电子产品的防腐蚀设计.

电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日电子产品（设备）结构设计与制造工艺电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2.1概述一、腐蚀效应1、腐蚀的概念材料受环境介质的化学作用而发生性能下降、状态改变、甚至损坏变质的现象。2、腐蚀的分类根据被腐蚀材料的种类，可分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。•金属腐蚀：金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质现象。按照腐蚀的机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀主要为金属在无水的液体和气体以及在干燥的气体中的腐蚀。物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏，金属与熔融液态金属接触引起的金属溶解或开裂就属于物理腐蚀。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。其特征是腐蚀过程中有电流产生，在金属表面上有隔离的阳极区和阴极区，被腐蚀的是阳极区。电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。•非金属材料在化学介质或化学介质与其他因素（如应力、光、热等）共同作用下，因变质而丧失使用性能称为非金属材料腐蚀。电子设备使用的非金属材料，以有机高分子材料为最广泛，如塑料、涂料、薄膜、绝缘材料等。高分子材料腐蚀的主要形式有老化、化学裂解、溶胀和溶解、应力开裂等。由于生物活动而引起材料变质破坏的现象通常称为生物腐蚀，其中由于霉菌和其他微生物引起的腐蚀也称为霉腐或霉变。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计二、腐蚀性环境因素凡是能够作为腐蚀介质引起材料腐蚀的环境因素，都可称之为腐蚀性环境因素，主要有以下几种：•水分。•氧和臭氧。•温度。•腐蚀性气体。•盐雾。•沙和灰尘。•太阳辐射。•微生物等动物。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计三、防腐蚀设计的基本要求1、在防腐蚀设计时，应该考虑的主要因素有：•电子设备可能遭遇的环境条件及主要的腐蚀性环境因素；•对腐蚀损坏最敏感的部位（包括元器件、零部件和材料）；•要求保护的程度（临时性防护、可更换零件防护、高稳定性永久性防护等）以及允许采用的防护手段。2、防止电子设备腐蚀损坏的基本方法有以下几种：•采用高耐蚀性材料；•消除或削弱环境中的腐蚀性因素；•对不耐蚀材料进行耐蚀性表面处理；•防腐蚀结构设计；•电化学保护；电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2．2潮湿及生物危害的防护一、潮湿的防护1、潮湿的危害•对设备机械性能的危害•对设备电气性能的影响2、吸湿机理•吸附物体表面分子对水分子具有吸引力，水分子就会吸附到物体表面上，形成一层水膜。•凝露当物体表面温度低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便会在物体表面上凝结成水珠，形成一层很厚的水膜。•扩散由于物体本身和周围环境的水汽压力差较大，水分子在压力差的作用下，向物体内部扩散，使水分子进入物体内部。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计•吸收有些材料本身具有缝隙和毛细孔，材料表面的水分子由于毛细作用，进入材料内部。3、防潮湿措施防潮湿措施首先是合理地选用材料，在满足结构强度，性能要求和经济性的情况下，应采用耐腐蚀、耐湿、化学性能稳定的材料，同时采取表面憎水处理、浸渍、灌封、密封等方法。•在正常气候条件下为了提高某些非金属材料、纤维材料和线圈类元器件的防潮能力、耐热能力、抗电强度以及机械强度等，可采用憎水处理、蘸渍、浸渍处理和灌封处理。对于金属材料的防潮，则多采用表面覆盖。•憎水处理和蘸渍处理多用来作为其他防潮处理后的辅助处理，以进一步加强其防潮性能。