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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-10-25 15:54
近日,海軍航空大學(xué)王希彬團(tuán)隊(duì)以《航空電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求分析與對(duì)比試驗(yàn)研究》為題在《環(huán)境技術(shù)》2024年第7期上發(fā)表最新研究?jī)?nèi)容,第一作者為王希彬。
針對(duì)沿海等環(huán)境飛機(jī)電子電氣設(shè)備腐蝕故障高發(fā)頻發(fā)問(wèn)題,總結(jié)分析了電子電氣緩蝕劑國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出了飛機(jī)電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求及脫水性、對(duì)絕緣導(dǎo)線影響、對(duì)電學(xué)性能影響等關(guān)鍵指標(biāo)的檢驗(yàn)方法,在此基礎(chǔ)上開(kāi)展四種常用電子電氣型緩蝕劑理化性能、環(huán)境適應(yīng)性及防腐性能、材料兼容性和相關(guān)電性能指標(biāo)的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明四種電子電氣緩蝕劑的性能優(yōu)劣,為優(yōu)選出合適的電子電氣型緩蝕劑產(chǎn)品提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。
引言
沿海飛機(jī)長(zhǎng)期處于高溫、高濕、高鹽霧的服役環(huán)境中,加劇了電子電氣設(shè)備及部附件的腐蝕,最終在電路上表現(xiàn)為性能不穩(wěn)定、產(chǎn)生誤動(dòng)作、跳保險(xiǎn)、設(shè)備不工作、甚至燒蝕起火,嚴(yán)重影響了飛機(jī)的使用性能、飛行安全性和可靠性,增加了維修保障工作量和難度,設(shè)備故障率顯著提升。有數(shù)據(jù)表明海南地區(qū)機(jī)載電子設(shè)備的故障率是內(nèi)陸的2~3倍,同一機(jī)型的同一種導(dǎo)航設(shè)備,在海南的故障率是滄州的3倍。
根據(jù)美國(guó)空軍后勤中心(ALC)對(duì)20多種飛機(jī)的調(diào)查報(bào)告表明:腐蝕導(dǎo)致的飛行事故占總數(shù)的20%左右。腐蝕問(wèn)題不僅嚴(yán)重危害飛機(jī)的飛行安全,還涉及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。2002年美國(guó)政府的統(tǒng)計(jì)顯示,每年航空裝備因腐蝕損失10億美元。
在飛機(jī)上使用緩蝕劑是一種成本低、操作方便的減緩或抑制飛機(jī)腐蝕的方法。早在上世紀(jì)七十年代美國(guó)空軍就十分強(qiáng)調(diào)緩蝕劑的研究和應(yīng)用。對(duì)于機(jī)載電子電氣設(shè)備而言,電子電氣緩蝕劑成為其腐蝕防護(hù)與控制的重要手段,通過(guò)控制水分在機(jī)載電子電氣設(shè)備內(nèi)部聚集,從而抑制形成電解質(zhì)溶液達(dá)到腐蝕控制的目的。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用水置換型緩蝕劑作為海洋環(huán)境中服役飛機(jī)重點(diǎn)腐蝕控制部位的附加防護(hù)材料,通過(guò)滲入設(shè)備內(nèi)部或縫隙,將其表面水分置換出來(lái)并形成一層保護(hù)膜,從而抑制腐蝕的發(fā)生。美軍MIL-PRF-81309H標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了四種類(lèi)型超薄膜水置換緩蝕劑的要求,對(duì)軟膜緩蝕劑進(jìn)行了規(guī)范,其中包含了航空電子電氣緩蝕劑,即III型緩蝕劑。
