使腐蚀速度大大提高复合盐雾试验箱

　　防盐雾技术研究 一、腐蚀机理与盐雾试验 腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质。 大多数的腐蚀发生在大气环境中，大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和有破坏性的大气腐蚀。 金属腐蚀是一种自发氧化的过程。 盐雾环境下，由于盐雾液体作为电解液存在， 增加了金属内部构成为电池的机会，加速了电化学腐蚀过程，使金属或涂层腐蚀生锈、起泡， 从而产生构件、紧固件腐蚀破坏，机械部件、组件的活动部位阻塞或黏结，使活动部件卡死、失灵；出现微细导线、印刷线路板开路或短路，元件腿断裂等情形。同时，盐溶液...

　　防盐雾技术研究 一、腐蚀机理与盐雾试验 腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质。 大多数的腐蚀发生在大气环境中，大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和有破坏性的大气腐蚀。 金属腐蚀是一种自发氧化的过程。 盐雾环境下，由于盐雾液体作为电解液存在， 增加了金属内部构成为电池的机会，加速了电化学腐蚀过程，使金属或涂层腐蚀生锈、起泡， 从而产生构件、紧固件腐蚀破坏，机械部件、组件的活动部位阻塞或黏结，使活动部件卡死、失灵；出现微细导线、印刷线路板开路或短路，元件腿断裂等情形。同时，盐溶液的导电性大大降低了绝缘体表面电阻和体积电阻， 其盐雾腐蚀物与盐溶液的干燥结晶 （盐粒）间的电阻会比原金属高， 会增加该部位电阻和电压降， 影响触电动作， 从而严重影响产品电性能。因此，对电工电子产品进行盐雾试验是考察产品抗腐蚀能力的一个重要方法。 盐雾试验是一种主要利用盐雾试验设所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。 它分为二大类，一类为天然环境暴露试验， 另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法， 造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。 它与天然环境相比， 其盐雾环境的氯化物的盐浓度， 可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍， 使腐蚀速度大大提高， 对产品进行盐雾试验， 得出结果的时间也大大缩短。如在天然暴露环境下对某产品样品进行试验， 待其腐蚀可能要 1 年，而在人工模拟盐雾环境条件下试验，只要 24 小时，即可得到相似的结果。 人工模拟盐雾试验又包括中性盐雾试验、 醋酸盐雾试验、 铜盐加速醋酸盐雾试验、 交变盐雾试验。 (1)中性盐雾试验（ NSS 试验）是出现早目前应用领域广的一种加速腐蚀试验方法。它采用 5%的氯化钠盐水溶液，溶液 PH 值调在中性范围（6～7）作为喷雾用的溶液。2试验温度均取 35℃，要求盐雾的沉降率在 1～2ml/80cm h 之间；(2) 醋酸盐雾试验（ ASS试验）是在中性盐雾试验的基础上发展起来的。它是在 5%氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的 PH 值降为 3 左右，溶液变成酸性，后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性。它的腐蚀速度要比 NSS 试验快 3 倍左右。 (3) 铜盐加速醋酸盐雾试验（ CASS 试验）是国外新近发展起来的一种快速盐雾腐蚀试验，试验温度为 50℃，盐溶液中加入少量铜盐氯化铜，强烈诱发腐蚀。