南海海洋環境下關鍵電器設備腐蝕環境凈化技術研究

阮紅梅，黃建業，陳 川，黃海軍，王 俊，揭敢新

（中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣州 510663）

南海海洋環境下關鍵電器設備腐蝕環境凈化技術研究

阮紅梅，黃建業，陳 川，黃海軍，王 俊，揭敢新

（中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣州 510663）

南海海洋大氣環境下，電器設備腐蝕問題形勢非常嚴峻，嚴重影響生產任務和財產安全，非常有必要對電器設備采取有效的防護措施。開展了電器設備服役微環境腐蝕嚴酷度量化表征方法研究以及南海海洋環境下電器設備腐蝕環境凈化技術研究，采用適當的腐蝕環境凈化技術為關鍵電器設備內部提供潔凈的空氣，從而實現對電器設備的有效保護。

南海海洋環境；電器設備；腐蝕嚴酷度量化表征方法；腐蝕環境凈化技術

前言

南海海洋環境最大的特點就是高溫、高濕、高鹽霧，電器設備長期處于這種惡劣大氣環境當中，如果防護措施不到位就會造成電器設備內部元器件的快速污染、腐蝕，進而使這些元器件的品質快速下降，大大縮短其使用壽命，嚴重威脅到電器設施的安全運行。在元器件受到污染及腐蝕的同時，也往往意味著電器絕緣性能的嚴重下降，進而嚴重威脅到人身與設施的安全。與此同時，電器設備相對精密，一旦出現故障，很難進行維修，嚴重時甚至需要全部翻新，其環境失效維護成本通常較高[1,2]。因此非常有必要對電器設備采取有效的防護措施。

南海海洋環境下，電器設備腐蝕失效是一個比較復雜的問題，與很多因素有關，如材料選型不當，電器設備結構設計不合理，霉菌、溫度、濕度、鹽霧等環境因素的影響，其中電子元器件服役微環境是影響電器設備腐蝕失效的最直接也是最關鍵的問題[3,5]。為了更好解決電器設備的腐蝕失效問題，必須對南海海洋環境下電器設備服役微環境的腐蝕嚴酷程度進行有效評估，摸清電器設備內部元器件存在的主要問題，并基于電器設備實際服役工況微環境數據采取有針對性的防護措施。為此我們開展了電器設備服役微環境腐蝕嚴酷度量化表征方法研究以及南海海洋環境下電器設備腐蝕環境凈化技術研究，采用適用的腐蝕環境凈化技術為關鍵電器設備內部提供潔凈的空氣，從而使之免受腐蝕侵害。

1 南海海洋環境下關鍵電器設備服役微環境腐蝕狀況分析

電器設備的工作環境腐蝕性相對微弱，金屬表面形成的腐蝕產物膜在100-2 000 ?，金屬掛片的重量變化在0.001 g的量級，再加上附著在掛片表面的灰塵的影響，通過稱重法測量腐蝕產物膜重量，誤差較大。為此我們開發了高精度銅表征測試片，該測試片具有純度高、含氧量低、組織均勻等特點，在微腐蝕環境下，能夠準確表征腐蝕環境嚴酷度，腐蝕產物膜厚度理論測試精度可以達到1 ?，能夠對微量腐蝕環境進行分析，可以用于表征電器設備實際服役微腐蝕環境。

為了摸清南海海洋環境下某關鍵電器設備實際服役微環境，我們將銅測試片置于電器設備內部進行為期1個月的監測，1個月后銅表征測試片表面形成一層明顯的腐蝕產物膜，如圖1（a）所示。在掃描電子顯微鏡下觀察腐蝕產物膜，可以看到腐蝕產物膜比較平整，表面有一些小顆粒，如圖1（b）所示。采用EDS分析腐蝕產物膜中的元素組成及其含量，詳細見表1。腐蝕產物膜中的主要組成元素是Cu和O，原子百分比分別是70.83 %、26.58 %；由于空氣中的鹽霧沉積到銅表征測試片上，所以腐蝕產物膜中還含有0.99 %的Cl元素。

通過電解還原法分析銅表征測試片表面的腐蝕產物膜，測得電位(E)-時間(t)曲線如圖2所示。由此判斷腐蝕產物膜的主要成分為CuO，通過計算得到腐蝕產物膜厚約2 447 ?。銅表征測試片的腐蝕速率為2 447 ? /月，根據ISA 71.04-2013，可以判定南海海洋環境下某關鍵電器內部環境的腐蝕性等級屬于GX級，即微環境十分嚴酷，電器設備面臨腐蝕風險性極大，迫切需要采取有效的防護措施對其進行保護。