國(guó)內(nèi)飛機(jī)電子電氣設(shè)備緩蝕劑的研究成果較少,孟凡巍等提出了飛機(jī)緩蝕劑技術(shù)要求體系,包含了緩蝕劑的一些電性能影響指標(biāo)要求,為緩蝕劑標(biāo)準(zhǔn)的編制提供了理論支撐,但未包含電子電氣設(shè)備專(zhuān)用緩蝕劑。邢新俠等按照MIL-PRF-81309F標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法分析了電子電氣緩蝕劑在不同使用溫度、熱老化時(shí)間和插拔次數(shù)下對(duì)印制電路板電性能的影響。張丹峰等分析了緩蝕劑對(duì)飛機(jī)電連接器腐蝕行為的影響,驗(yàn)證DJB 823緩蝕劑對(duì)飛機(jī)電連接器的防護(hù)性能。文獻(xiàn)[10]按照MIL-PRF-81309F中測(cè)試規(guī)定,通過(guò)測(cè)量不同試驗(yàn)溫度下試樣接觸電阻的變化率,評(píng)定低溫環(huán)境下電子電氣緩蝕劑對(duì)試樣電性能的影響。
總之,國(guó)內(nèi)機(jī)載電子電氣設(shè)備緩蝕劑目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,其性能要求及檢驗(yàn)方法通常參考MIL-PRF-81309H標(biāo)準(zhǔn),但由于國(guó)內(nèi)機(jī)載電子電氣設(shè)備材料、工藝及緩蝕劑產(chǎn)品性能與美國(guó)不同,此外,我國(guó)熱帶海洋環(huán)境腐蝕條件與美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)亦存在顯著差異,使得我國(guó)飛機(jī)電子電氣設(shè)備緩蝕劑的性能技術(shù)指標(biāo)要求也應(yīng)不同。
航空電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求分析
美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-81309H中對(duì)電子電氣緩蝕劑進(jìn)行了規(guī)范。在借鑒MIL-PRF-81309H基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)605所TFHS-20電子電氣緩蝕劑規(guī)范、621所DZ-1電子設(shè)備緩蝕劑規(guī)范、GJB1300-1991 DJB-823固體薄膜保護(hù)劑等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的內(nèi)容及我國(guó)航空電子電氣設(shè)備使用現(xiàn)狀,借鑒文獻(xiàn)[7]中的部分結(jié)果,通過(guò)分析研究形成航空電氣電子緩蝕劑技術(shù)要求,包括理化性能(外觀、閃點(diǎn))、工藝性能及成膜性能(可噴涂性、油膜厚度、脫水性、磨蝕性等)、防護(hù)性能(耐中性鹽霧、耐酸性鹽霧等)及對(duì)金屬、非金屬的影響(金屬腐蝕性等)。此外,電氣電子設(shè)備緩蝕劑還有其獨(dú)特電氣性能要求,如耐電壓、對(duì)電氣電子元件電學(xué)性能的影響等。表1歸納了航空電氣電子設(shè)備緩蝕劑的技術(shù)要求。
表1 航空電氣電子設(shè)備緩蝕劑技術(shù)要求

電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求檢驗(yàn)方法
