船用自动化仪表在高盐雾环境下的抗腐蚀能力及应用*

张喜

(重庆川仪速达机电有限公司，重庆 400702)

船用自动化仪表在高盐雾环境下的抗腐蚀能力及应用*

张喜

(重庆川仪速达机电有限公司，重庆 400702)

以船用自动化仪表的实际工况为基础，对船用自动化仪表在盐雾环境中所受到的影响进行分析和研究。根据盐雾腐蚀机理，结合船用自动化仪表功能基础和性能需求，提出了盐雾环境中提高设备抗盐雾腐蚀能力的设计、工艺方案。并应用于X型船用柴油机监测仪表结构上。通过盐雾试验对X型船用柴油机监测仪表的抗盐雾能力进行考核。对降低成本、提高产品实用性和可靠性有着重要意义。

船用;抗盐雾腐蚀;工艺方案

1 船用自动化仪表的影响因素

1.1 船用自动化仪表高盐雾的影响及防护

船用自动化仪表在使用过程中会受到海洋大气、海水飞沫、冲洗甲板、清洗设备时所用海水以及凝结水的侵蚀。在海洋的高浓度盐雾条件下，设备主要会受到以下三方面的影响:①产生电化学腐蚀、加速应力腐蚀和盐在水中电离后形成的酸碱溶液的腐蚀;②由于盐沉积引起的电子装备损坏、导电层产生等绝缘材料和金属腐蚀的电气影响;③机械部件和组件的活动部分阻塞或粘接、由电解作用导致漆层起泡的影响。因此，在设计环节就必须考虑设备在高盐雾条件下抗腐蚀能力。

1.1.1 盐雾腐蚀机理及抗腐蚀能力

大气中盐雾的出现于分布和气候环境条件及地理位置有着密切的关系。在海洋环境中的盐雾，其组成与海洋相似，对设备腐蚀主要是其中有大量氯离子。它对金属的腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀［1］。盐雾的电化学腐蚀过程大致如下:

阳极上，金属由于负电性强(标准电极电位低)容易失去电子而变为金属阳离子，并以水化离子的形式进入溶液，同时把相当的电子留在金属(Me)中。

阴极上，留在阴极金属中的剩余电子，被氧去极化，还原并吸收电子，成为氢氧根离子。

在电解液中，氯化钠离解而生成钠离子(Na+)和氯离子(Cl－)，部分氯离子、金属离子和氢氧根离子反应成金属腐蚀物。

盐雾对金属的腐蚀作用，除了盐雾作为一种电解质加速电池腐蚀过程外，还因为盐雾溶液中主要腐蚀介质为氯离子。氯离子具有很小的水合能，容易被吸附在金属表面，同时氯离子半径很小(只有1.81× 10－10m)，因此具有强的穿透性，容易穿过金属表面氧化层，进入金属内部。然后氯离子排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点上形成可溶性的氯化物，导致这片区域上的保护膜出现小孔，破坏金属的钝化，加速金属腐蚀［2－3］。

1.1.2 盐雾防护分析

盐雾中盐分的显著特点是能从相对干燥的大气中吸附大量水分，尤其在高温高湿的条件下。从盐雾腐蚀的机理中可以看出，当物体表面附着这些含盐水分时，就会长期保持潮湿状态。由于含盐水膜的附着，就加速了金属材料的腐蚀，也降低了电子设备绝缘材料的表面比电阻，是电子设备损坏变质的一个重要原因［4］。

水分中溶解盐具有两个独立侵蚀作用:①腐蚀许多金属和无机材料;②提供一种活性电解质，使不同金属接触时产生电偶腐蚀，并促进具有不同电动势或在不同电压下的金属的电解作用。

通过上述分析，我们对该仪表外壳防盐雾设计的基本原则是:①采用密封结构，选用耐盐雾的金属材料——不锈钢。但是由于不锈钢价格较不同碳钢贵，且不易于加工，因此在实际生产中我们选用碳钢板加表面电镀或热喷涂涂层保护;②元件部件采用相应防护措施，涂覆有机涂层;③不同金属间接触要防止接触腐蚀;④为了保证该外壳盐雾防护的可靠性，还需要进行盐雾试验来验证。

2 X型船用自动化仪表结构防盐雾设计

金属的腐蚀是以电化学方式进行的，其机理分为三类:一是基于原电池腐蚀，盐雾作为一种电解质加速电池腐蚀过程;二是氯离子具有很小的水合能，吸附在金属表面，穿过金属表面氧化层，进入金属内部。然后氯离子排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点上形成可溶性的氯化物，导致这片区域上的保护膜出现小孔，破坏金属的钝化，加速金属腐蚀;三是还受盐雾液滴中的溶解氧影响。

经过以上的分析和对使用环境的调研，针对该仪表外壳，我们采用以下措施防止盐雾腐蚀。

(1)充分考虑密封设计，最大限度地防止海水、湿气及其它腐蚀介质进入和聚集。并且根据密封部分和结构特点选用密封材料和类型，保证整个外壳的密封性能良好。

(2)改善和控制零件的表面质量，提高粗糙度要求，以提高其抗腐蚀能力。大量的实验证明:随着钢板粗糙度等级的提高，钢板涂层耐盐雾能力也会随之提高。表1是钢板粗糙度与耐盐雾性的实验结果。

