艦載電子裝備酸性鹽霧試驗方案研究

史亮，張倩，谷慶豐，馬瑤，金明達

（中國電子科技集團公司第五十二研究所，杭州 311121）

引言

海洋中的鹽霧環境是造成艦載電子裝備發生腐蝕的主要原因，將影響艦載電子裝備運行的可靠性、安全性和穩定性，對遂行使命任務造成不利影響。因此，國內艦載電子裝備在正式裝船前通常依據GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》[1]開展相關試驗驗證工作。但隨著對海洋探索的深入，逐漸發現傳統的鹽霧試驗方法和驗證指標與海洋實際惡劣環境還存在差異，無法充分考核艦載電子裝備的耐腐蝕能力。即便是通過了鹽霧試驗的產品，在實際使用中仍然出現了銹蝕等腐蝕現象[2]。

本文對艦載電子裝備所處的實際鹽霧環境進行分析，對比現行鹽霧試驗方法，提出了一種基于酸性大氣和鹽霧雙重環境應力疊加的酸性鹽霧試驗方案，并在本單位樣機上進行了試驗驗證，可為艦載電子裝備環境試驗考核提供參考。

1 艦載電子裝備鹽霧環境分析

艦載電子裝備通常安裝于艦表和艙室內部，除了我們常規認知的高鹽、高濕和高溫環境外，還會受到酸性大氣的影響。這是由于艦船主要采用船用柴油或重油等化石燃料，經過高溫燃燒后產生的廢氣中含有SO2、NO2等高水溶性酸性氣體，在海洋高鹽、高濕環境下，會形成腐蝕性極強的酸性水汽，即在局部富集形成酸性鹽霧環境[3]。

美國道格拉斯航空公司（Douglas）曾對美軍4 艘大型水面艦艇艦面裝備表面濕氣液膜進行pH 值測試，結果表明均含有硫酸根離子（SO42-），且呈現較強酸性，pH 值在2.4 到4.0 范圍內，具體如表1 所示。

表1 美軍艦艇艦面裝備表面液膜pH 值統計表

由此可見，由于化石燃料燃燒后廢氣的作用，艦載電子裝備所處的鹽霧環境不同于一般的中性鹽霧環境，呈現出典型的酸性鹽霧特點，會顯著加劇對艦載電子裝備的腐蝕。

2 鹽霧試驗現行標準分析

目前國內軍用艦載電子裝備主要依據GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》開展鹽霧試驗考核工作，此外，類似相關標準還包括GJB 4.11-1983《艦載電子設備環境試驗鹽霧試驗》[4]，上述兩項標準規定的鹽霧試驗條件如表2所示。

表2 鹽霧試驗條件對比表

根據GJB 150.11A-2009 中“3 目的和應用”章節所述，該試驗目的在于考核被試件材料的裝飾層、保護層和覆蓋層的防護有效性，即被試件表面層耐受鹽霧環境的穩定性，測定裝備在面對鹽的沉積物時，其自身物理性能和電氣性能的變化情況及穩定性。該試驗適用于考核暴露于含鹽量高的大氣環境中的裝備及其材料表面用于保護其結構完整性的裝飾層、保護層和覆蓋層的工藝質量和防護有效性，通過試驗檢驗定位可能存在的問題區域，識別發現在設計環節和質量控制環節可能存在的缺陷，也可用于材料的對比優選。此外，在“3.3 限制”章節中，特別說明了因為海洋環境的化學組成和濃度與本試驗不盡相同，因此該試驗不能重現海洋大氣環境的影響，也不能證明裝備在經受住該鹽霧試驗考核后，亦可經受住所有其他腐蝕環境中的腐蝕破壞。從上述描述可知，該標準制定初衷并不針對海洋大氣環境，而是一種趨于面向中性酸堿度的鹽霧試驗標準，未提出對于海洋大氣環境這種復雜環境的特殊性要求，僅在“4.3.3 試驗持續時間”章節中提出“可以通過增加本試驗的循環次數和時長，來提高對裝備耐受腐蝕環境能力評價的準確性和科學性，提高本試驗考核評價的置信度，提出了可采用48 h 噴鹽霧和48 h 干燥的試驗程序。”但標準中也并未給出具體可供參考的量化數值，僅提出了一種定性的延長試驗周期的加嚴方式。

GJB 4.11-1983 編制時間較早，該標準主要規定了艦載電子裝備的元器件和零部件的鹽霧試驗要求，在艦船電子設備總體技術條件、研制總要求或產品標準等技術文件中可選取相應部分作為基礎和依據。該試驗目的在于考核艦載電子元器件和零部件的抗鹽霧腐蝕能力是否滿足設計要求，主要用于評定金屬涂覆保護層的工藝質量和防護有效性，特別適用于對相類似的金屬涂覆保護層進行比較試驗驗證。

由表2 試驗條件及分析可知，目前國內軍用艦載電子裝備鹽霧試驗所依據的常用標準中規定的試驗條件均屬于中性鹽霧試驗（pH 值：6.5 ～7.2），標準中明確說明了本試驗的化學組成和濃度與實際海洋環境不盡相同，因此不能重現海洋大氣環境的影響，僅在標準“4.3.3 試驗持續時間”章節中建議根據實際情況適當延長試驗進行時間，但由于缺乏必要的試驗和數據支撐[5]，也并未給出具體可供參考的量化數值。

