机载电子设备的三防设计.pdf

第3 8 卷第3 期2023年6 月结构与工艺光电技术应用ELECTRO-OPTICTECHNOLOGYAPPLICATIONVol.38,No.3June,2023机载电子设备的三防设计刘璐，孙秋月，王强（中国电子科技集团公司光电研究院，天津）摘要：结合机载电子设备中常见的三防质量问题，分析了产品锈蚀的原因，从设计和工艺双重角度出发，详细介绍了能够满足三防要求的产品设计及材料选型，表面防护的选择及工艺方法，生产过程中各个工序的工艺控制要求，以及使用后的维护保养要求。三防设计已经应用于机载电子设备中，能够有效提升机载电子设备整机防护能力。关键词：机载电子设备；三防设计；工艺控制中图分类号：TH705Three-proof Design of Airborne Electronic Equipment(Academy of Opto-Electronics,China Electronics Technology Group Corporation(AOE CETC),Tianjin,China)Abstract:The causes of corrosion based on common quality issues in airborne electronic equipment are ana-lyzed,and from a dual perspective of design and process,a detailed introduction to the design and materials selec-tion of products that can meet the requirements of three-proof,surface protection selection and process methods,process control requirements for each process in the production process,and maintenance requirements after useare provided.The three-proof design has been applied to airborne electronic equipments,which can effectively en-hance the overall protective ability of airborne electronic equipments.Key words:airborne electronic equipment;three-proof design;process control文献标识码：ALIU Lu,SUN Qiuyue,WANG Qiang文章编号：1 6 7 3-1 2 5 5(2 0 2 3)-0 3-0 0 8 1-0 4机载电子设备广泛应用于高温、高湿、高盐雾等复杂严酷腐蚀环境，包含空中、地面、岛礁、海上等，机载电子设备的三防适应性是考察其服役于复杂环境下的重要技术要求，从产品的设计、使用到日常维护保养都十分关键，关键零部件的锈蚀，器件的老化失效等问题都会影响设备的可靠性。近些年，随着老设备的频繁使用以及新设备的交付，电子设备直接经受温度、湿度、盐雾、日照环境，腐蚀问题是一个典型质量问题，影响其可靠性，进而影响设备的能力。因此,针对机载电子设备的三防适应性，必须引起足够的重视。文中主要对机载电子设备提出了从产品设计、工艺控制和维护保养等方面提升其三防性能，从而保证电子设备的质量、精度和可靠性、适应性。收稿日期：2 0 2 3-0 2-1 01三防质量问题机载电子设备在湿热、盐雾、霉菌环境中会引起产品腐蚀效应、电气效应、物理效应。如在湿热环境2 中，长时间的潮湿使得设备表面形成凝露或者游离水，造成表面氧化或电化学腐蚀，材料吸湿后性能下降，电气短路，进人光学镜头表面产生雾气等现象。在盐雾环境3 中，盐沉积物会腐蚀结构件，损坏电气件，机械结构出现卡滞等现象。在霉菌环境4中，主要考察设备中的有机材料，来自表层和基层生长的霉菌均会对材料产生侵蚀，破坏电气或电子系统，影响光学系统性能。产生三防质量问题的原因多由于设计之初对选取材料未进行充分的试验验证，材料本身防腐能力较低，不能抵抗严酷环境；对产品的安装方向、安装位置、使用环境考82虑不全面，造成防腐措施不到位；电子元器件选型不合理，受环境影响造成功能失效；产品生产工程中的工艺控制不到位造成产品质量有缺陷；设备使用后期维护保养不到位出现磨损氧化绝缘等。2三防设计2.1材料设计机载电子设备的三防设计5 主要包括原材料选择、表面镀涂层的选取、元器件的选型、结构设计等方面。