机载统型模块防腐性能研究

张红娟 南雁 乔平 朱光辉 刘谦文

摘 要：本文从模块设计、结构件原材料选用和表面处理方式选择三方面介绍了如何设计、如何选择满足要求的原材料和表面处理，以满足模块防腐性能要求。通过实际验证，综合考虑外观质量、三防性能、导电性能、散热性能、工艺成熟稳定性、生产成本等因素，建议机载统型模块结构件使用防锈铝5A06加工，表面处理选择所有面进行导电氧化，外表面喷涂三防漆。

关键词：统型模块;耐蚀性;模块设计;原材料;表面处理

Anti-corrosion Performance Discussion of Airborne Integrated Module

Zhang Hongjuan Nan Yan Qiao Ping Zhu GuangHui Liu QianWen

Xi'an Aeronautics Computing Technique Research Institute ShanxiXi'an 710068

Abstract：This paper introduces how to design，how to select the raw materials and surface treatment method to meet the requirements of anti-corrosion performance of the airborne integrated module.This analyses from three aspects：module design，selection of raw materials for structural parts and selection of surface treatment method.Through practical verification，considering the appearance quality，protection properties，conductivity performance，heat dissipation performance，mature and stable process，production cost and other factors，it is recommended that the structural parts of airborne integrated module be processed with antirust aluminum 5A06，all surfaces shall be selected for conducting oxidation，and the external surface shall be painted with three proofing paint.

Key words：Integrated module;Corrosion resistance;Module design;Raw material;Surface treatment

機载统型模块即模块可能应用于各种机载环境和场合。模块工作环境可能直接暴露于大自然环境下，经受各种气候因素诸如：温度、雨、冰雹、雪、含盐大气、工业大气、尘埃、风沙等直接作用的表面;也有可能工作在比较恶劣的海上环境或模块插装于开放式机架。同时模块能满足机载试验要求，如：振动试验、电磁兼容试验、高低温试验、湿热试验、霉菌试验和盐雾试验等。

本文从模块设计、结构件原材料选用和表面处理方式选择三方面探讨模块的防腐性能，以达到最优防腐性能设计。

1 模块设计

1.1 模块结构设计

由于该模块可能处于较恶劣的工作环境（如海上环境），较恶劣的试验条件（酸性大气试验）和较恶劣的使用环境（开放式机架）。对于暴露于大自然环境中的模块应优先选用全封闭式结构，结合用户接口要求，模块采用如下图所示的全封闭形式。

1.2 模块三防设计

潮湿、盐雾和霉菌会腐蚀和破坏电子产品的设备和材料，从而导致产品的电气性能下降、机械强度降低。严重时会导致产品的功能失效。经常工作于潮湿地带、通常会在材料表面凝聚一层水膜甚至渗透到材料内部，造成材料表面电导率增加、体积电阻率降低、介质损耗加大，从而产生电气短路、漏电或击穿等故障。电子产品三防设计是指通过对各种因素的综合分析，预测可能发生的腐蚀类型和危险性后果，进行防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计，从而确定合理而有效的防腐蚀措施，使产品能防海水和盐雾空气腐蚀。在我国南方和沿海地区使用的、尤其是在户外使用的电子设备均应进行三防设计，采取各种防护措施，以提高设备的环境适应能力。

为满足环境使用要求，模块三防设计考虑的主要因素有：①电子设备可能遭受的环境条件及主要的腐蚀性环境因素;②对腐蚀损坏最敏感的部位;③要求防护的程度及允许采用的防护手段。

防止金属腐蚀损坏的基本方法有：①采用高耐腐蚀性材料;②气候环境防护;③对材料表面进行耐蚀性表面处理;④防腐结构设计。

腐蚀的发生会影响到结构件的机械性能和防护性能，导致产品可靠性下降，严重时会影响电子设备的性能参数、降低使用寿命。模块结构形式确定后，需从三防性能方面出发，将防腐设计渗透到结构设计中，对模块结构件进行有效保护，对材料和表面涂覆做出要求。

