熱帶海洋性氣候電子設備三防技術的研究

李強，徐磊，柳國祥

（陜西長嶺電子科技有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

三防設計是根據不同的使用環境進行針對性的防護設計，就一般而言，常見環境中以海洋性氣候的防護最為嚴苛，而海洋性氣候中以熱帶海洋性氣候的要求最高。熱帶海洋性氣候中防護困難最大的主要是在強日照、高溫、高濕條件下的鹽霧腐蝕。以下主要從我們在熱帶海洋性氣候三防工作中的一些經驗進行探討。

1 防腐材料

在熱帶海洋性氣候條件下室外設備的外部，一般主要采用鈦合金和奧氏體不銹鋼，而奧氏體不銹鋼中316L不銹鋼的應用越來越廣泛。

鈦合金材料。鈦合金適合在潮濕大氣和海水介質中工作，其抗蝕性能遠優于不銹鋼，對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強，對于堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等方面具有優良的耐腐蝕能力。實際上鈦合金也是熱帶海洋性氣候中被廣泛應用的代表性耐腐蝕材料。在鈦合金使用中，應避免鈦合金對其它金屬的接觸腐蝕（電偶腐蝕）。

316L不銹鋼。316L不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，316L為美國ASTM標準的牌號，對應于國標牌號為022Cr17Ni12Mo2，廣泛應用于沿海設備和海洋船舶工業。為了有效驗證316L不銹鋼的性能，我們進行了一系列的摸底試驗，試驗情況見表1。

由表1試驗結果可見，316L不銹鋼原材料本身的耐鹽霧性能良好，滿足熱帶海洋性氣候的要求（調研相關單位的實際經驗，一般耐鹽霧試驗超過500h，可基本滿足熱帶海洋性氣候使用環境下5年的使用壽命），增加鈍化后抗點蝕的能力明顯增強。焊接后進行鹽霧試驗出現銹蝕，但實物銹蝕程度輕微，且鹽霧試驗時間為1296h遠大于500h的要求，所以焊接后的316L不銹鋼能夠滿足熱帶海洋性氣候的使用要求。表1中熱彎后鹽霧試驗在短時間內出現了嚴重腐蝕，而焊接后經長時間鹽霧試驗只出現少量腐蝕，我們分析主要是與奧氏體不銹鋼的材料組織特點相關。對于奧氏體不銹鋼，溫度450～800℃的范圍為敏化溫度區間，在這一溫度段停留時間過長會使材料晶粒內部的碳向晶界擴散并可與Cr形成Cr23C6沉淀于晶界，使得晶界處形成貧鉻區，從而可發生明顯的晶間腐蝕現象。而表1中熱彎溫度在500～800℃之間處于敏化溫度區間范圍內，會形成晶界的貧鉻區，從而使材料的耐腐蝕性大幅下降。而焊接過程升溫、降溫比較快，在敏化溫度區間停留時間很短，由于碳的擴散與Cr23C6的形成是一個過程，在較短時間內產生的Cr23C6較少，所以焊接后耐蝕性下降較小。

表1 316L不銹鋼耐蝕性數據

防水透氣膜。防水透氣膜應用于防水透氣閥，防水透氣閥具有透氣功能但又不透水（最深可耐2m水深）的功能，通常應用于密封機箱的防凝露，使機箱內外的壓力平衡。防水透氣閥具有防水、防塵的功能，對設備的保護可以達到IP67級；防水透氣閥具有阻止細小的鹽結晶進入密封體內的功能，可以減少鹽霧對航海通信設備的腐蝕。

2 防護技術

2.1 微弧氧化

在熱帶海洋性氣候，雖然防腐蝕上鈦合金、奧氏體不銹鋼的應用較為廣泛，但鋁合金也應用較多，為保證鋁合金的有效防護，一般常采用的防護辦法為微弧氧化。微弧氧化技術是將鋁、鎂、鈦等金屬及其合金置于一定的電解液體系中，利用化學方法，使材料表面在電解液中產生火花放電斑點，在熱化學、等離子體化學和電化學的共同作用下，在輕金屬表面生成陶瓷膜層的方法，其耐蝕性能已滿足6年以上的海洋飛濺區應用要求并獲得應用驗證，眾多部件已應用于沿海、島礁等裝備。

事實上微弧氧化耐鹽霧腐蝕性能，跟膜層厚度、基材本身耐蝕性、膜層是否封閉處理等相關性很大。一般來說在一定膜層厚度情況下，基材為3A21（防銹鋁）比2A12（硬鋁）更耐腐蝕，在一定范圍內氧化膜厚度越厚則更耐腐蝕。我們對膜層厚度為20～30μm，基材為ZL101A（鑄鋁101A）的試件進行了鹽霧試驗，528h后試件表面未發現變化。同時，我們又考察了微弧氧化表面噴漆的工藝性及耐蝕性，材料為2A12（硬鋁）進行微弧氧化，氧化膜層30μm，底漆為TB06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆，面漆為TS96-61橙紅色氟聚氨酯半光磁漆。經試驗后，氧化膜層與漆層的結合力良好，鹽霧試驗1296h后試件表面無明顯變化。該試驗主要考察微弧氧化膜層與漆層的結合力，同時考察了所選的耐腐蝕漆種的耐鹽霧能力。

2.2 涂料防護

由于鋁合金耐蝕性差，除采用微弧氧化進行防護外，我們還在油漆類產品中挑選耐腐蝕的漆種，以便增加耐蝕性防護。我們選擇了氟聚氨酯漆，根據廠家資料耐鹽霧超過1000h，在上述微弧氧化中我們對硬鋁2A12微弧氧化+氟聚氨酯漆的摸底試驗，其耐鹽霧試驗時間超過了1296h（鹽霧試驗后漆面無明顯變化）。除鋁合金外其它金屬材料也可采用噴漆方式增加耐腐蝕性，但應注意漆層與材料的結合力，必要時對基材增加噴砂工序使基材表面變粗糙，從而增加與漆層的結合力。

2.3 四元化學鍍技術

可應用于鋼、鋁等材料的防護，鍍層維氏硬度在HV500-750之間，鍍層致密與基材結合良好、耐蝕性強，經鹽霧試驗528h鍍層無明顯變化。我們采用65Mn、20鋼進行了相關試驗，分別以15、20、25μm的鍍層進行鹽霧試驗的時間為528h，其中15μm經過孔隙封閉處理，20、25μm鍍層無封閉處理。其中15μm鍍層192h時出現白色物質但未見紅銹（據廠家解釋為孔隙封閉物質泛出），528h后仍未見紅銹，20、25μm鍍層528h后未發現明顯變化。

2.4 犧牲陽極保護

犧牲陽極保護又名犧牲陽極保護法、犧牲陽極的陰極保護法，是利用原電池的原理，防止金屬腐蝕的方法。具體方法是將還原性強的金屬作為保護極，與被保護的金屬相連構成原電池，還原性強的金屬將發生氧化還原反應而犧牲消耗，被保護的金屬免于被腐蝕。犧牲陽極保護法，需要結構設計時單獨設計導電通路，表面涂料的導電性、零件與零件之間的絕緣襯墊等（如橡膠墊圈等）都會對導電通路造成影響，另外，由于各零件采用多種不同電位的材料，將會增加設計的難度，需要進行復雜的仿真計算，設計成本較高。

3 結語

隨著在沿海使用設備的不斷增加，對熱帶海洋性氣候的耐腐蝕提出了更高的要求，以上是我們在工作中的一些積累和經驗，隨著三防技術的不斷發展，新材料、新技術將不斷涌現，熱帶海洋性三防技術將獲得長足的發展和提高。