海洋大气环境电子设备的腐蚀防护

（海军装备部驻天津地区第二军事代表室，天津 300308）

电子设备尤其是军用电子设备，类型多元、结构复杂、集成性高。但是因为设备设计中防腐蚀技术、工艺以及实验设施所存在的缺陷，会直接导致电子设备在恶劣环境（海洋大气环境）下使用发生腐蚀问题，更有甚者会造成电子设备发生故障，使整个系统瘫痪。由此可见，对电子设备，特别是军用电子设备的防腐技术研究势在必行。

1 海洋大气环境腐蚀的简述

目前常见的腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。海洋大气环境的腐蚀基本上属于电化学腐蚀的范围。它是一种液膜下的电化学腐蚀，和浸在电解质溶液内的腐蚀有所不同。由于金属表面上存在着一层饱和了氧的电解质薄膜，使大气腐蚀以优先的氧去极化过程进行腐蚀。另一方面在薄膜层电解液下很容易造成阳极钝化的适当条件，固体腐蚀产物也常以层状沉积在金属表面，因而起到一定的保护作用。例如，钢中含有千分之几的铜，会生成一层致密的、保护性较强的铜锈膜，使钢的耐蚀性得到明显改善。

海洋大气是指在海平面以上由于海水的蒸发，形成含有大量盐分的大气环境。此种大气中盐雾含量较高，对金属有很强的腐蚀作用。与浸于海水中的钢铁腐蚀不同，海洋大气腐蚀同其他环境中的大气腐蚀一样是由于潮湿的气体在物体表面形成一个薄水膜而引起的。海洋大气中相对湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯化钠粒子，所以对于海洋环境下钢结构来说，空气的相对湿度都高于它的临界值。薄水膜对金属的作用而发生大气腐蚀的过程，符合电解质中电化学腐蚀的规律。这个过程的特点是氧特别容易到达金属表面，金属腐蚀速度受氧去极化过程控制。

2 电子设备的结构与腐蚀特点

2.1 总体结构特点

总体结构特点如下：①使用电子或微电子器件多、接点与焊点多、接线与焊线多，容易产生腐蚀的节点或环节多，对众多元器件或线路采取单体防护措施难度大；②元器件和部件多为导体、半导体和金属、合金材料，极易与潮湿盐雾大气产生电化学反应；③电子设备机柜、机箱密封性设计难度大，潮湿盐雾大气容易浸入设备内部，从而产生腐蚀。

2.2 设计制造工艺特点

设计制造工艺特点如下：①元器件及线路设计制造工艺精细，体积小，对外接触面多，机械强度和耐腐蚀能力低，盐雾腐蚀产生的速度快，采取腐蚀防护的难度大；②活动接插件多（例如模块插板），压接、螺接和弹性接触形式多，微小缝隙多，接触面易磨损、老化、易受大气腐蚀；③电子器件、线路、绝缘体等之间的间隙小，潮湿盐雾大气容易形成微电流，形成电化学腐蚀或影响绝缘；④使用铜、铝及不同金属合金的连接件多，易产生电偶腐蚀。

3 腐蚀控制技术

3.1 材料选择

选择使用耐腐蚀材料，从设备基材上保证一定的腐蚀防护能力。由于电子设备器材、部件材料主要由产品功能、性能及生产工艺决定，因此耐腐蚀材料选择主要试用机箱、机柜、线路及某些部件壳体等。

3.2 结构形式

采用封闭、密封结构或正压设计，通过对设备的密封、封闭或干燥气体的正压，阻隔或阻挡盐雾与潮湿性气体进入设备内部与部件、线路接触产生腐蚀。

3.3 部件与线路

选用具有防水、防潮、防盐雾、耐腐蚀能力强的部件。浸涂对水蒸气和盐雾隔绝性能好，且附着力好，不影响器件工作性能的材料涂层，对器件壳体缝隙、管脚、引线、焊点、接点、线路板等进行封闭，阻隔盐雾与潮湿性气体进入部件内部。焊点、焊缝须充实、平滑、无缝隙或孔隙，螺接、压接、铆接面须平整、紧密，连接体和连接件须先进行表面处理再连接，连接体、连接件材料要相容。

对机箱、机柜外部电气插头、水插头，使用密封胶（带）、密封袋、可剥离防腐膜等进行密封，阻隔盐雾与潮湿性气体进入插头内部。插头由于需要插、拔维护，不能采取永久性封闭措施。长线（管）路使用密闭且机械性能好、耐腐蚀的电缆、电线或管路，线（管）路两端使用密封材料进行密封，对有特殊要求和结构的电缆、管路可采取正压气体防护措施；短线（管）路使用带塑料套管并两端加密封材料密封。

3.4 结构材料表面防腐

通过对机箱、机柜金属结构表面喷涂耐腐蚀材料涂层，隔绝盐雾和潮湿性气体对金属结构表面的直接接触，降低腐蚀性气体的腐蚀性。

3.5 防腐介质

通过使用防锈油、气相缓蚀剂、吸湿干燥剂、固体薄膜保护剂等介质，对局部空间内的设备或部位进行保护。其中，气相缓蚀剂是一种常温下能够缓慢挥发、释放出保护性气体的化学物质。

4 腐蚀环境控制技术

通过除湿、降温和盐雾滤除，使电子设备工作在无腐蚀或低腐蚀的空气环境中，是各种腐蚀防护技术中最简便、有效、可靠的治本性腐蚀防护措施，适用于各种设备，特别适用于防护要求高、设备数量多且可以集中安放、能够设置较为密封的工作间、单台设备采取防护措施难度大的电子设备。