2 原材料选用

金属受到环境因素影响，借着化学反应所造成破坏性侵害，称之为腐蚀。几乎所有的金属制品，都会有若干形态之腐蚀现象，当使用环境及时间不同时，腐蚀现象有明显差异，特别是沿海地区，大气中盐分及湿度极高，使空气充满腐蚀性颗粒，会导致金属腐蚀现象加剧，虽然表面进行了三防涂覆，但使用中结构件也经常出现各种类型的不同程度的腐蚀现象，要想从根本上解决结构件腐蚀的问题，必须根据环境使用条件选择合适的结构件材料。

结构件的材料除满足机载电子设备的一般要求外，还应选用防火、防霉、防锈蚀、散热性好、耐磨和强度好的材料。铝及铝合金有强度高、导热性好、易于成型、价格低廉、密度小、易于加工等特点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门的电子产品，在诸多领域得到了极大的应用，成为常用的结构材料，是轻合金中应用最广的合金。

铝合金有九大类，常用的铝合金有1XXX系列、2XXX系列、5XXX系列、6XXX系列和7XXX系列6类。其中，1XXX系列铝合金属于普通工业纯铝，其特点是：强度低，可通过加工硬化提高强度，热加工和冷加工性能好，广泛用于要求成型性能良好、抗蚀、可焊的工业设备。2XXX系列铝合金的特点是硬度较高，铜元素含量高，属于航空铝材，在常规工业中不常用。5XXX系列铝合金含镁元素，又称镁铝合金;主要特点为：密度低、抗拉強度高、延伸率好、疲劳强度好，但不可做热处理强化。6XXX系列铝合金代表为6061和6063，这两种铝合金强度中等，是可热处理强化铝合金，具有良好的可加工性、可焊性及耐蚀性。7XXX系列铝合金代表为7075，其特点为硬度高、耐磨性好、有良好的焊接性但耐蚀性较差。

下面对实际中常用的三种铝合金2A12（硬铝）、5A06（防锈铝）和6061（锻铝）材料性能进行比较，从而选择合适的结构件原材料。

由上表可以看出，牌号为2A12的硬铝，虽然其强度较好，但Cu含量较高，湿热条件下Cu和Al会形成微电池，发生电化学反应，铝作为阳极被腐蚀，抗腐蚀性较差。牌号为6061的锻铝，虽然抗腐蚀性与防锈铝5A06相当，但因为其强度低，且6061价格贵，主要用在有焊接要求的产品上。机载统型模块结构件不是蒙皮、翼粱等重要受力构件，对强度要求不高。所以，考虑选用三防性能较好的防锈铝5A06。使用防锈铝加工结构件，即使涂覆层破损，也有较好的三防性能，满足各种使用场合。

3 表面处理方式选择

虽然铝及铝合金材料在大气中能够自然形成一层氧化膜，但由于膜层很薄（厚度约为0.01～0.02μm），而且疏松多孔，不均匀也不连续，所以耐蚀性能差，且容易沾染污迹，故材料表面必须采用表面防蚀处理技术来改进结构件的防腐性能。表面防蚀处理是指运用各种方法在金属表面施加保护层，将金属与腐蚀性环境隔离，以抑制腐蚀过程的产生，或减少腐蚀性介质与金属表面接触，而达到防止或减轻腐蚀的目的。

3.1 表面处理方式选择原则

选择表面处理方式必须要考虑的因素有：①零件的材料、结构、配合公差、加工方法、表面粗糙度和形位公差;②零件的储存和使用条件;③膜层或镀层的特性和应用范围;④膜层或镀层的使用目的和要求。

目前机载统型模块所采用的防护手段主要有：镀、涂和密封;其中，镀是基础，涂和密封起增强作用。常用的金属表面覆盖层分为金属、非金属和化学涂覆3种。金属覆盖层可选择化学镀和电镀等;非金属覆盖层包括喷漆、喷塑等方式;化学涂覆包括化学氧化、电化学氧化、磷化和钝化等。