2 南海海洋環境下關鍵電器設備腐蝕環境凈化技術研究

圖1 銅表征測試片在電器設備內部環境監測1個月后的形貌

表1 銅表征測試片表面腐蝕產物膜中的元素及其含量

圖2 銅表征測試片腐蝕產物膜電解還原曲線

目前有關電器設備的腐蝕環境凈化技術主要從材料、工藝、結構等方面著手，如選擇耐蝕性優異的元器件材料；采用特殊工藝如表面涂覆、噴三防漆等提高電路板的耐蝕性；改善電器設備結構如增加電器設備 IP防護等級等[6]。這些腐蝕環境凈化技術均能一定程度上提高電器設備的耐蝕性，使得電器設備內部電子元器件免遭腐蝕侵害。但是這些技術不僅成本高，防護效果有限，而且還受一些產品特點的限制，如接插件這類金屬元器件由于考慮電性能的影響，只能采用某類導電性高的材料且不能采用過多的表面處理防護技術，因此必須采取更為有效的防護措施對電器設備進行整體防護，才能從根本上解決電器設備的腐蝕失效問題。

腐蝕環境凈化技術作為電器設備防護的新型防護技術之一可使以上難題迎刃而解，這種凈化技術主要通過鹽霧凈化過濾器對設備內部環境進行有效控制，直接改善電器設備內部的服役微環境，使相應的電器設備、零部件及元器件處于相對理想的微環境條件下，進而實現對其進行有效防護的目的[7]。下面將從實驗室凈化效果測試和現場應用兩方面介紹腐蝕環境凈化技術。

2.1 試驗室鹽霧凈化過濾器凈化效果測試

鹽霧凈化過濾器采用具有漸進結構的超疏水性過濾材料，提高過濾效率和容塵量的同時，不會導致壓差的快速上升。設備初始壓差在100~120 Pa 之間，可過濾尺寸處于2~10 μ m 之間海鹽粒子，凈化后電器設備內部腐蝕等級可以達到G1 等級。為了測試鹽霧凈化過濾器對高濃度鹽霧的過濾效果，我們開展了以下幾項測試：

首先，持續向鹽霧凈化過濾器加JIS 15號測試灰，直到壓降達到初始壓降的兩倍時為止。如圖3(a)所示，測試灰被過濾器攔截，出風面上沒有測試灰，說明鹽霧凈化過濾器能夠很好的過濾空氣中的粉塵。

然后用加濕器模擬高濃度鹽霧，可以看到，鹽霧在進風面形成液滴，而且液滴沒有透過出風面，如圖3(b)所示。

再將過濾器烘干（40 ℃），此時，進風面上的液滴變成固體顆粒，出風面上沒有任何固體顆粒，如圖3(c)所示。

最后將過濾器放在40 ℃、95 %RH的恒溫恒濕室內，部分鹽粒吸潮變為液滴。此時，過濾器仍保持良好的疏水性，出風面上沒有任何水滴滲透，如圖3(d)所示。

這些試驗結果表明，鹽霧凈化過濾器能有效地過濾掉空氣中的高濃度鹽霧。

圖3 鹽霧凈化過濾器凈化效果測試

2.2 鹽霧凈化處理系統在南海海洋環境下電器設備的應用

為了進一步測試鹽霧凈化過濾器的凈化效果，我們將其應用到南海海洋環境下某電器設備，該設備前期已通過銅測試片表征其內部腐蝕性等級為GX級。根據電器設備結構等綜合特征為其定制鹽霧凈化處理系統，采取內部循環風的方式對內部進行鹽霧凈化處理。通過合理設計風管，以把凈化風均勻地配送到各個位置，從而對電器設備內部的腐蝕環境進行有效的控制，實現對電器設備內部進行較好的保護。

為了對鹽霧凈化處理系統凈化效果進行有效的評估，我們采用銅表征測試片對凈化后的電器設備內部環境進行為期一個月的監測，一個月后銅表征測試片表面如圖4(a)所示，銅表征測試片表面光亮，肉眼觀察不到明顯的腐蝕產物膜。在掃描電子顯微鏡下觀察銅表征測試片表面，可以觀察到少量腐蝕斑點，如圖4(b)所示。采用EDS分析腐蝕產物膜中的元素組成及其含量，詳細見表2。腐蝕產物膜中的主要組成元素是Cu和O，原子百分比分別是82.27 %、15.06 %，沒有發現Cl元素。

