針對(duì)海洋環(huán)境特點(diǎn)對(duì)電連接器腐蝕防護(hù)和控制進(jìn)行了全面分析和研究，遵循“環(huán)境分類，結(jié)構(gòu)分區(qū)”的原則對(duì)電連接器所處局部環(huán)境進(jìn)行了分類，并結(jié)合腐蝕控制原則，從材料選擇、鍍層選用、設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要求及環(huán)境適應(yīng)性4 個(gè)方面提出海洋環(huán)境下航空電連接器腐蝕防護(hù)與控制需求，對(duì)電連接器外場(chǎng)腐蝕預(yù)防與控制方法進(jìn)行了探索研究。
引言
航空電連接器用于實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部附件和系統(tǒng)之間電信號(hào)和相關(guān)控制信號(hào)的傳輸?shù)幕驹?，其工作可靠性?duì)飛機(jī)操作以及飛行安全產(chǎn)生巨大影響。而腐蝕是導(dǎo)致航空電氣系統(tǒng)及設(shè)備失效的主要因素之一，海洋環(huán)境下由于受濕度、鹽霧、溫度、酸性氣體和霉菌的影響，導(dǎo)致引起的大量腐蝕故障，其中電子元器件失效總數(shù)的約40%~50%失效是由電連接器失效引發(fā)的。電連接器中的任何接點(diǎn)失效，可能導(dǎo)致電傳輸中斷或信號(hào)失真，進(jìn)一步造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓、失效，嚴(yán)重影響飛行安全。因此，開展飛機(jī)電連接器腐蝕防護(hù)與控制技術(shù)研究，可以有效防止飛機(jī)電連接器的腐蝕現(xiàn)象，為飛機(jī)相關(guān)電子部附件在海洋環(huán)境下進(jìn)行腐蝕防護(hù)控制工作提供了依據(jù)。同時(shí)對(duì)于減輕海洋環(huán)境下腐蝕對(duì)飛機(jī)電連接器的危害，增加可靠性，減少故障率，保障海洋環(huán)境下飛機(jī)飛行安全具有十分重要的意義。
海洋環(huán)境下航空電連接器腐蝕分析
1、海洋環(huán)境下腐蝕特點(diǎn)分析
航空電連接器在海洋環(huán)境下的長期處于高溫、高濕、高鹽霧和強(qiáng)輻照作用下，其屬材料在海洋大氣中的腐蝕速率明顯高于內(nèi)陸、高原等其他大氣環(huán)境，腐蝕速率是內(nèi)陸大氣腐蝕的 2~5 倍之多。在溫度、濕度、鹽霧、輻照、霉菌等自然環(huán)境應(yīng)力以及振動(dòng)、電磁、磨損、沖擊等多應(yīng)力耦合綜合作用下，導(dǎo)致飛機(jī)電連接器會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)金屬疲勞腐蝕、間隙腐蝕、晶間腐蝕、小孔侵蝕、點(diǎn)蝕等環(huán)境腐蝕行為。除了飛機(jī)起落架艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙等敞開部位的電連接器易發(fā)生腐蝕外，海洋環(huán)境也會(huì)加速濕氣向飛機(jī)內(nèi)部，特別是機(jī)艙內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的設(shè)備內(nèi)部侵蝕，所處環(huán)境達(dá)到在航空電連接器形成液膜的條件，進(jìn)而使電連接殼體發(fā)生腐蝕損傷。有數(shù)據(jù)顯示，機(jī)載電子設(shè)備發(fā)生故障52%與環(huán)境因素有關(guān)，而多數(shù)設(shè)備在海洋環(huán)境使用故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)地，這對(duì)海洋環(huán)境下航空電連接器腐蝕防護(hù)和控制提出更高的要求。