文獻(xiàn)[7]明確了飛機(jī)緩蝕劑的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法,其中就包含了一些電氣電子緩蝕劑性能指標(biāo)的檢驗(yàn)方法。但是,考慮飛機(jī)電子電氣設(shè)備專(zhuān)用緩蝕劑的特點(diǎn),其通常為水置換型緩蝕劑,脫水性成為重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)之一;因?yàn)殡娮与姎庠O(shè)備往往通過(guò)電連接器及線纜與其他設(shè)備進(jìn)行信息傳輸,在噴涂電子電氣緩蝕劑時(shí)可能接觸到絕緣導(dǎo)線,因此需考慮緩蝕劑對(duì)絕緣導(dǎo)線的影響;另外,電子電氣緩蝕劑對(duì)電子電氣元件電性能的影響也是應(yīng)重點(diǎn)考慮的性能指標(biāo)。這些指標(biāo)的檢驗(yàn)方法與文獻(xiàn)[7]不同,有其獨(dú)特的特點(diǎn)。
1、脫水性
文獻(xiàn)[7]和美軍標(biāo)MIL-DTL-85054D、MIL-PRF-81309H中均通過(guò)人造海水置換性試驗(yàn)來(lái)表征緩蝕劑的脫水性,但文獻(xiàn)[7]中采用的GJB 5025附錄B中合成海水溶液配置較為復(fù)雜,試驗(yàn)程序較為繁瑣,因此采用以下簡(jiǎn)單的脫水性試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)電子電氣緩蝕劑。
1.試樣準(zhǔn)備
試驗(yàn)材料選用45鋼,試樣尺寸50mm×100mm×(1~3)mm,試樣上端中間部位可有安裝孔,準(zhǔn)備3片試樣。試樣用砂紙打磨,無(wú)水乙醇或丙酮清洗,熱風(fēng)吹干,置于干燥器中待用。
2.試驗(yàn)程序
試驗(yàn)程序如下:
a)取50mL的電子設(shè)備緩蝕劑于磨口錐形瓶中,再加入5mL去離子水,蓋上蓋子,上下倒置約十次,使其混合均勻,倒入培養(yǎng)皿中備用;
b)將3片鋼試樣充分浸入去離子水中后,垂直提起并用定性濾紙吸取底部余水,將試樣水平浸入培養(yǎng)皿中,從試樣提起到浸入的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5s;
c)試樣在培養(yǎng)皿中靜置15s后提起,在室溫下懸掛15min;
d)在23±3℃下將試樣水平放置于底部盛有去離子水的干燥器中1h,然后取出用汽油或丙酮清洗,熱風(fēng)吹干后檢查。
2、對(duì)絕緣導(dǎo)線的影響
考慮到電子電氣緩蝕劑用于電連接器等電子元器件時(shí),有可能?chē)娡康竭B接器周邊的絕緣導(dǎo)線上,因此應(yīng)開(kāi)展電子電氣緩蝕劑對(duì)絕緣導(dǎo)線的影響。文獻(xiàn)[7]僅對(duì)AF250 氟塑料導(dǎo)線進(jìn)行相容性試驗(yàn),美軍標(biāo)MIL-PRF-81309H中僅對(duì)聚酰亞胺線纜絕緣導(dǎo)線進(jìn)行相容性試驗(yàn),考慮到軍用飛機(jī)上常用的絕緣導(dǎo)線材料為聚酰亞胺、聚烯烴和聚四氟乙烯等,因此采用電子電氣緩蝕劑作為試驗(yàn)溶液,試驗(yàn)材料采用聚酰亞胺、聚烯烴和聚四氟乙烯的導(dǎo)線,按照GJB 8622-2015中4.5.10的方法測(cè)試。
3、對(duì)電子電氣元件電性能的影響
對(duì)電子電氣元件電性能的影響是電子電氣緩蝕劑產(chǎn)品檢驗(yàn)的核心,美軍標(biāo)MIL-PRF-81309H采用了一對(duì)電連接器MS3116-16-26S和MS3112-16-26-P進(jìn)行接觸電阻測(cè)量試驗(yàn),文獻(xiàn)[7]采用了MIL-PRF-81309H中的檢驗(yàn)方法,但未給出連接器的型號(hào),這將會(huì)導(dǎo)致對(duì)電子元器件接觸電阻變化量小于5mΩ的指標(biāo)不能對(duì)所有連接器都滿足(3.3試驗(yàn)結(jié)果)。用于電子元器件的DJB823保護(hù)劑接觸電阻技術(shù)指標(biāo)為涂與不涂接觸電阻變化不大于10%,經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)(見(jiàn)3.3試驗(yàn)結(jié)果)其指標(biāo)可在5%以內(nèi)。