它的腐蚀速度大约是 NSS 试验的 8 倍。(4) 交变盐雾试验是一种综合盐雾试验，它实际上是中性盐雾试验加恒定湿热试验。 它主要用于空腔型的整机产品， 通过潮态环境的渗透，使盐雾腐蚀不但在产品表面产生， 也在产品内部产生。 它是将产品在盐雾和湿热两种环境条件下交替转换， 后考核整机产品的电性能和机械性能有无变化。 其中应用广的是中性盐雾试验，中性盐雾试验主要用来对金属材料以及金属上的金属镀层或非金属无机镀层的检验，也用来检验涂覆系统。 盐雾试验的目的是考核产品或金属材料的耐盐雾腐蚀质量， 而盐雾试验结果的判定正是对产品质量的主要评价因素，它的判定结果是否正确合理是正确衡量产品或涂层抗盐雾腐蚀性能的关键。盐雾试验结果的判定方法有：评级判定法、称重判定法、腐蚀物出现判定法、腐蚀数据统计分析法。评级判定法是把腐蚀面积与总面积之比的百分数按一定的方法划分成几个级别，以某一个级别作为合格判定依据， 它适合平板样品进行评价； 称重判定法是通过对腐蚀试验前后样品的重量进行称重的方法， 计算出受腐蚀损失的重量来对样品耐腐蚀质量进行评判，它特别适用于对某种金属耐腐蚀质量进行考核； 腐蚀物出现判定法是一种定性的判定法，它以盐雾腐蚀试验后， 产品是否产生腐蚀现象来对样品进行判定， 一般产品标准中 大多采用此方法； 腐蚀数据统计分析方法提供了设计腐蚀试验、 分析腐蚀数据、 确定腐蚀数据的置信度的方法， 它主要用于分析、 统计腐蚀情况， 而不是具体用于某一具体产品的质量判定。盐雾试验标准常见 GB/T2423.17 1993《电工电子产品基本环境试验规程 试验 Ka：盐雾试验方法》，GB/T2423.18 2000《电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验 试验 Kb：盐雾，交变（氯化钠溶液）》，盐雾结果评鉴常用《 GB/T 6461-2002 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》和《 GB/T 1766 2008 色漆和清漆 涂层老化的评级方法》。 金属涂覆技术 涂层是用形成保护膜的方法来抑制腐蚀的。 保护膜直接覆加在被保护的金属上， 以抵抗腐蚀介质的侵袭。 一般情况下，保护涂层必须是既无孔隙又不导电。 由于还必须有足够的厚度，所以要在尺寸公差很小的系统中采用这一措施会碰到相当大的困难。 涂层方法分为：无机非金属涂层、金属涂层及有机涂层。 无机非金属涂层应用方法：扩散法、 青铜色氧化处理、阳极化、搪瓷和玻璃陶瓷等几种形式。对于许多金属来说， 如果加入少量不同金属使之成为合金， 就能促进稳定的氧化物涂层的形成，例如在车身板件制造中进场使用的磷酸盐涂层， 以及对镀锌层钝化处理的铬酸盐钝化剂。 金属涂层应用方法：电镀、化学沉积、热浸深底层、蒸发、热喷涂和包层等形式。可以将外来金属或金属化合物覆加在基底材料上。 很多情况下，防腐是同增强耐磨性和形成装饰性表面结合在一起的。 有机涂层应用方法：涂漆、粉末涂层、橡胶和塑料内部涂层及等离子聚合。 热塑性塑料、弹性塑料和热固性塑料是主要的有机保护涂层。 他们用在汽车工业所有的油漆、 旋转烧结化合物、内涂层、纤维增强树脂和填料等。这些涂层对基材的保护程度不仅取决于塑料本身，而且与所用的结合剂、 防老化剂、对紫外线的稳定剂以及各种填充剂和颜料有关。 有机涂层既可以单独使用，也可与前述的某一种无机涂层合用。 金属镀覆层的保护特性： 镀覆层在使用过程中，不仅受到化学腐蚀，更重要的是收到电化学腐蚀，在潮湿环境中，镀覆层表面吸收水分并吸收 C0 2 或其他物质，在表面形成电解质溶液膜，进而透过镀层的孔隙而形成腐蚀原电池。