電連接器在飛機(jī)的基礎(chǔ)電子元器件，數(shù)量多且大部分安轉(zhuǎn)裸露在外，在日照、雨水、潮氣、鹽霧等環(huán)境因素的長時(shí)間作用下，腐蝕行為已成為電連接器主要的失效機(jī)理之一。圖1為某型飛機(jī)起落架艙電連接器腐蝕圖片，由于防護(hù)措施不當(dāng)，看出已經(jīng)出現(xiàn)鍍層脫落現(xiàn)象，插孔已出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。
圖1 起落架艙電連接器腐蝕照片
2、海洋環(huán)境下航空電連接器腐蝕失效機(jī)理分析
根據(jù)海洋環(huán)境下電連接器各部分結(jié)構(gòu)和材料的腐蝕特點(diǎn)，主要對(duì)容易發(fā)生腐蝕的電連接器接觸件以及附加部件進(jìn)行失效機(jī)理分析。
1)接觸件表面氧化：目前接觸件受成本和工藝水平等因素的限制，往往鍍層比較薄，不可避免的鍍層中會(huì)存在少許裂紋和微孔，正如毛細(xì)管的功用，大氣里的濕氣會(huì)通過此浸入裂紋和微孔構(gòu)成水膜，形成電解液，構(gòu)成了原電池，生成不導(dǎo)電的薄膜，導(dǎo)致接觸電阻增大。同時(shí)高溫和高濕度的作用會(huì)增強(qiáng)其氧化的影響，甚至在嚴(yán)重時(shí)有可能出現(xiàn)接觸件鍍層產(chǎn)生裂紋和剝離，進(jìn)而影響航空連接器的電氣性能，增加飛行安全風(fēng)險(xiǎn)。
2)接觸件裂紋：在溫度、濕度、腐蝕性氣體等的作用下，由于腐蝕和多應(yīng)力的耦合作用，在電連接器插針和插孔內(nèi)部、接觸件表面、孔位、收口處等存在較大局部應(yīng)力的部位有可能產(chǎn)生裂紋。如果裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致接觸對(duì)斷裂，電連接器接觸失效。
3)殼體：在溫度、濕度、鹽霧、腐蝕性氣體等應(yīng)力的作用下，連接器殼體可能發(fā)生金屬疲勞腐蝕、間隙腐蝕、晶間腐蝕、小孔侵蝕、點(diǎn)蝕等腐蝕行為。腐蝕后會(huì)在殼體上形成縫隙、孔洞或者裂紋，對(duì)設(shè)備電磁屏蔽性能造成影響，甚至可能導(dǎo)致電磁屏蔽失效；大氣環(huán)境下的氣體、液體和粉塵等可能進(jìn)入到連接器，使得接觸件內(nèi)部環(huán)境惡化，加速接觸電阻、絕緣電阻和密封性能的退化；腐蝕嚴(yán)重時(shí)有可能導(dǎo)致殼體開裂解體進(jìn)而失效。
4)鍍層：在鹽霧、溫度、濕度等環(huán)境應(yīng)力的作用下，鎳層與基體的結(jié)合力有可能下降，會(huì)造成鍍層失去光澤、剝落，造成電連接器電磁屏蔽性能下降。加速殼體的腐蝕。
腐蝕防護(hù)與控制設(shè)計(jì)要求研究
海洋環(huán)境下航空電連接器長期處于高溫、高濕度及高鹽份的環(huán)境下，使得金屬腐蝕速率大大加快，更容易發(fā)生腐蝕、老化問題，直接影響了電連接器的接觸電阻、耐電壓和絕緣電阻等電參量的改變，從而引起腐蝕故障，電子設(shè)備使用壽命將縮短，裝備可靠性受到嚴(yán)重影響。因此必須從電連接器的材料選擇、鍍層選用、以及設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要求等方面做好相應(yīng)的腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)要求，使電連接器具有優(yōu)異的防腐蝕和安全可靠性，從而將腐蝕所導(dǎo)致的損傷減少至最低限度。
1、材料選擇
