DJB-823保護(hù)劑對典型航空電連接器 腐蝕行為的影響

戰(zhàn)貴盼，譚曉明，張丹峰，曾柯鴻

（海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041）

海軍飛機(jī)（尤其是艦載機(jī)）要經(jīng)常遭受鹽霧、高溫高濕、海浪飛濺、海洋季風(fēng)雨和SO2氣體等嚴(yán)酷服役環(huán)境的侵蝕作用[1-3]。電連接器殼體腐蝕、插針斷針、電氣性能下降和斷路等腐蝕故障多發(fā)頻發(fā)[4-5]，導(dǎo)致維修負(fù)擔(dān)明顯增加，戰(zhàn)備完好性劣化，任務(wù)成功率降低，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性事故[6]。由此，電連接器的腐蝕問題應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。

使用緩蝕劑是飛機(jī)腐蝕防護(hù)的重要手段[7-10]。DJB-823保護(hù)劑是一種適用于電子電氣產(chǎn)品的緩蝕劑，是以潤滑劑和金屬緩蝕劑相結(jié)合的一種人工合成有機(jī)新材料[11-12]，具有優(yōu)良的防護(hù)性能，可有效提高金屬的抗腐蝕能力。彭孝權(quán)[11]和黨喜龍[13]認(rèn)為，DJB-823保護(hù)劑可以大量應(yīng)用于電子產(chǎn)品，對電氣性能影響很小，可以有效提高電子產(chǎn)品抗腐蝕能力，延長使用壽命。鄭秋麟等[14]通過對噴涂DJB-823保護(hù)劑的鋁合金導(dǎo)電性能進(jìn)行的分析研究表明，DJB-823保護(hù)劑能有效提高鋁合金耐蝕性能。但是，以上研究均沒有深入分析DJB-823保護(hù)劑對電連接器的緩蝕機(jī)理和定量表征DJB-823保護(hù)劑的緩蝕程度。

文中以海軍飛機(jī)典型電連接器為研究對象，在實驗室條件下開展噴涂和未噴涂DJB-823保護(hù)劑的對比酸性鹽霧試驗，通過掃描電鏡微觀分析揭示微觀機(jī)理，以孔蝕率、腐蝕速率和接觸電阻為指標(biāo)參數(shù)，定量表征電連接器的腐蝕行為，分析DJB-823保護(hù)劑對典型航空電連接器腐蝕行為的影響，為現(xiàn)役飛機(jī)腐蝕維修提供技術(shù)支持。

1 試驗研究

1.1 試驗件制備

試驗對象為典型鋁合金電連接器，型號為AF24- 10，如圖1所示。制備過程如下：用剝線鉗截取相同長度的耐高溫絕緣航空導(dǎo)線，并且在兩端準(zhǔn)備好適當(dāng)長度的線頭；在靠近一端處套上打印好標(biāo)記的熱縮管，并進(jìn)行熱縮處理；在工作臺上用電烙鐵將導(dǎo)線另一端與插針插孔的接線端進(jìn)行焊接處理，完成試驗件的制備工作；試驗件完成導(dǎo)線焊接后進(jìn)行分解，將電連接器零部件和焊接好導(dǎo)線的插針插孔放入無水乙 醇中進(jìn)行超聲清洗15 min，自然風(fēng)干后重新裝配，以備腐蝕試驗。

圖1 制備的AF24-10電連接器試驗件 Fig.1 Test piece of AF24-10 electrical connector prepared

1.2 試驗方法

為了研究DJB-823保護(hù)劑對電連接器的緩蝕作用，開展對比酸性鹽霧試驗，其中噴涂和未噴涂DJB-823保護(hù)劑的電連接器各5件。噴涂保護(hù)劑時，首先將電連接器清洗干凈，噴涂前搖晃瓶身數(shù)次，噴涂的保護(hù)劑膜應(yīng)當(dāng)薄且均勻，噴涂后自然風(fēng)干。

