野外电子设备“三防”结构与工艺设计

陆玉姣

（机械工业第三设计研究院，四川 重庆 400039）

0 引言

野外电子设备通常用于车载、舰载或者固定塔台等野外环境中，其服役的环境一般具有高温、高湿、高盐雾（“三高”）等特点，电子设备的许多性能的改变与环境因素有直接的关系，比如导电性、磁导通、电磁屏蔽性能；电子设备故障中有80%与环境因素有关[1]。分析电子设备的发展趋势，越来越多的电子设备要求能全天候高可靠性的在各种恶劣环境下使用。因此，“三防(防潮湿、防霉菌、防盐雾)”设计对于野外使用电子设备是至关重要的。

1 “三高”环境对野外电子设备的影响

1.1 湿度、温度的影响

当金属暴露在室外遭到大气沉降物（雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等）的直接降落、周期浸水以及由于空气中水分的凝结等原因，其表面易形成约1μm～1m m厚的可见水膜（电解液膜）；另外，由于金属表面对水分子的吸附作用，金属表面上吸水性化合物的吸湿作用以及金属表面的窄缝、孔隙、固体颗粒之间的缝隙等所起的毛细作用，使得水蒸气聚集在金属表面形成水气膜，厚度为2～40水分子层。这些水膜都会导致电化学腐蚀的发生[2]。图1为腐蚀速度与金属表面水膜层厚度的关系图，从图中可以看出区域Ⅱ和区域Ⅲ是腐蚀速度最快的区域，可以看出空气湿度对金属的腐蚀速度有很大影响。

1.2 霉菌的影响

霉菌的影响体现在两个方面。一方面它能吸取和分解有机材料中的某些成分作为养料，破坏材料结构、降低材料性能；另一方面有些霉菌通过代谢分泌出来某些有机酸，例如碳酸、草酸、醋酸等，这些有机酸都会对金属产生腐蚀作用。

1.3 盐雾的影响

盐雾由含盐的特别细小的液滴组成，它处于一种雾化状态。大气中的盐雾主要来自海上和内陆盐碱湖等。盐雾中含有大量的氯化钠，对金属有很强的腐蚀作用。附着在绝缘物质表面，会大大降低其表面电阻，如果被绝缘体吸收，则会降低绝缘体本身的电阻。

2 “三防”设计与工艺

2.1 正确选用材料

正确、合理地选用材料是“三防”设计的基础。材料的“三防”能力主要取决于材料本身的性质，在不能满足防护要求时则必须对材料表面实施镀涂保护。对于直接暴露在大气中的零件，应该选用耐蚀钢、不锈钢、铝合金等材料。

选用材料时，必须清楚材料的腐蚀机理和相容性，避免出现危险性大的腐蚀形式，防止材料间相互作用引起腐蚀和老化。金、铬、镍、钛及钛合金、铝合金、铜合金和不锈钢等都有好的耐腐蚀性。从经济性考虑，一般选用铝合金、不锈钢和优质碳素钢等。有更高要求可采用镀覆金属层和涂覆非金属层联合保护。

2.2 “三防”结构设计

“三防”结构设计应遵循以下原则：

1）设备结构外形应尽可能简单。

2）避免沟槽等易积水和冷凝液结构。

3）结构缝隙是无法全部避免情况下，采用人为密封方式进行处理。例如，采用刮腻子、喷涂底漆、涂抹密封胶等手段。

4）避免结构棱角过于尖锐，如果零件形状发生改变时，保证足够圆角过渡。

5）产品应做好密封，如果考虑通风或者无法做到全密封，对设备要应采取排水措施，排水孔应不小于直径6mm。

6）电路板在设计时应尽可能考虑垂直放置，如果因为结构空间原因必须水平放置时，应提高母板的结构强度，避免形成积水面。

7）不同金属接触时，控制电位差不大于0.5V[4]。

8）对于密封和通风都有很高要求的设备，应该将散热通风孔布置在设备底部，禁止布置在顶部，如果布置于侧面可通过外加挡雨檐等方式处理。

2.3 “三防”工艺

通过材料改性和表面镀涂使得设备的“三防”性能进一步提升。

对金属材料进行冷、热加工和热处理工艺等改性处理，可改善材料内部组织、消除应力从而提高材料的耐蚀性能。另外，对于焊接件，可通过合理选择焊接工装、参数、次序等工艺措施来减小焊接应力引起的结构形变，减少残余应力造成的晶间腐蚀。

通过材料表面镀涂可以在设备及其零件表面生成一层金属镀层或非金属涂层，达到与周围介质隔离的目的，从而起到了防护作用。

“三防”镀涂工艺应遵循以下原则：

1)镀涂层适用条件必须与设备使用环境条件相适应，因为各类镀涂层都有允许的使用条件和范围。

2)不同镀涂层之间要相容。

3)零件和设备的表面光洁度要满足镀涂工艺要求。

4)尽可能选用成熟的镀涂工艺，如采用新工艺，必须进行充分的试验验证。

3 应用举例

图2所示为一款某型号电子设备的控制系统机箱。机箱的表面整体采用酸洗、磷化、静电喷涂户外塑粉达到防潮、防盐雾的效果，内部的PCB电路板均喷有“三防”漆。

各个箱门与箱体体之间全部装有密封垫，通过弹簧锁关闭箱门是压紧密封垫，从而避免积水，消除缝隙。万一有雨水浸入，通过排水槽也可以将雨水导出。上翻小门开启，方便操作面板操作；小门关闭时，同样通过压紧密封垫实现密封。另外，防雨檐可以起到双重保护的作用。

将电连接器布置在机箱底部，利于防水、防潮，连接器选用自身防水等级较高的，进一步提高防水、防潮效果。

4 结束语

目前，对野外设备的可靠性要求越来越高，而设备的“三防”性能直接决定着设备可靠性的高低。因此，不断提高野外电子设备的“三防”性能，是今后野外电子设备研发、生产单位及相关人员关注的重要课题。与“三防”有关的新材料、新工艺和新结构不断出现，如何实现工程化也是一个函待解决的问题。

[1]范民，周广宴.军用电子设备整机三防技术研究[J].装备环境工程，2009，6：72.

[2]邱成悌.电子设备结构设计原理[M].东南大学出版社，2005：408.

[3]吴晗平.舰载电子设备可靠性与环境防护技术[J].环境作用机理与防护，2004，1：42.

[4]李国宏.电子设备三防设计的理论及应用[J].电源技术应用，2010，6：59.