海洋大氣環境電子設備的腐蝕防護

（海軍裝備部駐天津地區第二軍事代表室，天津 300308）

電子設備尤其是軍用電子設備，類型多元、結構復雜、集成性高。但是因為設備設計中防腐蝕技術、工藝以及實驗設施所存在的缺陷，會直接導致電子設備在惡劣環境（海洋大氣環境）下使用發生腐蝕問題，更有甚者會造成電子設備發生故障，使整個系統癱瘓。由此可見，對電子設備，特別是軍用電子設備的防腐技術研究勢在必行。

1 海洋大氣環境腐蝕的簡述

目前常見的腐蝕可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕。

化學腐蝕：金屬和接觸到的物質直接發生化學反應而引起的腐蝕。

電化學腐蝕：不純的金屬（或合金）與電解質溶液接觸時，會發生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。海洋大氣環境的腐蝕基本上屬于電化學腐蝕的范圍。它是一種液膜下的電化學腐蝕，和浸在電解質溶液內的腐蝕有所不同。由于金屬表面上存在著一層飽和了氧的電解質薄膜，使大氣腐蝕以優先的氧去極化過程進行腐蝕。另一方面在薄膜層電解液下很容易造成陽極鈍化的適當條件，固體腐蝕產物也常以層狀沉積在金屬表面，因而起到一定的保護作用。例如，鋼中含有千分之幾的銅，會生成一層致密的、保護性較強的銅銹膜，使鋼的耐蝕性得到明顯改善。

海洋大氣是指在海平面以上由于海水的蒸發，形成含有大量鹽分的大氣環境。此種大氣中鹽霧含量較高，對金屬有很強的腐蝕作用。與浸于海水中的鋼鐵腐蝕不同，海洋大氣腐蝕同其他環境中的大氣腐蝕一樣是由于潮濕的氣體在物體表面形成一個薄水膜而引起的。海洋大氣中相對濕度較大，同時由于海水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對于海洋環境下鋼結構來說，空氣的相對濕度都高于它的臨界值。薄水膜對金屬的作用而發生大氣腐蝕的過程，符合電解質中電化學腐蝕的規律。這個過程的特點是氧特別容易到達金屬表面，金屬腐蝕速度受氧去極化過程控制。

2 電子設備的結構與腐蝕特點

2.1 總體結構特點

總體結構特點如下：①使用電子或微電子器件多、接點與焊點多、接線與焊線多，容易產生腐蝕的節點或環節多，對眾多元器件或線路采取單體防護措施難度大；②元器件和部件多為導體、半導體和金屬、合金材料，極易與潮濕鹽霧大氣產生電化學反應；③電子設備機柜、機箱密封性設計難度大，潮濕鹽霧大氣容易浸入設備內部，從而產生腐蝕。

2.2 設計制造工藝特點

設計制造工藝特點如下：①元器件及線路設計制造工藝精細，體積小，對外接觸面多，機械強度和耐腐蝕能力低，鹽霧腐蝕產生的速度快，采取腐蝕防護的難度大；②活動接插件多（例如模塊插板），壓接、螺接和彈性接觸形式多，微小縫隙多，接觸面易磨損、老化、易受大氣腐蝕；③電子器件、線路、絕緣體等之間的間隙小，潮濕鹽霧大氣容易形成微電流，形成電化學腐蝕或影響絕緣；④使用銅、鋁及不同金屬合金的連接件多，易產生電偶腐蝕。

3 腐蝕控制技術

3.1 材料選擇

選擇使用耐腐蝕材料，從設備基材上保證一定的腐蝕防護能力。由于電子設備器材、部件材料主要由產品功能、性能及生產工藝決定，因此耐腐蝕材料選擇主要試用機箱、機柜、線路及某些部件殼體等。