这时，镀层和基体中比较活泼的金属成为腐蚀电池的阳极受到腐蚀，而二者中较不活泼的金属成为腐蚀电池的阴极受到保护。 若镀层比基体金属活泼， 其电位较基体金属为负， 就是阳极性镀层。 阳极性镀层对基体金属起电化学保护作用， 其保护特性及耐久性主要取决于镀层的厚度； 而当采用阴极性镀层时， 镀层具有孔隙或局部损坏时， 就会通过腐蚀电池的作用， 加速基体金属的保护作用， 所以阴极镀层的保护特性取决于镀层的孔隙率和厚度。由此可见，阳极性镀层的保护特性优于阴极性镀层， 所以在确定的介质环境条件下，应尽量地选择阳极性防护层。 在设计和应用多层镀覆层体系时， 也应巧妙应用这一原则。 对多层镀覆层， 一般的设计原则为： 外层金属镀层的电极电位比紧邻的次内层为负， 并依次递增直达基体金属， 同时，外层镀层应具有良好的化学稳定性， 这样才能达到较好的防护效果，如铜合金 /半光亮镍 /光亮镍/铬；若基体金属本身的电极电位较负，且比覆盖它的各层都负，则应选择电极电位较正的镀层作为它的紧邻镀层， 同时选取适当的厚度。例如，铝合金/电镀铜 10~15 m/化学镀镍 /电镀锌钝化，这样也能获得很好的防护性能。 金属在海水中的电位值 金属 镁 镁合金（6Al、3Zn、0.5Mn） 电位 -1.45 -1.2 镍 -黄铜（30Zn） 金属 电位 -0.12 -0.11 锌 铬 铝合金（10Zn） 铝 镉 杜拉铝（硬铝） 铁 碳钢 灰口铸铁 X13、X17 不锈钢（活化状态） 镍铜铸铁（12~15Ni、5-7Cu） X18H9 不锈钢（活化状态） X18H12 不锈钢 铅 锡 + 黄铜（40Zn） 锰青铜（5Mn） -0.8 -0.71 -0.7 -0.53 -0.52 -0.50 -0.50 -0.40 -0.36 -0.32 -0.30 -0.30 -0.30 -0.30 -0.25 -0.20 -0.20 青铜（5~10Al） 顿巴克黄铜（ 5~10Zn） 铜 锡青铜（10Ni） X13 不锈钢（钝化状态） 镍（钝化状态） 因科镍（11~14Cr、1Mn、Fe） X17 不锈钢（钝化状态） 钛（工业用） 银 钛（碘化法） X18H9 不锈钢（钝化状态） 哈氏合金 C 蒙乃尔合金 X18H12M3 不锈钢 石墨 铂 -0.10 -0.10 -0.08 -0.02 +0.05 +0.05 +0.10 +0.10 +0.10 +0.12 +0.15 +0.17 +0.17 +0.17 +0.20 +0.02~+0.20 +0.40 所有的镀覆层只能在一定的温度范围内使用， 超过允许的使用温度， 不仅影响其耐蚀性能，其中某些镀层甚至会导致基体金属开裂或脆断。 防盐雾的方法主要是严格电镀工艺 , 保证镀层厚度 , 选择适当的镀层种类。 1、严格电镀工艺。工件镀前的清洗工作非常重要 ,如在电镀前的工件上存在锈蚀产物、油污、脏物等 ,未彻底清洗干净 ,将影响镀层与金属基体的结合力 ,电镀结果便会出现镀层变暗、起泡和存在针孔等现象。故首先认真做好镀前的除油和酸洗工序 ,特别是现在广泛采用无氰电镀。若用弱酸性电解溶液 ,如电镀前处理不彻底 , 既使镀件表面留有少量的油污与杂质,也易造成镀层变暗、 起泡和针孔。较轻微的也会在盐雾试验或库存一段时间后 ,镀层就出现气泡和外观变暗现象。 2、保证电镀层的厚度符合规定。防盐雾与防潮湿本质上都是减少或避免金属制品遭到腐蚀。要达到这个目的，就要求具有保护性的电镀层有一定的厚度。因为无论何种电镀层 ,由于电镀过程中 ,随着镀层金属离子得到电子沉积在镀件表面的同时 ,或多或少也有氢离子得到电子 2H + + 2e H2(逸出) 的发生,所以各种镀层均会有不同程度的孔隙率 ,它也是衡量防腐蚀性能的指标之一。