此外,印制電路板也是常用的電子電氣元件,也應(yīng)考慮電子電氣緩蝕劑對(duì)其電學(xué)性能的影響。
1.對(duì)電連接器的影響
將J599系列連接器20MWB995A和20MWB99PA型號(hào)插頭座連接好,測(cè)量每對(duì)插針和插孔之間的接觸電阻值;將插頭插座拆開(kāi),每隔2h涂覆緩蝕劑1次,共噴3次,在室溫下放置24h;再將連接器連好,測(cè)量插針和插孔之間的接觸電阻值,得到涂覆前后接觸電阻的變化量,變化量不超過(guò)5%即認(rèn)為無(wú)顯著影響。
2.對(duì)電路板的影響
1)試驗(yàn)件
包含1 套模擬印制電路板及 2 個(gè)邊緣連接器組成,電路板和連接器均為銅鍍鎳鍍金,模擬電路板大約7.62cm長(zhǎng)×3.05cm寬、約1.4mm厚的板材進(jìn)行雙面電鍍銅,并采用金相摩擦進(jìn)行精飾以獲取一條(0.17±0.01)μm標(biāo)準(zhǔn)粗糙度的均衡中心線。邊緣連接器上有 50 個(gè)觸點(diǎn),連接后接觸應(yīng)力在 100~250 g 之間。一個(gè)或更多的邊緣連接器應(yīng)焊接至電路板上以便于測(cè)量(圖1為一示例板)。每個(gè)連接器裝配件使用之前應(yīng)測(cè)試初始接觸電阻,緩蝕劑選取不少于10個(gè)觸點(diǎn)進(jìn)行接觸電阻測(cè)試。

圖1 具有雙面連接器和一個(gè)模擬PC板插槽的雙邊PC板
2)緩蝕劑涂覆
緩蝕劑僅在模擬印刷電路板表面涂覆,緩蝕劑采用自噴罐進(jìn)行噴涂,模擬印刷電路板雙邊應(yīng)采用板長(zhǎng)度為15cm~20cm單程噴涂,并且3s~4s內(nèi)應(yīng)涂覆7.5cm長(zhǎng)度板。在插入至邊緣連接器之前涂覆板應(yīng)反轉(zhuǎn)(接觸邊朝上)并沿著非接觸邊緣保持垂直狀態(tài)10min。
3)接觸電阻測(cè)試
測(cè)試時(shí)應(yīng)采用安裝的邊緣連接器將印刷電路板雙面連接至一套數(shù)據(jù)掃描系統(tǒng),測(cè)試在ASTM B539規(guī)定條件即開(kāi)路電位為50mV、直流電10mA下的每個(gè)接觸點(diǎn)接觸電阻。
航空電子電氣緩蝕劑的對(duì)比試驗(yàn)
通過(guò)開(kāi)展DJB 823、WD-1、TFHS-20、DZ-1四種航空電子電氣型緩蝕劑理化性能、環(huán)境適應(yīng)性及防腐性能、材料兼容性和相關(guān)電性能指標(biāo)的對(duì)比測(cè)試,提出能夠滿足飛機(jī)在特定環(huán)境下使用性能的要求,優(yōu)選出合適的電子電氣型緩蝕劑產(chǎn)品。
1.緩蝕劑
從國(guó)內(nèi)外選取了四種電子電氣類(lèi)的緩蝕劑作為本次試驗(yàn)的測(cè)試品,見(jiàn)表2和圖2所示。產(chǎn)品均為自噴罐型,樣品在試驗(yàn)前應(yīng)充分地?fù)u勻,從噴霧罐中得到緩蝕劑在燒杯里在室溫下靜置30min以上,以使推進(jìn)劑完全消散。

圖2 四種待測(cè)緩蝕劑實(shí)物圖
表2 待測(cè)試的緩蝕劑

2.試驗(yàn)項(xiàng)目
•耐酸性鹽霧
•絕緣擊穿電壓
•功能滲透性
•中性鹽霧
•氫脆(1840kg/150h)
•與絕緣導(dǎo)線的兼容性
•對(duì)丙烯酸樹(shù)脂或聚碳酸酯的影響
•對(duì)聚氨酯涂料的影響
•對(duì)電連接器影響
•對(duì)電路板影響
3.試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)性能測(cè)試,四種電子電氣緩蝕劑的技術(shù)要求符合性結(jié)果見(jiàn)表3所示。
表3 四種電子電氣緩蝕劑的技術(shù)要求符合性