•浸渍和灌封处理应根据使用条件和要求选择适当的浸渍、灌封材料。•密封措施主要用于恶劣的气候条件。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计二、生物危害的防护1、霉菌的滋生条件•微生物（菌体）的存在•合适的环境条件：温度（20-30℃）、湿度（65％）、PH值•霉菌生长所需要的营养物质：非金属材料2、防霉措施•控制环境条件•选用抗霉材料•进行防霉处理3、其它生物的危害及防护•其它生物：昆虫、小动物等•危害：咬坏器件及导线、其排泄物•防护：对散热孔、进出线孔等作处理电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2．3金属腐蚀机理一、定义（见2.1）二、金属腐蚀的分类按照腐蚀作用发生的机理，金属腐蚀可以分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。其特征是腐蚀过程中有电流产生，在金属表面上有隔离的阳极区和阴极区，被腐蚀的是阳极区。电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两大类。（1）、宏观腐蚀电池。通常是指由肉眼可见的电极所构成的腐蚀电池，电池的阴极区和阳极区往往保持长时间的稳定，因而导致明显的局部腐蚀。宏观腐蚀电池有以下几种。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计•异种金属接触电池即不同金属在同一电解液中相接触构成的腐蚀电池。•浓差电池即同一种金属浸入不同浓度的电解液中形成的腐蚀电池。•温差腐蚀电池金属浸入电解质溶液中各部分由于温度不同而具有不同的电位，因而稀处腐蚀电池。（2）、微观腐蚀电池。由于金属表面存在电化学不均匀性，使金属表面出现许多微小的电极，从而构成各种各样的微小的腐蚀电池，简称微电池。•金属表面化学成分的不均匀性引起的微电池。金属表面的杂质以微电极的形式与基体金属构成的许多短路的微电池。•金属组织不均匀性构成的微电池。金属晶界的电位通常比晶粒内部的电位低，成为微电池的阳极，腐蚀首先从晶界开始。•金属物理状态不均匀性引起的微电池。金属各部分变形不均匀，或应力不均匀，都可引起局部微电池。•金属表面膜不完整引起的微电池。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计三、金属腐蚀的破坏形式•全面腐蚀分布整个表面上，可以均匀或不均匀•局部腐蚀集中在某一定区域，斑状腐蚀、陷坑腐蚀、点腐蚀等。局部腐蚀比全面腐蚀的危害更大，具有较大的隐蔽性。四、金属腐蚀的危害1、机械性能•力学性能变坏，甚至失效•使传动系统的精度降低，配合性质发生改变2、电气性能•导电性能降低，接触不良•电磁元器件的参数发生变化电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2．4金属的防腐蚀设计一、选择耐蚀材料1．选材应遵循的原则由于材料的使用还涉及到设备性能或零部件的功能所要求的物理、化学、机械、电气特性，以及其加工性能和经济性等，因此必须综合考虑。仅从防腐蚀角度出发，选材应遵循下列原则：•环境因素和腐蚀介质是选材必须明确的条件。•根据对保护程度的要求选材。•选材时应考虑与之相应的防腐措施。•应注意材料的兼容性。•应考虑材料的加工性能、焊接性能，注意其加工后是否会降低抗腐蚀性能。•在某些场合可考虑用非金属代替金属材料，如塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等，只要使用得当，都可成为设备的防腐材料。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2．大气环境中的选材•铸铁、普通碳钢、低合金钢可以用金属镀层或油漆涂覆层加以保护。•铝及铝合金采用电化学氧化处理或化学氧化处理。铸造铝合金采用油漆涂层保护。•铜及铜合金在大气中容易变色。当变色会影响其导电性能或外观要求时，可以根据不同的使用条件和使用要求，采用光亮酸洗、钝化处理、金属镀层或油漆层加以保护。•锌合金制造的零件，可以采用磷化、钝化、金属镀层或油漆层防护。•镁合金制造的零件，可以采用阳极氧化或化学处理并涂覆油漆层保护。