当然 ,镀层越厚则孔隙率愈小。依照 GB/ Z86-66 推荐,对于一般结构件 ,如是钢铁零件镀锌 ,其镀层小实际厚度应为 24 m 以上；镀镉的小厚度在 15 m 以上；铜与铜合金零件上镀镍、镀铬或镀银的镀层厚度均应在 6 m 以上。钢铁零件上镀铜、镀镍、镀铬 ,按照 GB/ Z8666 推荐,需要 30 m 以上的铜镀层加 15 m 以上的镍镀层和 0.5 m 的铬镀层 ,才能得到良好的防腐蚀效果。 镀层厚度与防盐雾能力关系很大 , 例如在钢铁上镀镉 , 防盐雾能力一般比镀锌要强得多。但镉镀层如低于 10 m,在盐雾中防护能力就很差。而锌镀层只要能达到 24 m 以上的厚度, 并使镀层钝化好 , 在盐雾中就能获得良好的防护能力。 由于镀锌比镀镉在价格上要便宜得多, 所以常用提高锌镀层厚度 ,并结合钝化处理与表面油漆覆盖来代替镀镉作为防盐雾处理。当然对于某些不能进行表面油漆覆盖的零件 ,以及对防盐雾要求较高的零件 , 在湿热的海洋气候下 ,还是应该采用有足够厚度的镉镀层。 3、镀层种类的选择。不同的镀层材料 ,显然抵抗盐雾腐蚀的能力不一样 ,价格也大不相同。比如通常在钢铁表面镀锌、镀镉、镀铅锡合金、镀镍钴合金等。但在一些具有特殊要求的高精尖的元器件和零部件上 ,可采用镀铂、镀钯、镀铑等措施。铂、钯、铑化学性质极为 稳定,它们的镀层除了具有极高的抵抗各种腐蚀的能力外 ,而且具有某些特殊的物理性能。 但这些材料来源稀少 ,价格昂贵 ,只在很特殊的要求下才应用。 常用镀层分析： 镀锌层特性：镀锌层在通常情况下， 对于钢或铜基体为阳极性镀层， 能其电化学保护作用，经铬酸盐钝化处理后，抗腐蚀能力显著提高， 在一般大气和工业大气条件下， 具有较高的防护性能；单镀锌层易溶于酸或碱，在潮湿海洋性气候、温差大的冷热交替变化环境下，未经钝化的镀锌层易腐蚀生白锈； 镀锌层经铬酸盐钝化处理后抗腐蚀性能的能力提高 5 倍以上，但导电性能和焊接能力降低；镀锌层可以磷化，磷化膜为浅灰色或暗灰色，是油漆的良好底层；镀锌钝化膜长期使用温度应 66℃，短期使用温度应 149℃。 镀镍层特性：镀镍层具有优良的物理化学性能，除了有好的强度、 硬度和韧性外， 镀镍层在城乡气候、 海洋、工业环境条件以及在天然水、海水、中性和碱性的溶液中都具有高的抗蚀性；镀镍层具有良好的耐热性， 硬度低于铬镀层，只能承受轻微的摩擦；镀镍层对于钢铁是阴极性镀层，只有当镀层无孔隙、无损伤时， 才能起到机械性的保护作用，镍对铜合金而言是阳极性镀层（高锌黄铜除外） ；现代双层镀镍具有良好的防护特性，底层半光亮镍，表层镀光亮镍，这样光亮镍对半光亮镍具有电化学保护作用。 镀铬层特性：铬在潮湿的大气中、碱、硝酸、硫化物、碳酸盐的溶液以及有机酸中非常稳定，易溶于盐酸和热浓的硫酸；铬层附着力强，硬度高，耐磨性好，光反射性强，同时还有较高的耐热性；其缺点是硬、脆，容易脱落，当受交变的冲击时更为明显；在钢铁零件表面直接镀铬做防腐层是不理想的， 一般是经多层电镀， 如镀铜/镍/铬才能达到防锈、 装饰的目的。目前广泛应用在为提高零件的耐磨性、光反射以及装饰等方面。 PCB 线路板防盐雾措施 在一般情况下， 高可靠电子产品尤其是工作在野外、机载、航天和海上电子设， 为适应湿热、霉菌和盐雾环境和高冲击振动， 确保电路板的正常工作必须对印制电路组装件进行保护涂覆。保护涂覆虽然提高了部件的可靠性， 但也会带来一些不良影响。 主要是增加分布电容，会使一些精密电路或高阻抗电路原有的参数和特性改变， 而对一般电路没有影响。 因此，对精密电路和高阻抗电路应当在保护涂覆之后进行再次调试。 整机、部件应当在进行环境试验（高低温、冲击振动）之前进行保护涂覆，而不应当在环境试验之后。