机载电子设备结构单元的防腐蚀设计*

张巧凤

(航空工业计算所，陕西 西安　710065)

0　引　言

腐蚀是造成电子设备性能降低、器件失效、设备故障、甚至完全丧失功能的主要原因，温度、湿度、盐雾、霉菌、日照、雨淋等气候条件和环境因素都会对电子设备腐蚀产生重大影响[1]。处在盐雾、湿热、霉菌等恶劣环境条件中的机载电子设备，设备中的金属材料很容易受到腐蚀破坏，严重影响设备的性能和使用寿命。为了提高设备的性能和使用寿命，在机载电子设备结构单元设计过程中进行防腐蚀设计很有必要。

1　机载电子设备结构单元

机载电子设备结构单元包括机箱、安装架和模块安装框等，均由金属材料加工而成。机箱为安装在其内部的模块提供安装的机械接口和电气接口，同时提供连接器安装功能和整机安装功能，还为模块提供电磁屏蔽和散热等功能，安装架一般配合机箱使用。模块安装框为模块提供加固、散热、对外安装接口等功能。

2　腐蚀的原理

材料受环境介质的化学作用而发生性能下降，状态改变，直至损坏变质，就是腐蚀。金属与周围环境之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质称为金属腐蚀。按照腐蚀机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀主要为金属在无水的液体和气体以及在干燥气体中的腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电介质发生电化学反应引起的破坏。物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用引起的破坏[2]。

3　防腐蚀设计

机载电子设备结构单元的腐蚀一般为电化学腐蚀。设计时，主要从以下三个方面进行防腐蚀设计。

3.1　材料选用

材料选用是防腐蚀设计的基础，在一般大气环境中，结合力学特性，通常以铝合金和钢铁作为结构材料，机载电子设备结构单元的材料选用如表1所示。

铝合金密度低、强度高、塑性好，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。采用热处理和表面处理后可获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。

不锈钢和合金结构钢均属于钢铁，由于其密度高，一般只用在标准件和通用件中。

3.2　表面防护

虽然金属表面会形成一层天然的保护膜，但是其还不能达到防腐蚀的效果。因此，在零件加工完成后，都要对其表面进行防护，提高产品的防腐蚀性。

3.2.1表面处理

使用最多的铝合金的表面处理技术主要是金属表面转化膜技术，分为化学氧化处理和阳极氧化处理两种。不锈钢的表面处理主要是钝化。

根据标准MIL-DTL-5541F《铝和铝合金的化学转化膜》，化学氧化处理可以通过168 h的盐雾试验。根据标准MIL-A-8625F《铝和铝合金阳极氧化膜》，阳极氧化处理可以通过336 h的盐雾试验。根据标准AMS-QQ-P-35《不锈钢的钝化处理》，钝化处理可以通过至少2 h的盐雾试验。

对五种不同型号的铝合金试样分别进行了一种化学氧化，即alodine1200 s，和一种阳极氧化，即硫酸阳极氧化(类型II)处理，对不锈钢试样进行了钝化处理，并进行了盐雾试验，经过alodine1200 s处理的铝合金试样最低通过了96 h的盐雾试验，经过硫酸阳极氧化(类型II)处理的铝合金试样均通过了336h的盐雾试验，经过钝化处理的不锈钢试样均通过了192 h的盐雾试验。

从标准分析和试验研究可以得出：对于腐蚀要求高的铝合金零件，一般选用阳极氧化表面处理。对于腐蚀要求低的铝合金零件，一般选用化学氧化表面处理。不锈钢零件，一般选用钝化表面处理。

3.2.2喷漆

在机箱的外表面，通常还需要进行喷漆处理，以进一步提高其耐腐蚀性。喷漆采用底漆和面漆等多层喷漆对机箱表面进行有效的防护。喷漆表面可以对环境中的腐蚀介质进行隔离，防锈漆还可以对金属表面的腐蚀进行抑制。

3.3　结构设计

3.3.1结构设计原则

在结构设计时，应遵守简单原则。减少尖角的设计，尽量使用圆角。减少死角的设计，防止水分的聚集。零件形状尽量简单，减少表面与腐蚀介质接触的面积，避免腐蚀的发生。设计的零件结构还应该利于表面处理和喷漆，同时减少应力集中。

3.3.2防止电偶腐蚀

当两种有电位差的金属直接接触并处于同一电解液中时，就可有能发生电偶腐蚀。因此，不同金属和合金应避免直接接触，不得不接触的情况下，应采取措施降低其电位差。

3.3.3排水孔的设计

有些设备表面有可能有雨水等液体的聚集，因此，在液体容易聚集的结构处，设计排水孔，以便液体的排出，如图1所示。

有些设备内部会由冷凝水的聚集，所以也应设计有排水孔，以利于冷凝液体的排出。

3.3.4密封设计

在上盖板、下盖板、面板和箱体连接的地方，采用导电密封条进行密封设计，如图2所示，以防止腐蚀介质进入设备内部，提高设备的耐腐蚀性。在螺钉连接处，进行涂胶处理，也能起到防止腐蚀介质进入的作用，起到防腐蚀作用。

图1　排水孔设计　　　　图2　导电密封条设计

4　结　语

防腐蚀设计是机载电子设备结构单元设计的重要组成部分。选用零件材料时，根据力学特性和防腐蚀性能综合考虑，以铝合金和不锈钢为主。根据不同的环境条件和防腐要求，选择不同的表面防护技术，对于铝合金材料，防腐要求高的条件下，一般选用阳极氧化处理，防腐要求低的条件下，一般选用化学氧化处理，对于不锈钢材料，一般选用钝化处理。在结构设计时，应遵守简单原则，减少尖角、死角和应力集中，并防止电偶腐蚀，同时结合排水孔设计和密封设计。