導電橡膠抗電化學腐蝕性研究

馬建章等

摘 要：主要研究了導電橡膠的抗電化學腐蝕性能。闡述了電化學腐蝕原理，說明了發生電化學腐蝕的必要條件，對導電橡膠物理性能和應用范圍作了簡要介紹，針對幾種常用導電橡膠，參照park公司資料設計試驗夾具進行鹽霧試驗，詳細介紹了試驗夾具、試驗方法、試驗過程、試驗裝置和導電橡膠抗電化學腐蝕的評定指標等，并分析試驗數據得出結論，最后提出了避免導電橡膠電化學腐蝕的措施，大量實例驗證該措施是科學的、有效的。

關鍵詞：導電橡膠；電化學腐蝕；鹽霧試驗；復合導電橡膠

引言

電化學腐蝕是導電橡膠的失效的重要原因之一，國內對導電橡膠電化學腐蝕性研究幾乎尚未開展，只能憑借設計人員的經驗積累來進行設計及應用，在很大程度上影響了導電橡膠的使用效果[1]。文章在研究電化學腐蝕原理和導電橡膠性能的基礎上，制作電化學腐蝕測試夾具對導電橡膠進行鹽霧腐蝕試驗，分析實驗數據得出結論，并提出避免或減弱導電橡膠電化學腐蝕的措施。

1 電化學腐蝕原理

電化學腐蝕是金屬表面與離子導電介質（電解質）發生電化學反映引起的破壞[2]。在反應過程中有電流產生，腐蝕金屬表面上存在著陰極和陽極。由陰陽極組成短路電池，腐蝕過程中有電流產生。金屬材料在潮濕的大氣、海水、土壤等自然環境以及在酸堿、鹽溶液和水介質中的腐蝕都屬于電化學腐蝕。

金屬對間發生電化學腐蝕的必要條件為：存在兩種不同腐蝕電位的金屬，兩種金屬相互接觸，金屬之間存在電解液[3]。

2 導電橡膠

導電橡膠是將導電顆粒均勻分布在硅橡膠中，通過壓力使導電顆粒接觸，達到良好的導電性能。導電橡膠內部填充的金屬顆粒不同，導電橡膠的性能和應用范圍也不相同。模壓型玻璃鍍銀導電橡膠適用于大范圍的EMI應用提供可靠的低成本屏蔽；純銀導電橡膠：防霉菌，適用于低壓到中壓的場；銅鍍銀導電橡膠具有最大導電性，屏蔽效果最好；鋁鍍銀導電橡膠：最高的導電性，電化腐蝕最小，重量比其他的性能導電橡膠輕，對機箱接頭和縫隙提供極好的水氣密封[4]。在結構設計時，設計人員應充分考慮導電橡膠的特性和相應的應用范圍。表1列舉了幾種常用導電橡膠的物理性能。

導電橡膠的電化學腐蝕有自身的電化學腐蝕和應用的電化學腐蝕。鋁顆粒表面的鍍銀層并不能對所有鋁顆粒進行完全包覆，在海水等腐蝕環境中，必然在導電顆粒未被完全包覆的部位發生電化學腐蝕，即產生導電橡膠金屬顆粒自身的電化學腐蝕，該類電化學腐蝕稱為導電橡膠自身電化學腐蝕。導電橡膠襯墊一般用于機箱蓋板與箱體間縫隙處，由于導電橡膠及機箱材料的電化學腐蝕電位不相等，在鹽霧、海上等環境中，導電橡膠與機箱材料之間存在電解液，滿足電化學腐蝕的三個必要條件，產生導電橡膠襯墊與機箱蓋板、箱體間的電化學腐蝕。該類電化學腐蝕稱為導電橡膠應用的電化學腐蝕。

3 鹽霧試驗

在電子設備抗腐蝕性評估中，一般采用鹽霧腐蝕試驗。《GJB150.11A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第11部分：鹽霧試驗》對鹽霧試驗的程序有明確的規定，本次試驗按照此標準進行。

3.1 試驗樣件

目前研制的電子設備結構一般采用5A06防銹鋁合金，并對其表面進行導電氧化處理。5A06防銹鋁合金屬于鋁鎂合金，具有良好的耐蝕性、較高的比強度、導電性、導熱性等特點。

參照美國Parker Hannifin公司的資料，制作電化學腐蝕測試夾具，并搭配了四種不同的導電橡膠板（鋁鍍銀導電橡膠、玻璃鍍銀導電橡膠、純銀導電橡膠、銅鍍銀導電橡膠）進行電化學腐蝕試驗，對試驗數據進行記錄與比較，以確定不同類型的導電橡膠的抵抗電化學腐蝕的能力的強弱。試驗夾具結構見圖1。