因此，現行鹽霧試驗標準并不能科學全面地考核被試艦載電子裝備在實際海洋環境下的耐腐蝕能力，也就不難解釋為何在在實驗室通過中性鹽霧試驗考核的產品在隨艦暴露試驗中出現銹蝕腐蝕的情況。

3 酸性鹽霧試驗方案研究

根據前文的分析，由于實際海洋艦載環境呈現出典型的酸性鹽霧特點，傳統的中性鹽霧試驗方法和驗證指標無法充分考核艦載電子裝備的耐腐蝕能力，即便是通過了中性鹽霧試驗的產品，在實際使用中仍然出現了銹蝕等腐蝕現象。有鑒于此，研究探索提出了一種基于酸性大氣和鹽霧雙重環境應力疊加的酸性鹽霧試驗方案。

本文提出的酸性鹽霧試驗方案主要基于將GJB 150.28-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第28部分：酸性大氣試驗》[6]和GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》有關試驗條件和考核指標進行融合以盡可能還原實際海洋艦載環境，重點分析對GJB 150.28-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第28 部分：酸性大氣試驗》的裁剪應用。GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》前文已有詳細描述，故不再進行分析。

GJB 150.28-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第28 部分：酸性大氣試驗》的目的是考核裝備材料和表面涂覆保護層在酸性大氣環境下的耐受程度和穩定性，可適用于在工業區或燃燒廢氣附近貯存和使用的裝備。在標準“4.3.3 試驗持續時間”章節中，提出面對在艦船煙囪等的高酸度廢氣附近的暴露情況，可采用噴霧2 h，貯存7 天為一個循環，共4 個循環的試驗方案。在標準“4.3.4 試驗溶液”章節中，提出對標我國酸雨環境最為嚴酷地區的pH 最低值，即將pH 值設置為4.02。標準中其它試驗條件（如溫度等）與GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》均一致。

綜合考慮美軍大型水面艦艇艦面裝備表面濕氣液膜pH 值測試結果和我國實際情況，對試驗溶液pH 值修正為3.5±0.5，試驗持續時間修正為192 h（4 個循環），噴霧方式為24 h噴霧+24 h干燥，最終試驗條件歸集如下：

1）鹽溶液：濃度（5±1）%；

2）pH 值：3.5±0.5；

3）鹽霧沉降率：1 ～3（mL/(80 cm2.h)）；

4）試驗溫度：（35±2）℃；

5）噴霧方式：24 h 噴霧+24 h 干燥；

6）試驗時間：192 h（4 個循環）。

4 試驗驗證與結果分析

4.1 試驗驗證

為驗證上述酸性鹽霧試驗方案的有效性和科學性，本單位于2021 年12 月至2022 年12 月期間開展了對比分析試驗，包括第一階段（實驗室環境試驗）和長達近一年的第二階段（隨艦出海航行試驗），主要試驗步驟和試驗情況如下：

第一階段（實驗室環境試驗）：

1）選取A、B 兩種接受不同表面處理的樣件各5 件，要求上述10 件樣件外形尺寸完全一致；

2）分別對其編號A1 至A5 和B1 至B5，獨立裝入抽真空塑料袋中待用；

3）取出A1、B1 樣件根據GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11 部分：鹽霧試驗》進行試驗，試驗結果見表3；

表3 第一階段（實驗室環境試驗）對比試驗驗證匯總表

4）取出A2、B2 樣件根據本文所述酸性鹽霧試驗方案進行了試驗，試驗結果見表3。

表3第一階段（實驗室環境試驗）對比試驗驗證匯

第二階段（隨艦出海航行試驗）：

1）取出A3、B3 樣件并排固定于艦船煙囪下風口桅桿處，試驗結果見表4；

表4 第二階段（隨艦出海航行試驗）對比試驗驗證匯總表

2）取出A4、B4 樣件并排固定于艦尾直升機庫內，試驗結果見表4；

3）取出A5、B5 樣件并排固定于艦員生活艙內，試驗結果見表4。

4.2 結果分析

經試驗驗證，B 類樣件經傳統中性鹽霧試驗考核合格，但未通過酸性鹽霧試驗考核的情況下，實際上艦后出現了銹蝕情況，且銹蝕嚴重程度與所處局部環境的酸性成正比；A 類樣件經酸性鹽霧試驗考核合格，實際上艦后，在試驗期內保持外觀、結構完好，無銹蝕。

通過上述對比試驗結果分析，可以看出本文提出的酸性鹽霧試驗方案在一定程度上較之傳統的中性鹽霧試驗方案更接近于艦載電子裝備所處的實際海洋環境，可以更加科學全面地考核被試艦載電子裝備的耐腐蝕能力，為有關艦載電子裝備環境試驗考核提供參考。

5 結束語

近年來，我國船舶工業領域取得了長足發展，越來越多的中大型遠洋艦船遠赴大洋深處開展科考、航運、搜救、護航、演訓等任務，艦載電子裝備直接面對海上酸性鹽霧環境的嚴酷考驗。一旦失效，輕則裝備發生故障導致任務失敗，重則甚至會影響艦船航行安全。因此，研究完善基于海洋環境的酸性鹽霧試驗方案，科學考核艦載電子裝備的腐蝕防護能力具有很強的現實意義和理論價值，可為相關艦載電子裝備環境試驗考核提供參考。