從表3結(jié)果可以看出:
1)對(duì)于絕緣擊穿電壓、功能滲透性、氫脆試驗(yàn)、耐中性鹽霧、與絕緣導(dǎo)線的兼容性、對(duì)丙烯酸樹(shù)脂或聚碳酸酯的影響、對(duì)聚氨酯涂料的影響七項(xiàng)試驗(yàn),四種電子電氣緩蝕劑都能夠有效的滿足技術(shù)指標(biāo)的要求;
2)對(duì)于耐酸性鹽霧測(cè)試,四種電子電氣緩蝕劑都不能滿足技術(shù)要求,試驗(yàn)樣件都出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕程度,表明電子電氣緩蝕劑耐酸性鹽霧能力均很差,同時(shí)也說(shuō)明本文提出的酸性鹽霧的指標(biāo)太過(guò)苛刻,應(yīng)適當(dāng)降低指標(biāo);
3)對(duì)于電連接器影響測(cè)試,WD-40緩蝕劑有50%的數(shù)據(jù)滿足要求,TFHS-20緩蝕劑有90%的數(shù)據(jù)滿足要求,DJB-823緩蝕劑100%全部滿足要求,DZ-1緩蝕劑有80%的數(shù)據(jù)滿足要求。結(jié)果說(shuō)明只有DJB-823緩蝕劑完全滿足要求,TFHS-20緩蝕劑對(duì)電連接器的影響較小,WD-40緩蝕劑和DZ-1緩蝕劑對(duì)電連接器的影響較大;對(duì)于電路板影響測(cè)試,WD-40緩蝕劑只有20%的數(shù)據(jù)滿足要求,TFHS-20緩蝕劑有80%的數(shù)據(jù)滿足要求,DJB-823緩蝕劑有80%的數(shù)據(jù)滿足要求,DZ-1緩蝕劑有60%的數(shù)據(jù)滿足要求。結(jié)果說(shuō)明DJB-823緩蝕劑和TFHS-20緩蝕劑對(duì)電路板觸點(diǎn)的影響較小,WD-40緩蝕劑和DZ-1緩蝕劑對(duì)電路板觸點(diǎn)的影響較大。說(shuō)明接觸電阻變化不超過(guò)5mΩ的要求過(guò)高,可適當(dāng)調(diào)整為變化量不超過(guò)5%,將電子電氣緩蝕劑對(duì)電子電氣元件電學(xué)性能影響的指標(biāo)設(shè)定為5%以內(nèi)。
結(jié)論
本文針對(duì)我國(guó)航空電子電氣設(shè)備在沿海等環(huán)境下腐蝕故障高發(fā)頻發(fā)現(xiàn)狀,闡明電子電氣緩蝕劑是一種經(jīng)濟(jì)有效的腐蝕防控手段,進(jìn)而總結(jié)了電子電氣緩蝕劑國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出了航空電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求及關(guān)鍵性能的檢驗(yàn)方法,對(duì)常用的四種電子電氣緩蝕劑進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),并分析其性能優(yōu)劣。本文的研究為航空電子電氣緩蝕劑在腐蝕防護(hù)與修理中的應(yīng)用提供了理論和試驗(yàn)基礎(chǔ),對(duì)提升飛機(jī)電子電氣設(shè)備腐蝕防控效能具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值。
注:文獻(xiàn)[7]:孟繁巍,金曉橋,王凱. 軍用飛機(jī)緩蝕劑技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法研究[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2021,(8):8-13.
引用本文:
王希彬,郁大照,王琳,邱實(shí),姜國(guó)杰.航空電子電氣緩蝕劑技術(shù)要求分析與對(duì)比試驗(yàn)研究[J].環(huán)境技術(shù),2024,42(07):200-206.

來(lái)源:環(huán)境技術(shù)核心期刊