根据产品的使用特点、寿命、环境以及防护层与防护工艺的特性，选择合适的防护层、可有效地控制金属材料的腐蚀，如果所选用的防护层或防护工艺不当，不但不能起到防护作用，反而会加速基体材料的腐蚀。选择的材料保护层必须满足以下条件：①耐蚀、抗磨、高强度;②与基体金属结合牢固，结合力好;③保护层均匀分布且有一定厚度。

3.2 表面处理方式性能比较

通过化学反应在铝及铝合金表面生成一层薄的氧化膜，称化学氧化法。这种方法不需要通过电流，工艺上比电化学氧化法要简单，成本低。根据上述要求可选择化学镀镍或化学导电氧化处理。

化学镀镍有厚度均匀性和均镀能力好的优点，可改善结构件抗腐蚀性能和提高耐磨性能，当镀层中的磷含量达到12%以上，镀层是非磁性的，屏蔽效果很好，并且具有良好的可焊性，适用于表面要求耐磨和耐蚀的零部件功能性镀层。但是当镀镍厚度达到一定程度时，耐磨性才好于喷漆，而由于工艺等原因，有时不能达到应有的理想性能，而且对镀镍零件表面喷漆后，实际使用时会发生漆层脱落现象。对于镍层和漆层之间发生的脱落现象，主要是因为化学镀镍层表面孔隙率低，导致漆层和镍层之间的结合力较差。

改善漆层和镍层间结合力的关键在于增大两者的接触面积，设法提高镀层的表面能，增加镀层和漆层之间的范德华力及化学键合力。针对镀镍零件表面喷漆后，漆层脱落现象，可以通过对镀镍层进行磨砂处理，有意让表面微粗化，增加表面粗糙度，提高喷漆时的结合力或者选择附着力更好的底漆和面漆进行改善。

经过多次试验，化学镀镍层更适合单独使用，不宜作为喷漆的底层使用。化学镀镍层耐蚀性可以通过调节镀层中磷含量、镀层厚度及镀后热处理参数来满足不同的要求。

化学导电氧化是通过化学反应在铝及铝合金表面生成一层薄铬酸盐膜层，具有接触电阻低、一定的防腐蚀性和一定的导电性的优点，但存在膜层硬度低，耐磨性较差等缺点。选择化学导电氧化，生成的氧化膜较薄，膜层质软，耐磨性不高，受到严重触碰和腐蚀时，膜层会迅速被破坏，故不宜单独使用。

在多数情况下，仅靠化学表面处理进行防腐是不够的，应通过增加三防漆涂层使结构件和环境分开，避免结构件直接暴露在恶劣环境下造成腐蚀。将模块的零部件喷涂聚氨酯三防漆可以起到防水、美观、防潮、防霉和绝缘的作用，具有较好的综合效果。同时喷漆处理可以增强外表面硬度和耐磨性，提高结构件三防性能，满足结构件承受加严的三防试验要求。对内表面采用化学表面处理，对外表面采用化学表面处理和喷漆相结合的方式，满足了结构件内外表面对不同功能的需求。

通过多次实践证明，如果需要大幅度提高模块耐蚀性，可以在油漆的选择和喷漆工艺上进行改进，不同种类油漆耐腐蚀性差别明显。

4 结论

（1）在机载统型模块结构件原材料选择方面，防锈铝（5A06）综合性能优于硬铝（2A12）。

（2）通过实际对比验证，化学镀镍这种表面处理更适宜单独使用;化学导电氧化更适宜与喷漆结合使用。

（3）综合考虑外观质量、三防性能、导电性能、散热性能、工艺成熟稳定性、生产成本等因素，建议机载统型模块结构件使用防锈铝5A06加工，表面处理选择所有面进行导电氧化，外表面喷涂三防漆。

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作者简介：张红娟（1985-），女，河北邢台人，本科，工程师，专业方向：机械加工工艺。