選擇合適的耐蝕性材料是海洋環(huán)境下航空電連接器腐蝕防護(hù)與控制的一項(xiàng)重要的工作。海洋環(huán)境下電連接器，長期處于高溫、高濕度及高鹽份、高輻照，使用環(huán)境非常的嚴(yán)酷，對(duì)電連接器選材的耐蝕性提出了更高的要求。除了滿足必要的靜強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)功能性和制造工藝的前提下，應(yīng)優(yōu)先的考慮材料耐腐蝕性能。根據(jù)飛機(jī)電連接器使用環(huán)境及特點(diǎn)，查閱國內(nèi)外材料標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)和相關(guān)資料，歸納、總結(jié)材料限用要求和選材建議。
1.1.非金屬材料選擇應(yīng)滿足如下要求：
1)連接器絕緣安裝板材料采用能滿足海洋環(huán)境要求的增強(qiáng)環(huán)氧樹脂或其它合適硬質(zhì)絕緣材料，且絕緣安裝板應(yīng)有合適的電氣性能和機(jī)械性能且應(yīng)有一定的沖擊強(qiáng)度。
2)模制塑料本體材料應(yīng)符合優(yōu)先采用環(huán)保材料。
3)絕緣材料的阻燃等級(jí)應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于UL94V-0等級(jí)。
4)回收、再生和環(huán)保材料宜采用能滿足或優(yōu)于工作和維修要求的可回收、再生和環(huán)保材料，以提高經(jīng)濟(jì)效益、降低壽命周期內(nèi)的費(fèi)用。
1.2.金屬材料選擇應(yīng)滿足如下要求：
1)插孔接觸件及接觸件接線端應(yīng)采用銅鎳錫合金、鈹銅合金或磷青銅等，接觸件接線端可采用黃銅合金，或符合產(chǎn)品要求的其他材料。插針接觸件及其接線端應(yīng)采用銅鎳錫合金、黃銅、磷青銅或鈹銅合金等。
2)連接器殼體應(yīng)采用鈦合金、鋁合金、銅合金、復(fù)合材料或不銹鋼。不銹鋼應(yīng)優(yōu)先選用022Cr17Ni14Mo2等耐腐蝕較好的材料。
1.3.限用材料選擇應(yīng)滿足如下要求：
1)電連接器所用的限用材料應(yīng)選用不易燃、不易爆且無毒材料。
2)電連接器所用的限用材料應(yīng)選用具有耐腐蝕的材料。
3)不宜將不相容金屬相互緊密接觸。電連接器內(nèi)部不相容金屬如果相互直接接觸時(shí)，必須使用相應(yīng)的保護(hù)措施。不相容金屬可能會(huì)導(dǎo)致活性電解腐蝕，禁止直接接觸使用（特別是黃銅、鋼或銅與鋁或鋁合金直接接觸）。在不相容金屬基體表面進(jìn)行涂覆從而形成合適的或相容的鄰接表面。同樣選用合適的絕緣材料將不相容金屬之間隔開使用也是可以的。
2、鍍層選用
對(duì)電連接器鍍層結(jié)構(gòu)表面采取相應(yīng)的保護(hù)措施，可以避免電連接器電位差較大的材料直接接觸，減小不同結(jié)構(gòu)材料之間的電位差，還可以使電解液無法直接接觸金屬材料，避免發(fā)生活性電解腐蝕，從而達(dá)到電連接器腐蝕防護(hù)與控制的目的。鍍層選擇應(yīng)滿足如下要求：
1)接觸件鍍層：接觸件應(yīng)在合適的鎳底鍍層上鍍金。接觸部位的金鍍層厚度應(yīng)至少為1.27 µm。鎳底鍍層的厚度應(yīng)為0.8 µm～4 µm。
2)殼體鍍層：不銹鋼應(yīng)采用鈍化表面處理，且表面層導(dǎo)電；銅合金選用鍍鎳等能滿足耐海洋環(huán)境的鍍層；復(fù)合材料應(yīng)選用鍍鎘軍綠色和鍍鎳等能滿足耐海洋環(huán)境的鍍層；鋁合金應(yīng)選用鍍鎘軍綠色、鍍鎘彩虹色鈍化、硬質(zhì)陽極化和鍍鋅鎳等能滿足耐海洋環(huán)境的鍍層。
3、設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要求
