野外電子設備“三防”結構與工藝設計

陸玉姣

（機械工業第三設計研究院，四川 重慶 400039）

0 引言

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

1 “三高”環境對野外電子設備的影響

1.1 濕度、溫度的影響

當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。這些水膜都會導致電化學腐蝕的發生[2]。圖1為腐蝕速度與金屬表面水膜層厚度的關系圖，從圖中可以看出區域Ⅱ和區域Ⅲ是腐蝕速度最快的區域，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

霉菌的影響體現在兩個方面。一方面它能吸取和分解有機材料中的某些成分作為養料，破壞材料結構、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酸，例如碳酸、草酸、醋酸等，這些有機酸都會對金屬產生腐蝕作用。

1.3 鹽霧的影響

鹽霧由含鹽的特別細小的液滴組成，它處于一種霧化狀態。大氣中的鹽霧主要來自海上和內陸鹽堿湖等。鹽霧中含有大量的氯化鈉，對金屬有很強的腐蝕作用。附著在絕緣物質表面，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”設計的基礎。材料的“三防”能力主要取決于材料本身的性質，在不能滿足防護要求時則必須對材料表面實施鍍涂保護。對于直接暴露在大氣中的零件，應該選用耐蝕鋼、不銹鋼、鋁合金等材料。

選用材料時，必須清楚材料的腐蝕機理和相容性，避免出現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。從經濟性考慮，一般選用鋁合金、不銹鋼和優質碳素鋼等。有更高要求可采用鍍覆金屬層和涂覆非金屬層聯合保護。

2.2 “三防”結構設計

“三防”結構設計應遵循以下原則：

1）設備結構外形應盡可能簡單。

2）避免溝槽等易積水和冷凝液結構。

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

4）避免結構棱角過于尖銳，如果零件形狀發生改變時，保證足夠圓角過渡。

5）產品應做好密封，如果考慮通風或者無法做到全密封，對設備要應采取排水措施，排水孔應不小于直徑6mm。

6）電路板在設計時應盡可能考慮垂直放置，如果因為結構空間原因必須水平放置時，應提高母板的結構強度，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）對于密封和通風都有很高要求的設備，應該將散熱通風孔布置在設備底部，禁止布置在頂部，如果布置于側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備的“三防”性能進一步提升。

對金屬材料進行冷、熱加工和熱處理工藝等改性處理，可改善材料內部組織、消除應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、次序等工藝措施來減小焊接應力引起的結構形變，減少殘余應力造成的晶間腐蝕。

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

“三防”鍍涂工藝應遵循以下原則：

1)鍍涂層適用條件必須與設備使用環境條件相適應，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，必須進行充分的試驗驗證。

3 應用舉例

圖2所示為一款某型號電子設備的控制系統機箱。機箱的表面整體采用酸洗、磷化、靜電噴涂戶外塑粉達到防潮、防鹽霧的效果，內部的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出。上翻小門開啟，方便操作面板操作；小門關閉時，同樣通過壓緊密封墊實現密封。另外，防雨檐可以起到雙重保護的作用。

將電連接器布置在機箱底部，利于防水、防潮，連接器選用自身防水等級較高的，進一步提高防水、防潮效果。

4 結束語

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

[1]范民，周廣宴.軍用電子設備整機三防技術研究[J].裝備環境工程，2009，6：72.

[2]邱成悌.電子設備結構設計原理[M].東南大學出版社，2005：408.

[3]吳晗平.艦載電子設備可靠性與環境防護技術[J].環境作用機理與防護，2004，1：42.

[4]李國宏.電子設備三防設計的理論及應用[J].電源技術應用，2010，6：59.