3.2 導電橡膠抗電化學腐蝕能力強弱的評定指標

本次試驗衡量導電橡膠抗電化學腐蝕能力強弱的指標為：

（1）重量變化值；（2）接觸電阻變化值；（3）試驗前后導電橡膠與鋁合金試件表面的光潔程度。

3.3 試驗方法

本次試驗依據《GJB150.11A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法，第11部分：鹽霧試驗》，采用標準推薦的試驗程序，它更接近真實暴露情況的鹽霧試驗結果，并具有更大的潛在破壞性，能更好地檢測出導電橡膠的抗電化學腐蝕能力。試驗裝備及裝置有：鹽霧試驗箱、空氣壓力機、萬用表、天平等。

3.4 實驗結果

按照規定程序進行鹽霧試驗，試驗后分別測導電橡膠的重量、接觸電阻，觀察試驗后試件表面腐蝕程度，記錄數據，并進行分析。

3.4.1 試驗數據

試驗前后導電橡膠的重量、表面接觸電阻見表2、表3，試驗后試件表面腐蝕程度見圖2。

3.4.2 數據分析及結論

通過實驗數據，可以看出試驗后銅鍍銀導電橡膠基本沒有失去重量，表面接觸電阻增加100%；鋁鍍銀導電橡膠試驗后失去重量比較小，表面接觸電阻增加不大；純銀導電橡膠重量增加最多，表面接觸電阻增加比較多；玻璃鍍銀導電橡膠重量增加比較多，表面接觸電阻增加比較小。

觀察試件表面腐蝕程度可以看出銅鍍銀導電橡膠、玻璃鍍銀導電橡膠試驗后有變化；金屬板在試驗后都有明顯的變化，與鋁鍍銀導電橡膠接觸的金屬板變化最大，有突起。

從試驗數據中得出，鋁鍍銀導電橡膠抗電化學腐蝕性相對比較好，純銀導電橡膠和銅鍍銀導電橡膠相對較差。對于鋁基材的電子設備結構，建議采用鋁鍍銀導電橡膠進行密封。

4 避免電化學腐蝕的措施

防止電化學腐蝕主要方法是避免全部滿足電化學腐蝕條件。在電子設備結構設計中避免電化學腐蝕的主要措施有：

（1）盡量選用電化學腐蝕電位相近的材料進行應用搭配；（2）如果材料電化學腐蝕電位相差較大，可以選取中間電位涂層縮小電位差；（3）采用復合導電襯墊。復合型導電橡膠有兩層組成：外層采用普通硅橡膠，內層采用導電橡膠。外層硅橡膠起的密封和抗腐蝕作用，使內層的導電橡膠和金屬之間基本沒有電解液，不發生電化學腐蝕；內層導電橡膠起屏蔽和密封作用。針對比較嚴酷的鹽霧環境，如船上的設備，采用復合型導電橡膠可以有效的避免或減弱電化學腐蝕。

以上措施已經在電子設備結構設計中廣泛應用，其合理性和有效性得到了充分驗證。

5 結束語

通過試驗可以看出，與鋁基材接觸時，鋁鍍銀導電橡膠相對具有良好的導電性能和抗腐蝕性，在電子設備結構密封設計中應用廣泛。在設計時選用電化學腐蝕電位相近的材料進行搭配并采用具有更高的抗腐蝕性能復合型導電橡膠能有效的避免或減弱電化學腐蝕對導電橡膠的影響。綜上所述，電子設備使用環境復雜多變、導電橡膠種類繁多，在進行設備密封設計時，應綜合考慮設備結構形式以及其使用環境、導電橡膠橡膠的環境適應性等因素，來選擇合適的導電橡膠，力爭做到既簡單經濟又可靠實用。

參考文獻

[1]謝義水.電子設備可維修電磁干擾/水汽密封技術設計[J].電子機械工程，2011，27（4）：33-42.

[2]邱成悌，趙 殳，蔣全興.電子設備結構設計原理[M].南京：東南大學出版社，2007，375-405.

[3]李曉剛.材料腐蝕與防護[M].長沙：中南大學出版社，2009：69-75.

[4]鄒華，趙素合，田明，等.功能性硅橡膠在電磁屏蔽領域的應用現狀及進展[J].橡膠科技市場，2009（1）：14-18.

作者簡介：馬建章（1982-），男，工程師，機械電子工程專業，主要研究方向為電子通信設備結構設計。

高馳名（1982-），男，工程師，機械電子工程專業，主要研究方向為電子通信設備結構設計。

吳迪（1983-），男，工程師，機械電子工程專業，主要研究方向為電子通信設備結構設計。

何新文（1973-），女，工程師，機械設計專業，主要研究方向為電子通信設備結構設計。