1.2.1 酸性鹽霧試驗

試驗條件：溫度為40 ℃，5%NaCl溶液，pH為4.0±0.2，鹽霧沉降量為(1～2) mL/(h·80cm2)[15]，每個試驗周期噴霧時間為48 h。試驗過程中每隔24 h檢測溶液pH值各一次，確保溶液pH值符合試驗標(biāo)準(zhǔn)要求。

每個試驗周期結(jié)束后對試驗件進(jìn)行清洗，去除腐蝕產(chǎn)物，利用掃描電鏡分析得到腐蝕微觀形貌，采用毫歐計測量接觸電阻。

1.2.2 孔蝕率

腐蝕坑是金屬腐蝕最常見的腐蝕形貌，通過對腐蝕坑數(shù)目及面積的測量，可以得到金屬的腐蝕程度。采用文獻(xiàn)[16]提出的圖像處理技術(shù)，運(yùn)用Matlab軟件對試件腐蝕圖像進(jìn)行中值濾波、灰度值變換、模糊增強(qiáng)等處理，提取出腐蝕信息，對金屬的腐蝕程度進(jìn)行量化處理得到其孔蝕率。表示孔蝕率的計算公式見式（1）。

式中：n為腐蝕圖像中蝕坑的像素點(diǎn)數(shù)目；N為腐蝕圖像的總像素點(diǎn)數(shù)目。

另為表征保護(hù)劑對電連接器的防護(hù)作用，計算噴涂保護(hù)劑后試件孔蝕率降低率X，由式（2）表示，進(jìn)而更直觀地觀察保護(hù)劑對電連接器的影響。

式中：pn和pm分別表示無保護(hù)劑和有保護(hù)劑試件孔蝕率，取均值計算。

1.2.3 腐蝕速率

為了進(jìn)一步表征保護(hù)劑對電連接器腐蝕防護(hù)作用，定義腐蝕速率參數(shù)，如式（3）所示：

式中：Δp表示孔蝕率的變化量；ΔT表示試驗周期的時間變化量。根據(jù)腐蝕試驗的實測數(shù)據(jù)，按照式（3）分別計算未噴涂與噴涂保護(hù)劑的電連接器插針頭部、插針中部以及插孔頭部的腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀腐蝕形貌

采用掃描電子顯微鏡對電連接器插針進(jìn)行微觀腐蝕形貌分析。初始時電連接器插針微觀形貌如圖2a所示，腐蝕48 h 后，未噴涂和噴涂保護(hù)劑電連接器插針的腐蝕微觀形貌如圖2b、c所示。

當(dāng)酸性鹽霧腐蝕48 h，對于未噴涂緩蝕劑的電連接器，插針表面粗糙不平，出現(xiàn)明顯的蝕孔和鼓泡現(xiàn)象，如圖2b所示；而對于噴涂保護(hù)劑的電連接器，插針表面只有少量的起泡以及灰白色顆粒狀腐蝕產(chǎn)物，并未發(fā)現(xiàn)明顯的孔蝕現(xiàn)象，如圖2c所示。所以，通過電連接器插針的微觀形貌分析可知，保護(hù)劑對電連接器腐蝕有明顯的抑制作用。

圖2 電連接器插針微觀形貌 Fig.2 Micromorphology of electrical connector pins: a) No corrosion; b) Corrosion for 48 h (without the protective agent); c) Corrosion for 48 h (with the protective agent)

圖3 電連接器孔蝕率變化規(guī)律 Fig.3 Change rules of the pitting factor of electrical connector: a) Pin head; b) Middle of pin; c) Jack head

