金因其重量較輕廣泛應用于設備室，基座、安裝支架、支撐及其電氣插頭外殼等。鎘在亞鐵物上用作犧牲涂層，如螺桿、螺帽、墊片及其螺釘。鋁的離子蒸鍍（IVD）也可用作硬件的犧牲涂層且可以安全的更換鎘。金通常用在電子插頭、觸點、印刷板插頭座上，這些地方都要求很小的連接電阻。

2.3 材料的兼容性

由于現代電子組件所使用的材料其加工過程的復制性，有時在一個電子組件中我們很難預知在兩種或多種非金屬材料之間的反應是否會導致潛在的問題。材料的不兼容性會導致化學反應從而放出氣體，然后又與其他電路組件反應。有時，清潔液的不相容也會導致物質之間的反應，從而對相關電路造成腐蝕。下面列舉了幾種潛在的問題：

1）一些保護層加熱后會產生氣體，這些氣體會對金屬組件造成腐蝕。

2）一些商用的涂層剝離器包含有酸性物質，這會與印刷電路板的層壓板反應并使其退色或腐蝕銅質材料。

3）一些硅樹脂密封劑包含有乙酸，這對于電子電路中的金屬材料具有高腐蝕性。

4）一些灌注混合物在一定情況下會回復液體狀態，這種回復過程會降低電氣插頭的防潮性能。

5）聚氯乙烯的降解會產生乙酸，這對電子設備中使用的大多數金屬物質都有腐蝕性。

6）盡管塑膠管本身不會有什么問題，但當其用吹塑槍加熱時，卻會對相鄰電路造成損傷。

7）一些干式影片潤滑劑包含石墨，石墨本身是一種優良的潤滑劑，但其同樣也有腐蝕性。當其以濕氣形式出現時會促成電化學腐蝕。 其它的影片潤滑劑包含有二硫化鉬，二硫化鉬會與濕氣結合，加熱后會形成腐蝕性的硫磺酸。

8）有些滑油，特別是硅樹脂和油脂，當溫度發生變化時，易于移動，這可能導致涂層的污染，灰塵的積聚及其增加濕氣貯存的可能性。

2.4 其它因素

人們經常會忽略的一個腐蝕的原因是人自身排汗中的鹽分及其油分。但帶橡膠防護手套又可能導致對靜電敏感元件的靜電釋放損壞。故而在處理敏感元件時應注意這種告誡信息。

電子設備易積聚灰塵和棉絨。這種情況在設備安裝了較長時間顯得較為明顯，用強迫風冷時情況會更嚴重。除了空氣流中帶來的灰塵和棉絨外。灰塵和棉絨也可以被導線及其設備的環繞電流產生的磁場吸引。如果設備有通氣孔，灰塵也可能在設備內外表面積聚。灰塵及棉絨積聚的主要問題是它會駐留濕氣從而為腐蝕及真菌的生長提供電解液。另外灰塵和棉絨還可能降低電子設備的導體性能或絕緣性能。駐留有濕氣的灰塵和棉絨會變成導體，它可能會為電流提供到地的路徑從而造成短路，或在組件形成不需要的電流通路。當灰塵和棉絨充當電子設備的絕緣器時會使設備超溫而使其過早失效。當過量的棉絨積聚于空氣進氣濾網上時會使冷卻空氣流量顯著的減少。

天線系統曝露于嚴酷的外界環境中。如果沒有充分的防腐措施，會出現許多故障情況，如短路、開路、絕緣強度的丟失、信號的衰減、搭鐵不良、電磁干擾等，飛機的結構損傷也可能發生。安裝于機身上的天線要求在飛機蒙皮開口以便天線饋線的排布及天線本體的安裝。天線安裝座的這一區域易受來自雨水、除冰液、凝結水、飛機沖洗水及內部液體（如燃油、滑油、廁所及廚房廢水等）產生的濕氣的侵襲。安裝于下機身的天線尤其易受影響。

3 結束語

毋庸置疑我們工作的場所頻繁曝露于危險的化學制品和加工過程中，不管何時何地我們在處理不熟悉的化學制品或產品時我們都應三思而后行，仔細想想我們應該佩戴什么樣的個人防護設備；同時還應記得物質的腐蝕是其回到其自然狀態的一個過程，這個過程可能會對個人健康造成災難性的影響。

腐蝕及其環境條件是對電子設備造成負面影響的一種自然現象。盡管其從未完全停止，但我們卻能采取有效措施使產生問題的因數減到最少，使其可控。為此我們必須懂得設備失效的機理，采用預防性的維護程序并使用腐蝕控制技術和選用適當的材料。

【參考文獻】

[1]FAA AC 43-206.2001-05-30版[S].

[2]FAA AC43-4.1991-07-25版[S].

[3]CAA AC121-65.2005-08-10版[S].

[責任編輯：楊揚]