3.2 結構形式

采用封閉、密封結構或正壓設計，通過對設備的密封、封閉或干燥氣體的正壓，阻隔或阻擋鹽霧與潮濕性氣體進入設備內部與部件、線路接觸產生腐蝕。

3.3 部件與線路

選用具有防水、防潮、防鹽霧、耐腐蝕能力強的部件。浸涂對水蒸氣和鹽霧隔絕性能好，且附著力好，不影響器件工作性能的材料涂層，對器件殼體縫隙、管腳、引線、焊點、接點、線路板等進行封閉，阻隔鹽霧與潮濕性氣體進入部件內部。焊點、焊縫須充實、平滑、無縫隙或孔隙，螺接、壓接、鉚接面須平整、緊密，連接體和連接件須先進行表面處理再連接，連接體、連接件材料要相容。

對機箱、機柜外部電氣插頭、水插頭，使用密封膠（帶）、密封袋、可剝離防腐膜等進行密封，阻隔鹽霧與潮濕性氣體進入插頭內部。插頭由于需要插、拔維護，不能采取永久性封閉措施。長線（管）路使用密閉且機械性能好、耐腐蝕的電纜、電線或管路，線（管）路兩端使用密封材料進行密封，對有特殊要求和結構的電纜、管路可采取正壓氣體防護措施；短線（管）路使用帶塑料套管并兩端加密封材料密封。

3.4 結構材料表面防腐

通過對機箱、機柜金屬結構表面噴涂耐腐蝕材料涂層，隔絕鹽霧和潮濕性氣體對金屬結構表面的直接接觸，降低腐蝕性氣體的腐蝕性。

3.5 防腐介質

通過使用防銹油、氣相緩蝕劑、吸濕干燥劑、固體薄膜保護劑等介質，對局部空間內的設備或部位進行保護。其中，氣相緩蝕劑是一種常溫下能夠緩慢揮發、釋放出保護性氣體的化學物質。

4 腐蝕環境控制技術

通過除濕、降溫和鹽霧濾除，使電子設備工作在無腐蝕或低腐蝕的空氣環境中，是各種腐蝕防護技術中最簡便、有效、可靠的治本性腐蝕防護措施，適用于各種設備，特別適用于防護要求高、設備數量多且可以集中安放、能夠設置較為密封的工作間、單臺設備采取防護措施難度大的電子設備。

4.1 分離除鹽技術

分離除鹽技術主要有以下幾種。

離心力分離除鹽技術：含鹽空氣進入旋風分離器后，通過旋風氣流對含鹽空氣產生離心力，使較大、重的鹽霧顆粒從氣流中分離出來，撞到旋風式分離器外壁面，在壁面上逐漸匯集形成鹽霧水膜留下。

霧化噴淋除鹽技術：空氣中的鹽霧來自噴淋的水滴，主要依靠霧化的微小水滴與氯離子的相對運動、碰撞、聚集，形成較大的水滴、塵粒，質量增加后沉降于水池中，略小的塵粒、水滴在撞擊到擋水板形成水膜后流入水池中。

超重力分離除鹽技術：超重力除鹽霧的原理是使含鹽空氣中的氯離子和水分在轉子高速旋轉的超重力環境中，經多孔填料產生流動接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米或納米級的微霧、液膜，連續產生巨大的相界面，極大地提高了相間的傳質效率，從而有效地捕捉到空氣中鹽霧顆粒，排出時水、氣分離。

上述三種分離除鹽技術所用設備較多，維護運行較為復雜，費用高，實際生產應用中很少使用。

4.2 鹽霧過濾器技術

原理、特點及使用范圍：通過不同密度抗水型玻璃纖維濾紙網、點狀分隔或熱熔膠分隔技術，將不同粒徑的氯離子捕捉并攔阻到濾網上，具有過濾面積大、運行阻力低、抗氣流沖擊壓力高、使用壽命長等特點。適用于地面各種廠房、設備工作加、儲存間，海上船舶設備工作艙、貨物儲存艙等，對鹽霧腐蝕要氣較高的電子設備或系統。