表1 钢板粗糙度与耐盐雾性的实验结果

为了提高产品的耐盐雾能力，我们首先需要提高钣金零件的粗糙度。如果使用机械抛光，虽然可以将Ra降低到0.01 μm，但是工作量太大，无法保证正常生产需要。所以我们在钣金件焊接成型后，采用电化学抛光提高外壳表面粗糙度，使Ra＜1 μm。电化学抛光可以抛光形状复杂的零件，也能同时抛光很多零件，效率高。

(3)在设计和装配中充分考虑异种金属接触形成的电位差腐蚀，在满足强度和刚度的情况下，尽量选用电位差较小的金属。

我们在设计时均采用优质冷轧钢板作为外壳的材料，一致性好，最大限度地避免了异种金属接触形成的电位差腐蚀。

(4)设备所有外露金属连接件均选用耐腐蚀不锈钢材料。在选用不锈钢材料是也应注意要选择耐海水双向不锈钢，不锈钢在海水中的电位曲线如图1所示。

该数据是国外研究者在实际天然海水中根据实验得到的数据。而不锈钢稳定电位越正，耐局部腐蚀性越好。所以我们在设计时选用HRS－3不锈钢作为外部连接件的材料。

(5)将该自动化仪表的外壳防护工艺定位:落料－成型－焊接－消除应力退火－电化学抛光－电镀彩锌－铬酸阳极化－喷塑。

通过这样的工艺流程，可以最大限度地提高设备外表的盐雾防护能力。同时，为了降低成本，外壳内部的各种钢件只采用镀锌后铬酸阳极化，而不再采用其余工序，这样就大大提高了产品的生产效率，为批量化生产提供了条件。

3 X型船用自动化仪表盐雾试验

由于该仪表不能整体装入盐雾试验机，项目组按照设计方案制作了“缩小版样机”，按照GB/T 2423.17－2008电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法，试验Ka:盐雾标准，使用盐雾试验机对其进行了盐雾试验，试验时间672 h。

试验用FQY盐雾腐蚀试验机见图2所示。

图1 不锈钢在海水中的电位曲线

图2 盐雾试验机

设置试验温度和饱和湿度见图3，4所示。

图5为盐雾试验后，普通碳钢螺钉和不锈钢接插件腐蚀情况。图6为盐雾试验后，不锈钢螺钉无腐蚀情况(外表面)。

图7为盐雾试验后，端面密封处无腐蚀情况。图8为盐雾试验后，螺钉安装处发生锈蚀情况。图9为盐雾试验后，箱体内部干燥，无腐蚀情况。

图3 盐雾试验机设置

图4 盐雾试验中

图5 普通碳钢螺钉和不锈钢接插件腐蚀情况

图6 不锈钢螺钉无腐蚀 情况(外表面)

图7 端面密封处无腐蚀

图8 螺钉安装处发生锈蚀

图9 箱体内部干燥无腐蚀

通过对上述试验结果的分析，项目组将为了对比腐蚀效果而安装的普通螺钉更换为了不锈钢螺钉;在外壳外表面安装螺钉时，采用加装密封垫圈或垫片。完成以上改进后，再次进行盐雾试验效果如图10，11所示。

图10 箱体无腐蚀

图11 箱体内部干燥、无腐蚀

图4～11为盐雾试验后船用自动化仪表结构及各个部件的状态。通过以上试验，证明该船用自动化仪表防盐雾设计是成功的，具有很高的实用价值。同时该产品已成功交付用户使用。

4 结语

根据盐雾腐蚀机理，结合船用自动化仪表功能和性能需求的基础上，提出了盐雾环境中提高设备抗盐雾腐蚀能力的设计、工艺方案。并应用于X型船用柴油机监测仪表结构上。通过盐雾试验对X型船用柴油机监测仪表的抗盐雾能力进行考核。对降低成本、提高产品实用性和可靠性有着重要意义。

［1］ 电子科学院.电子设备三防技术手册［M］.北京:兵器工业出版社，2000.

［2］ 孙秋霞.材料腐蚀与防护［M］.北京:冶金工业出版社，2001.［3］ 梁成浩.金属腐蚀学［M］.北京:机械工业出版社，1999.

［4］ 丁小东.浅谈电子设备的三防设计［J］.腐蚀与防护，2001，22 (6):260.

Corrosion Resistance and Application of Marine Instrument in High Salt Fog Environment

ZHANG Xi
(Chongqing Chuanyi Suda Electronics＆Machinery Co.，Ltd，Chongqing 400702，China)

Based on marine instrument actual working，the effects on marine instrument are analyzed and researched in salt fog environment.According to the salt spray corrosion mechanism，combining basic marine instrument functional and performance requirements，the design and process scheme are presented to improve salt fog corrosion resistance ability of equipment in the salt fog environments and is applied to X type marine diesel engine monitoring instrument structure.The assessment of salt fog corrosion resistance is given through the salt spray test.It could reduce costs and improve product availability and reliability.

marine;salt fog corrosion resistance;process scheme

TH122

A

1007－4414(2013)05－0099－03

2013－08－23

张 喜(1981－)，男，重庆人，工程师，主要从事船用自动化仪表的结构设计工作。