圖4 接觸電阻 Fig.4 Contact resistance

2.2 孔蝕率

有無823保護(hù)劑的電連接器插針頭部、插針中部以及插孔頭部的孔蝕率變化情況如圖3所示。從圖3可以看出，電連接器腐蝕的孔蝕率與酸性鹽霧腐蝕時間基本呈線性關(guān)系。在腐蝕初期，未噴涂和噴涂保護(hù)劑電連接器孔蝕率差別不大，前者略大于后者。在腐蝕中后期，兩者差別越來越大，前者明顯大于后者。經(jīng)分析可知，保護(hù)劑使得電連接器接觸件腐蝕程度降低了大約24%～37%，其中對插針和插孔頭部腐蝕防護(hù)作用尤為明顯，對插針中部的腐蝕防護(hù)作用次之。

2.3 腐蝕速率

未噴涂保護(hù)劑腐蝕速率：

Ka=0.000 94，Kb=0.000 91，Kc=0.000 85

噴涂保護(hù)劑腐蝕速率：

Kaa=0.000 669，Kbb=0.000 59，Kcc=0.000 61

式中：Ka、Kb、Kc分別表示未噴涂保護(hù)劑的插針頭部、插針中部以及插孔頭部的腐蝕速率，Kaa、Kbb、Kcc表示噴涂保護(hù)劑的插針頭部、插針中部以及插孔頭部的腐蝕速率，代表孔蝕率變化的平均值。

通過對比分析可知，保護(hù)劑使得電連接器插針頭部、插針中部以及插孔頭部的腐蝕速率分別降低了26.6%、35.2%和28.2%。

2.4 接觸電阻

接觸電阻增加是電連接器失效的主要表現(xiàn)[17-18]。接觸電阻的測量一般采用接觸電阻-毫伏法。在測量時，要保證導(dǎo)線平直，每次測量3組數(shù)據(jù)，取平均值。未噴涂和噴涂保護(hù)劑電連接器的接觸電阻變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可知，未發(fā)生腐蝕時，噴涂保護(hù)劑的電連接器接觸電阻略大于未噴涂保護(hù)劑的電連接器。噴涂保護(hù)劑的電連接器接觸電阻值上下波動較小，試驗前后相差大約0.25 mΩ，腐蝕試驗時間為336 h，接觸電阻僅為1.31 mΩ。未噴涂保護(hù)劑的電連接器接觸電阻值腐蝕試驗前后變化較大，差值約為1.4 mΩ，而且隨著腐蝕時間的增長，接觸電阻增長速率越來越大。試驗336 h，接觸電阻達(dá)到2.5 mΩ左右，基本達(dá)到失效的狀態(tài)[19-20]，可見保護(hù)劑的腐蝕防護(hù)作用明顯。

3 結(jié)論

通過對未噴涂和噴涂DJB-823保護(hù)劑的AF24-10型鋁合金電連接器開展酸性鹽霧對比試驗，得到如下結(jié)論：

1）在酸性鹽霧環(huán)境下，電連接器孔蝕率隨時間呈線性增長規(guī)律，保護(hù)劑使得電連接器孔蝕率降低了24%～37%。

2）保護(hù)劑使得電連接器插針頭部、插針中部以及插孔頭部的腐蝕速率分別降低了26.6%、35.2%和28.2%。

3）保護(hù)劑能有效保證電連接器腐蝕試驗前后接觸電阻變化不大，增幅僅為0.25 mΩ，未噴涂保護(hù)劑的電連接器鹽霧腐蝕336 h，接觸電阻增大到2.5 mΩ，達(dá)到失效臨界狀態(tài)。因此，DJB-823保護(hù)劑對酸性鹽霧條件下AF24-10型鋁合金電連接器的腐蝕防護(hù)作用明顯。

對于現(xiàn)役飛機(jī)電連接器腐蝕防護(hù)措施建議如下：電連接器要盡量采取適當(dāng)?shù)拿芊獯胧苊庵苯颖┞对诖髿猸h(huán)境中，隔離電連接器與鹽分等腐蝕介質(zhì)的接觸；定時清洗、去除電連接器表面（尤其是插針和插孔處）含鹽介質(zhì)；定期噴涂DJB-823保護(hù)劑。