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量防止或減小腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以防止水及其他介質(zhì)進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，延緩腐蝕的發(fā)生。設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下要求：
1)接觸件端接形式應(yīng)按規(guī)定為焊接式、壓接可拆卸式或印制板式。對(duì)于敞開外露環(huán)境建議選用壓接可拆卸式，印制板式建議用在內(nèi)部封閉類環(huán)境。
2)對(duì)于敞開外露類環(huán)境，連接器插合界面應(yīng)設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)，保證連接器的插合界面是密封的。
3)對(duì)于敞開外露類環(huán)境，連接器應(yīng)設(shè)計(jì)導(dǎo)線密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)保證能保證密封和耐環(huán)境要求。
4)對(duì)于有導(dǎo)線密封結(jié)構(gòu)的連接器，當(dāng)沒有滿裝時(shí)，空余孔位需要將未壓接接觸件裝入連接器，并用密封塞密封。
5)對(duì)于飛機(jī)上的連接器，當(dāng)由于檢修或者修理等原因，插頭與插座長時(shí)間分離時(shí)，需使用插頭或插座密封蓋密封，防止插合界面接觸件腐蝕。
外場(chǎng)腐蝕維護(hù)對(duì)策研究
海洋環(huán)境下航空電連接器長期處于非常嚴(yán)酷的使用環(huán)境下，由于電子設(shè)備不規(guī)則部位較多，存在凹槽、縫隙等易積水部位，尤其是當(dāng)濕氣進(jìn)入密封內(nèi)部，極易形成長久的電解質(zhì)溶液，導(dǎo)致金屬發(fā)生腐蝕。目前對(duì)飛機(jī)電連接器的外場(chǎng)腐蝕防護(hù)仍結(jié)構(gòu)材料防護(hù)為主，采用的涉電部附件緩蝕劑也只是針對(duì)電連接器外部殼體材料的防護(hù)，對(duì)于內(nèi)部接觸件的防護(hù)沒有考慮。電連接外場(chǎng)維護(hù)方法除了采用纏繞保護(hù)帶等方式外，并沒有其他科學(xué)合理的防護(hù)方法。密集的纏繞保長期的濕氣集聚會(huì)造成后期產(chǎn)品故障頻出。因此飛機(jī)電連接器必須在日常外場(chǎng)工作中對(duì)其進(jìn)行腐蝕維護(hù)保養(yǎng)。
1、維護(hù)檢查程序
選擇合適的耐蝕性材料是海洋環(huán)境下飛機(jī)電連接器腐蝕防護(hù)控制的一項(xiàng)重要工作。檢查前應(yīng)將飛機(jī)電源先斷開，飛機(jī)可靠得接地；檢查重點(diǎn)區(qū)域是飛機(jī)的敞開暴露區(qū)和半封閉區(qū)。首先應(yīng)使用清潔抹布蘸清潔劑將擬檢查的電連接器外表面的灰塵、油跡或污染物擦拭去除。然后使用相關(guān)的工具目視檢查電連接器外表面。如果電連接器外部有少許銹蝕、發(fā)黑的現(xiàn)象，且無法判定電連接器是否可繼續(xù)使用時(shí)，應(yīng)該對(duì)電連接器進(jìn)行拆解，用放大鏡檢查內(nèi)部腐蝕情況。若電連接器外表面已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕或出現(xiàn)裂紋、掉塊（粉）的情況，直接更換新電連接器。如果連接器內(nèi)部有腐蝕，維護(hù)人員判斷腐蝕的類型和損傷程度。如果腐蝕嚴(yán)重，可能會(huì)影響電連接器的電氣性能，應(yīng)更換插針、插孔或電連接器，輕微的腐蝕按照相關(guān)要求進(jìn)行腐蝕處理與防護(hù)。