4.1 分离除盐技术

分离除盐技术主要有以下几种。

离心力分离除盐技术：含盐空气进入旋风分离器后，通过旋风气流对含盐空气产生离心力，使较大、重的盐雾颗粒从气流中分离出来，撞到旋风式分离器外壁面，在壁面上逐渐汇集形成盐雾水膜留下。

雾化喷淋除盐技术：空气中的盐雾来自喷淋的水滴，主要依靠雾化的微小水滴与氯离子的相对运动、碰撞、聚集，形成较大的水滴、尘粒，质量增加后沉降于水池中，略小的尘粒、水滴在撞击到挡水板形成水膜后流入水池中。

超重力分离除盐技术：超重力除盐雾的原理是使含盐空气中的氯离子和水分在转子高速旋转的超重力环境中，经多孔填料产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米或纳米级的微雾、液膜，连续产生巨大的相界面，极大地提高了相间的传质效率，从而有效地捕捉到空气中盐雾颗粒，排出时水、气分离。

上述三种分离除盐技术所用设备较多，维护运行较为复杂，费用高，实际生产应用中很少使用。

4.2 盐雾过滤器技术

原理、特点及使用范围：通过不同密度抗水型玻璃纤维滤纸网、点状分隔或热熔胶分隔技术，将不同粒径的氯离子捕捉并拦阻到滤网上，具有过滤面积大、运行阻力低、抗气流冲击压力高、使用寿命长等特点。适用于地面各种厂房、设备工作加、储存间，海上船舶设备工作舱、货物储存舱等，对盐雾腐蚀要气较高的电子设备或系统。

过滤器风压：为了保持需要的空气流量和过滤网安全，过滤器承受的风压和风阻不能过高。风压与过滤效率呈正关联关系，过滤效率越高、风压越高。因此，在盐雾过滤系统设计和过滤器选择时，不可仅追求过滤效率，否则将使过滤器风压过高，需要增大过滤器面积，进而增加系统投资和维护难度。

5 实际使用操作

实际使用操作时，需要注意以下几方面问题。

合理选择耐腐蚀材料，增强设备的耐腐蚀能力。

优化结构设计，在设计之初尽可能地将可能产生腐蚀的情况提前规避。例如，将电子设备结构件形状设计尽可能地简单化，从而便于进行防腐蚀处理。因为形状复杂的结构件会增加结构件表面积，导致与介质接触面积的增加。同时，烦琐的结构件也具有大量的死角和缝隙，会造成腐蚀液的沉积，进而提高腐蚀的可能性。结构设计中，充分考虑构件及器件的布局，通过设计坡角，增加导水槽、孔，最大限度地避免水分的积存，从而尽可能地降低或避免残余水分或冷却液造成的腐蚀。加强结构设计的密封性，使机箱、机柜等结构件内部能够完全密封，避免内部结构、器件或设备与外部大气环境的接触，从而减少或避免机箱、机柜内部的腐蚀。

选择使用环境中对应力腐蚀不敏感的金属材料，在结构设计上尽量降低应力和热应力集中，避免各种切口、尖角、焊接缺陷的存在，采取退火、喷丸处理等减小残余应力，从而减缓或防止应力腐蚀。

结构材料表面腐蚀防护。具体方法有：①通过电镀、化学镀、喷镀和热浸等方法，在金属表面镀上一层有良好的化学稳定性的金属（镀镍、镀锌等）；②用化学或电化学的方法在金属表面形成一层致密而稳定的金属化合物（氧化、钝化、阳极氧化和磷化等）；③通过喷涂油漆、涂料、矿物质油脂或者喷塑等喷涂方法，将金属表面与外部环境隔离。

合理利用“三防”涂料（例如聚氨酯清漆），对设备以及器件等进行涂层处理，在此基础上进行密封及灌封，进而确保电子设备在恶劣条件下进行工作时也具备防潮、防盐雾的能力。

相连接部位、部件要充分考虑尽量避免不同金属或合金的选择，通常电位差在0.25 V 以下的金属才允许接触。确需两种金属相连接时，要在其间隔区域设计有机绝缘物（橡胶、聚四氟乙烯等），从而避免电偶腐蚀。

通过改善腐蚀环境，如加防护罩、设置空调器等手段，减少腐蚀介质的浓度，控制环境温度、湿度、盐雾浓度，从而减缓设备承受的腐蚀。

目前已应用的除盐雾设备工作原理是空气在风机作用下，加压低流速通过过滤组件的聚结滤芯。由于聚结滤芯采用多层极性分子过滤介质，其孔径是逐层递增的，空气分子可以通过滤孔，而微小的水汽液滴则在此逐步聚结成水滴，水汽中的盐雾分子在通过滤芯后聚结成盐水滴。这些大分子结构的液滴更加容易与空气分离。在不断的聚结作用下，最终在滤芯表面附着，形成盐粒，从而将空气中的盐雾成分去除，最终因重力作用落入集盐盘。

6 结束语

电子设备的腐蚀防护应该贯穿在设备的设计、生产、使用的全寿命周期内。首先，在设计之初就应该进行充分考虑，包括优化结构设计、密封考虑以及对设备材料的选择；其次，生产加工过程中，应该加强工艺管控，做好表面处理、表面喷涂以及后期“三防”保护；再次，使用时控制设备所处环境，降低环境中盐雾浓度；最后，在发现设备腐蚀后，应该尽快进行处理及再防护，避免扩大腐蚀产生恶劣影响。