3．海水腐蚀环境中的选材对大型海洋工程结构，通常采用价格低廉、制造方便的低碳钢和普通低合金钢，并辅之以涂料和阴极保护措施。对强度要求高的可采用低合金高强度钢。环境腐蚀条件比较苛刻，普通钢铁材料难以满足防腐蚀要求，材料用量又不很大时，应采用高耐蚀材料，如耐海水不锈钢、铜合金、镍基合金和钛合金。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计二、防腐蚀覆盖层金属材料的表面防腐蚀覆盖层主要有金属镀层、金属表面化学处理和有机覆盖层等三种。1、金属镀层（1）金属镀层的分类•主要用来防止金属制品腐蚀的防护性镀层。•不但能防止腐蚀，而且能赋予金属制品某种经久不变的光泽外观的防护——装饰性镀层。•导电性镀层。如镀银，用来提高零件表面的导电性能。•其他镀层。如磁性镀层，耐磨和减摩镀层等。根据镀层与基体金属之间的电化学关系，又可分为下列两种：•如果镀层金属的电位比基体金属的电位低，当镀层有缺陷（针孔、划伤等）而与基体金属形成微电池时，镀层将作为阳极，对基体金属（阴极）起电化学保护作用，这类镀层叫做阳极镀层。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计•如果镀层金属的电位比基体金属电位高，则叫做阴极镀层。显然，阴极镀层当它完整无缺时，对基体金属也有机械保护作用，但镀层破损后，则会加速基体金属的腐蚀。获得金属镀层的方法有：电镀、化学镀、热喷镀、热浸镀、热渗镀、真空镀等。（2）常用金属镀层为达到保护基体的目的，金属镀层应满足的要求是：镀层金属在环境介质中耐蚀性良好；与基体金属结合牢固；有良好的机械物理性能；镀层完整，空隙小；有一定厚度和均匀性。钢铁材料常用的镀层有：镀锌、镀镉、镀铬、镀镍、镀锡铅合金、镀铜等。常用金属镀层的特性、用途和选用可查相关手册。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计2．金属表面化学处理金属表面化学处理是利用化学或电化学的方法使金属表面生成某种化合物而形成覆盖层（化学转化膜），以达到防腐蚀的目的。•发兰（发黑）在钢铁零件上用化学方法形成一层氧化膜的过程称为发兰。氧化膜主要由磁性氧化铁（Fe3O4）组成，呈黑色和深兰黑色故又称为发黑，其光泽美观，有较大的弹性和润滑性，但厚度较薄，抗蚀能力差。•磷化处理将钢铁零件放入磷酸盐溶液中进行浸泡，使零件表面形成一层磷酸盐膜的过程称为磷化处理。•钝化处理将金属零件放入以铬酸或重铬酸盐为主要成份的钝化溶液中进行处理，使零件表面形成一层稳定性较高的铬酸盐膜（称钝化膜）的过程称为钝化处理。•氧化处理氧化处理多用于铝及铝合金，铜及铜合金。氧化处理有化学氧化和电化学氧化两种。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计3．有机覆盖层有机覆盖层也称有机涂层，是由有机成膜物质构成的覆盖层，包括涂料、塑料、橡胶和沥青涂层等。•涂料涂覆涂料（过去称油漆）涂覆是一种对金属和非金属制品进行防腐蚀和装饰的最简单的方法。在电子设备中应用最广泛。由于涂料涂覆层的耐磨性较差且较厚，所以，涂料涂覆主要用于机械作用不大、没有摩擦、公差要求不高、不焊接的表面。•塑料涂覆塑料涂覆是指利用有些塑料材料具有耐腐蚀性能的特点，将其制成分散液或悬浮液，然后通过特殊的工艺手段，让它们在基体材料表面形成防护膜。由于塑料涂覆时往往需要经过干燥、塑化等高温工艺，所以，进行塑料涂覆的零件、部件均应能承受高温，否则就应选用其他涂覆方法。电子产品（设备）结构设计与制造工艺2004年12月18日第二章电子产品的防腐蚀设计三、防腐蚀的结构设计金属防腐蚀除使用覆盖层外，还应从产品结构设计上加以考虑，金属结构设计是否合理，对于接触腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的敏感性影响很大。1、合理的结构形状•结构形状应尽可能简单和合理。•防止参与水分和冷凝液的积聚。2、防止电偶腐蚀•不同金属和合金应当避免直接接触。•在两种不同的金属材料偶接处加入第三种金属，使两种金属间电位差降低。•当不可避免需要异种金属接触时，一定要采取大阳极小阴极的结构形式。•防止电偶腐蚀最普遍的方法是在两金属间隔入一个不吸水的有机材料绝缘物，如合成橡胶