因为环境试验，尤其是低温时部件表面会产生凝露，凝露在化解时会对 PCB及元器件有损害，而进行保护涂覆的部件会有效地避免这一现象， 提高部件的环境适应能力。 用于保护涂层其化学和物理组成必须是一个已固化的聚合物， 以一个平滑的，没有空白区域连续覆于电路装配板的一面或两面。 由于保护层很薄， 通常在 20~200 m 之间，因此不能期望它提供一个很高的抗机械冲击和完全抗水蒸气穿透能力。 要达到此目的需要采用有机硅弹性体进行深层封装，尤其是工作在湿热，盐雾气氛下的海上、舱外电子设。 对于印刷电路板的保护涂覆， 涂一次和涂二次的效果有很大差别。 这是由于目前使用的保护涂料中含溶剂，在聚合时由于溶剂挥发而留下细微的针孔， 这些孔隙会加速水分子渗入，而涂二次的效果，不但使涂层增厚， 而且有封孔作用，可以延缓和阻止潮气的渗入，提高防护性能。 不能期望采用保护涂层来提高 PCB 基板的绝缘防潮性能， PCB 导线间的绝缘电阻主要是取决于基板材料的性能。 保护涂层只能起到防潮、 延缓其受潮之后绝缘电阻值骤然下降和保护导线、焊点、元件免受盐雾侵蚀。 保护涂覆不能提高原有基板的性能。因此工作在湿热条件下的 PCB，必须选用高性能的基板材料在进行保护涂覆。 设计注意事项 产品立项时 ,策划人员和技术人员应针对产品研制合同中与环境适应性相关的技术指标要求进行分析 ,如高温、低温、湿热和淋雨等是否满足相关标准 ,对于技术指标超越了标准而 工艺水平无法达到时 ,应提出合同修改建议。 防盐雾设计的基本原则是：采用密封结构，选用耐盐雾材料（不锈钢或以塑料代替金属），元件部件采用相应的防护措施，涂覆有机涂层，不同金属间接触要防止接触电偶腐蚀。 产品结构合理性分析 影响产品三防性能的结构设计主要有以下方面： 1、从材料选用开始，分析结构设计中采用的材料是否经优选、认证或经多年实践证明的金属材料和非金属材料， 如果设计中必须采用新材料， 结构工程师应制定工艺试验方案对新材料进行充分验证。 2、结构设计是否避免积水，尤其是暴露在外的所有构件，应避免积水，尽量消除缝隙结构，防止水、灰尘和盐雾的沉积。 卷边和弯折会积聚污垢和水分，适当的表面和排放口有助于免除这个问题。如下图所示： 重好的 不良的 力方向 断面设计对比 好的 不良的 斜面（外来物质滑掉） 污垢和 水分堆积物 排放口 卷边和转弯设计对比 3、是否有防止电偶腐蚀措施，由于盐雾能促使金属元件腐蚀，并能促进形成一些电解作用，特别当不同金属接触时，这种作用将更为严重。因此，要尽量选用相同金属间的接触。如果不同金属必须要接触时， 需装上垫圈、垫片或衬套使双方金属形成电绝缘， 避免接触腐蚀。如果有导电要求必须金属直接接触时，应选用电位接近的金属。一般环境下， 允许电位差不得超过 0.5V，野外及海上环境， 允许电位差不得超过 0.25V。对电位差大的金属，必须采用合适的镀层，或用非金属隔开。 4、选择合适的镀覆层： 钢制零件化学镀镍 15 m，如果采用电镀镍处理，则镀层厚度需相应加厚；外壳表面再按产品要求喷漆处理；对于舰船用产品的钢制零件镀层应采用镀镍 /鉻 35 m ，或直接采用不锈钢材料成形。 用在机箱内部的铝合金零件， 可以采用导电氧化成彩色； 需喷漆的铝合金外壳应先进行导电氧化处理； CPCI 机箱立柱仍按原来的导电氧化处理。对于舰船用产品的铝合金件镀层应采用镀铜 /镍/鉻 35 m 或化学镀镍 35 m。 铝合金面板部件，如果做阳极氧化的，内部安装面做导电氧化。 所有紧固件均采用不锈钢件。不锈钢盘头螺钉 (带垫圈组合 )改用分体的不锈钢螺钉＋镀镍弹簧垫圈＋不锈钢平垫圈。 镁合金材料通过处理液在表面形成皮膜，然后做喷漆处理来防盐雾。
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