過濾器風壓：為了保持需要的空氣流量和過濾網安全，過濾器承受的風壓和風阻不能過高。風壓與過濾效率呈正關聯關系，過濾效率越高、風壓越高。因此，在鹽霧過濾系統設計和過濾器選擇時，不可僅追求過濾效率，否則將使過濾器風壓過高，需要增大過濾器面積，進而增加系統投資和維護難度。

5 實際使用操作

實際使用操作時，需要注意以下幾方面問題。

合理選擇耐腐蝕材料，增強設備的耐腐蝕能力。

優化結構設計，在設計之初盡可能地將可能產生腐蝕的情況提前規避。例如，將電子設備結構件形狀設計盡可能地簡單化，從而便于進行防腐蝕處理。因為形狀復雜的結構件會增加結構件表面積，導致與介質接觸面積的增加。同時，煩瑣的結構件也具有大量的死角和縫隙，會造成腐蝕液的沉積，進而提高腐蝕的可能性。結構設計中，充分考慮構件及器件的布局，通過設計坡角，增加導水槽、孔，最大限度地避免水分的積存，從而盡可能地降低或避免殘余水分或冷卻液造成的腐蝕。加強結構設計的密封性，使機箱、機柜等結構件內部能夠完全密封，避免內部結構、器件或設備與外部大氣環境的接觸，從而減少或避免機箱、機柜內部的腐蝕。

選擇使用環境中對應力腐蝕不敏感的金屬材料，在結構設計上盡量降低應力和熱應力集中，避免各種切口、尖角、焊接缺陷的存在，采取退火、噴丸處理等減小殘余應力，從而減緩或防止應力腐蝕。

結構材料表面腐蝕防護。具體方法有：①通過電鍍、化學鍍、噴鍍和熱浸等方法，在金屬表面鍍上一層有良好的化學穩定性的金屬（鍍鎳、鍍鋅等）；②用化學或電化學的方法在金屬表面形成一層致密而穩定的金屬化合物（氧化、鈍化、陽極氧化和磷化等）；③通過噴涂油漆、涂料、礦物質油脂或者噴塑等噴涂方法，將金屬表面與外部環境隔離。

合理利用“三防”涂料（例如聚氨酯清漆），對設備以及器件等進行涂層處理，在此基礎上進行密封及灌封，進而確保電子設備在惡劣條件下進行工作時也具備防潮、防鹽霧的能力。

相連接部位、部件要充分考慮盡量避免不同金屬或合金的選擇，通常電位差在0.25 V 以下的金屬才允許接觸。確需兩種金屬相連接時，要在其間隔區域設計有機絕緣物（橡膠、聚四氟乙烯等），從而避免電偶腐蝕。

通過改善腐蝕環境，如加防護罩、設置空調器等手段，減少腐蝕介質的濃度，控制環境溫度、濕度、鹽霧濃度，從而減緩設備承受的腐蝕。

目前已應用的除鹽霧設備工作原理是空氣在風機作用下，加壓低流速通過過濾組件的聚結濾芯。由于聚結濾芯采用多層極性分子過濾介質，其孔徑是逐層遞增的，空氣分子可以通過濾孔，而微小的水汽液滴則在此逐步聚結成水滴，水汽中的鹽霧分子在通過濾芯后聚結成鹽水滴。這些大分子結構的液滴更加容易與空氣分離。在不斷的聚結作用下，最終在濾芯表面附著，形成鹽粒，從而將空氣中的鹽霧成分去除，最終因重力作用落入集鹽盤。

6 結束語

電子設備的腐蝕防護應該貫穿在設備的設計、生產、使用的全壽命周期內。首先，在設計之初就應該進行充分考慮，包括優化結構設計、密封考慮以及對設備材料的選擇；其次，生產加工過程中，應該加強工藝管控，做好表面處理、表面噴涂以及后期“三防”保護；再次，使用時控制設備所處環境，降低環境中鹽霧濃度；最后，在發現設備腐蝕后，應該盡快進行處理及再防護，避免擴大腐蝕產生惡劣影響。