2、維護(hù)檢查標(biāo)準(zhǔn)
飛機(jī)電連機(jī)器維護(hù)應(yīng)檢查以下項(xiàng)目：檢查連接器的外殼體是否存在污垢、銹蝕或鍍層脫落現(xiàn)象；內(nèi)部檢查是否存在腐蝕、化學(xué)侵蝕、磨損、裂縫、內(nèi)部結(jié)晶；插針、插孔的外觀是否存在露銅、銹蝕、發(fā)黑、鍍層脫落等缺陷。接觸件插孔口處有無金屬粉末；同時(shí)檢查電纜的防護(hù)套無老化、破損，絕緣層良好；電連接器的連接螺紋及定位鍵/槽應(yīng)無明顯腐蝕、磨損；絕緣體應(yīng)無龜裂、明顯剝落、氣泡等缺陷。
3、清洗和處理
外場(chǎng)腐蝕維護(hù)應(yīng)對(duì)飛機(jī)電連機(jī)器進(jìn)行清洗和處理，應(yīng)檢遵循以下原則：
1)維護(hù)人員采用粘性紗布和專用毛刷蘸清洗劑對(duì)電連接器外表面污染處進(jìn)行清洗，直至清洗干凈；目視檢查清洗處沒有油漬和污垢后，再利用干凈的白潔布擦拭，如果沒有黑色，則清洗合格，進(jìn)行下一道工序；
2)采用細(xì)砂紙或者打磨筆對(duì)外表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行清除。維護(hù)人員利用10倍放大鏡目視檢查，確認(rèn)腐蝕產(chǎn)物是否徹底清除。確認(rèn)清除后用干抹布擦拭干凈清除產(chǎn)生的粉塵，再用抹布蘸取清洗劑對(duì)其擦拭，進(jìn)行自然風(fēng)干。如果表面采取了涂清漆防護(hù)，注意要避免清漆沿著搭鐵線的搭接間隙流入，從而影響電搭接的效果；
3)如果電連接器內(nèi)部的有金屬粉末，應(yīng)用小刷子和無水乙醇對(duì)進(jìn)行清洗。插針、插孔得孔口部位如果有發(fā)黑現(xiàn)象，用毛刷或棉簽蘸清洗劑對(duì)發(fā)黑處進(jìn)行打磨處理，打磨后使用無水乙醇清洗露出光潔面；如有露銅、銹蝕、積炭等現(xiàn)象，則更換插孔、插針。
4、清理后防護(hù)處理
再檢查受污染區(qū)域是否有殘留物或水。如果有殘留物或水，應(yīng)再一次進(jìn)行清理操作。電連接器清理干凈后使用專用的緩蝕劑按照規(guī)定對(duì)維護(hù)的部位進(jìn)行噴涂防護(hù)。然后自然風(fēng)干，按規(guī)定進(jìn)行密封包扎。
結(jié)束語
針對(duì)海洋環(huán)境下飛機(jī)電連接器日益嚴(yán)峻的腐蝕現(xiàn)狀，應(yīng)高度重視腐蝕防護(hù)與控制方法研究。在飛機(jī)電連接器防腐設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)過程中，為減少腐蝕故障和降低腐蝕維修成本，工作環(huán)境應(yīng)遵循“環(huán)境分類，結(jié)構(gòu)分區(qū)”原則，選用綜合性能優(yōu)良的耐蝕材料及合適的材料鍍層，采用良好的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要求，確定合理的海環(huán)境適應(yīng)性，進(jìn)而達(dá)到分析并改進(jìn)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)的目的，為飛機(jī)電連接器在海洋環(huán)境下進(jìn)行腐蝕防護(hù)控制工作提供了依據(jù)，同時(shí)為海洋環(huán)境下航空電連接器的腐蝕防護(hù)研究提供了借鑒與參考。
引用本文：
王琳，郁大照 ，孫濤，王希彬.太陽輻射對(duì)戶外密閉箱體熱影響的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(05):29-33.
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