通過電解還原法分析銅表征測試片表面的腐蝕產物膜，測得電位(E)-時間(t)曲線如圖5所示。由此判斷腐蝕產物膜的主要成分為Cu2O和CuO，通過計算得到Cu2O的厚度為49 ?，CuO的厚度為103 ?，腐蝕產物膜總厚度為152 ?，所以銅表征測試片的腐蝕速率為152 ?/月。根據ISA 71.04-2013，南海海洋環境下某電器設備內部環境在采用鹽霧凈化處理系統后的腐蝕性等級由凈化前的GX級提升至G1級，即電器設備內部環境良好，不會對設備造成影響。由此可見，采用鹽霧凈化處理系統后，能有效過濾掉空氣中的鹽霧，電器設備內部環境得到了明顯的改善，腐蝕性明顯降低。

3 結論

1）南海海洋大氣環境下，電器設備面臨的腐蝕問題形勢非常嚴峻，直接導致電器設備故障率顯著增加，甚至可能造成數據采集差錯、控制動作失當，造成意外事故，元素 重量 原子百分比 百分比C K 0.58 2.67 O K 4.38 15.06 Cu L 95.04 82.27總量 100.00

圖4 鹽霧凈化處理系統后，銅表征測試片對電器設備內部環境監測1個月后的形貌

圖5 鹽霧凈化處理系統后，銅表征測試片腐蝕產物膜電解還原曲線

嚴重影響生產任務和財產安全。非常有必要對南海海洋大氣環境下電器設備服役微環境進行有效的評估，并基于電器設備實際工況環境數據提出有針對的腐蝕防護措施。

2）高精度銅表征測試片具有純度高、含氧量低、組織均勻等特點，腐蝕產物膜厚度理論測試精度可以達到1 ?，能夠對微量腐蝕環境進行分析，可以用于表征電器設備實際服役微腐蝕環境。

3）南海海洋環境氣候下，關鍵電器設備在含有鹽霧的空氣中易發生腐蝕，鹽霧凈化處理系統作為一種新型防護技術，可以通過對設備內部的微環境進行有效的控制，直接改善電器設備內部的服役微環境，進而對電器設備進行有效的防護。

[1] 梁彩鳳, 侯文泰.大氣腐蝕與環境 [J].裝備環境工程, 2004, 1(2):49-52.

[2]楊萬均,肖敏,張燕,等.艦面電子設備機柜防護失效分析與對策研究[J].裝備環境工程, 2012,9 (6): 83-87.

[3]卓惠榮.電器產品的防霉、防銹技術 [J].電工電氣,1995(2):7-10.

[4]陸錦銘.電氣防腐[J].中國井礦鹽, 1980(2):34-35.

[5]吳學明.戶內外防腐蝕電工產品防護技術綜述 [J].環境技術, 1992(1) : 40-44.

[6]阮紅梅, 吳坤培, 王俊,陳川, 黃海軍,駱漢英,揭敢新.氣相防銹技術在電器設備防腐中的應用[J].裝備環境工程, 2015, 12(4): 32-37.

[7]薛旭, 陳捷俊.海洋性大氣環境當中戶外電器設備的防護新思路科技資訊, 2013(16) :106-109.

Research on Corrosion environment Purifi cation Technology on the Electrical Equipment in the South Marine Environment

RUAN Hong-mei, HUANG Jian-ye, CHEN Chuan, HUANG Hai-jun, WANG Jun, JIE Gan-xin
(State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, Guangzhou 510663)

Electrical equipment corrosion problem is very serious in the south marine environment.It seriously affects the production task and property safety.It is important to take effective protective measures on electric equipment.In this paper, It researches that the severe corrosion degree of quantitative characterization methods of electrical equipment service environment and corrosion protection technology of electrical equipment in the south marine environment.To achieve effective protection of electrical equipment, the proper corrosion environment purification technology is used to provide clean air for key electrical equipment.

south marine environment ; electrical equipment; severe corrosion degree of quantitative characterization method; corrosion environment control technology

TG174.2

A

1004-7204（2016）05-0110-05

阮紅梅（1986－），女，湖北隨州，碩士，助理工程師，從事工業產品的環境適應性技術研究。

廣東省中國電器院風電裝備腐蝕控制關鍵技術院士工作站（2013B090400023）項目資助