近些年，随着设备使用环境比较多样，从产品基材选择时，就选取已经经过盐雾霉菌试验验证过的耐腐蚀性高的原材料，不建议使用结构钢、高碳马氏体不锈钢，建议选取奥氏体不锈钢和双相不锈钢。建议使用防锈铝系列铝合金，或者涂覆由耐蚀涂层的铝合金。避免使用吸水性强的材料，还可以选取聚四氟乙烯、聚、环氧树脂基复合材料,硅橡胶、氟橡胶、耐油丁腈橡胶等非金属材料。塑料中添加防老化剂、增强填料，橡胶中添加防霉剂、防老化剂等方法可进一步提升材料性能。选取材料时还需考虑两个不同零件接触的电位差以及基材与镀层之间的电位差，避免产生电偶腐蚀，加快腐蚀速度，同时加深腐蚀程度。选取常用的辅材密封胶时，建议选用聚氨酯、硅胶密封胶，需要弹性好，良好的流动性时可以选用双组份聚硫密封剂。2.2表面处理设计产品表面的镀涂层一般包括电镀和喷漆，除了提供产品所需的颜色需求后，对产品的基材表面进行了防护提升。根据产品的基材及使用的位置（如外露件、内部件等)选取合适的表面处理方式。如铝合金件在密闭环境中采取阳极氧化等电镀方式即能满足防护要求。作为外露产品，基材防腐蚀性一般时（如铝合金2 A12-T4，7 0 7 5 等），其电镀层主要适用于良好和一般环境下的防护，或者作为涂覆层底层使用，并不适合作为最终防护层应用于盐雾、潮湿等恶劣环境。由于膜层较薄，耐磨性较差，膜层一旦出现破损会失去基本防护效果，导致其三防性能受到影响，薄弱部位很可能会出现锈蚀。这种情况下，需要采取多重防护，如在表面涂抹防锈油、润滑脂或者涂料等方式。产品表面喷漆是最常用的增强防护方式，漆种需选择防腐涂料，分为防光电技术应用霉型清漆、环氧树脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、丙烯酸防腐涂料等氟树脂防腐涂料、富锌防腐涂料。不锈钢及钛合金等防护性能好，只需进行钝化或清洗即可。重防腐工艺方面，钢件采取热喷锌、不锈钢采取钝化、防锈铝采用阳极氧化或微弧氧化等前处理，表面喷涂富锌底漆、环氧云铁中间层和氟碳面漆的重防护涂层。环氧玻璃钢、聚四氟乙烯等表面粗化后喷涂氟碳漆。碳纤维复合材料耐腐蚀性能较优异，一般均需要喷漆满足产品表面外观和功能需求，即可以保护纤维表面，又能增强纤维和树脂界面的粘接力，有效防止水分或其他有害介质的侵人，整体提高耐腐蚀能力。2.3结构、电气设计在结构设计时，需安装密封圈或采取箱盖带沿的方式保证箱体的密封性设计7 ,提升产品的三防性能,其余结构形式也要做防水处理,降低内部零部件的防护要求。设计选取的密封圈材质、硬度以及尺寸需与使用需求匹配，达到密封效果。对于不能密封的产品，要考虑排水泄水设计，避免造成积液、凝露增加腐蚀。在电气设计时，电气件的材料选取和表面处理的要求与结构件一致，还要考虑其电气性能与使用环境，相对湿度、工作温度能够匹配，避免出现不同环境使用时失效报故。印制板一般喷涂防霉清漆，元器件使用灌封改善防水防潮性能，常用的灌封材料有环氧树脂、有机硅和聚氨酯。3工艺控制对于机载电子设备，首先在设计选型时，需考虑整个产品的三防性能8，使得设计本身满足产品需求。其次，需要使用正确的工艺方法,采取严格的工艺控制，来满足产品的设计要求，使得工艺与设计之间相辅相成。设备生产过程中的工艺控制过程主要包括机加工工艺控制、表面处理工艺控制、装配工艺控制、周转工艺以及维护工艺的控制。3.1结构件成型工艺控制零件机加工过程中需控制进刀速度和进刀量，合理安排加工顺序，避免产生尖角、积瘤等，减少腐蚀性介质的滞留，保证零件表面粗糙度。因为表面第3 8 卷第3 期越粗糙，与腐蚀介质的接触面积越大，同时零件内部的应力越大，越容易腐蚀。每道工序完成后及时清除附着在零件表面的金属屑、切削液以及毛刺，避免杂质长时间停留零件表面造成腐蚀。采用焊接工艺时注意焊缝布置、焊接方式，减少焊接应力和缺陷，避免焊接接头部位出现缝隙腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀等现象。对于碳纤维复合材料制品，其材料本身具有较好的耐腐蚀性，其成型工艺比较复杂，尤其是固化工序，属于特殊过程，合理的工艺参数直接影响碳纤维界面状态及界面区域的形成，是提高产品性能的关键3.2表面处理工艺控制产品表面处理工艺性直接影响产品的三防性能。作业环境不满足标准要求，产品未进行前处理或前处理没到位，工艺温度、时间或工艺方法不合理等问题都会对涂覆层的质量产生影响，可能造成表面附着力下降，涂覆层脱落或者环境温度变化造成表面变色等现象。涂料的混合和涂覆工艺对降低间隙和获得合适的附着力、固化度尤为重要。对于待喷漆件，需确认表面质量，被涂表面达到平整光洁、无锈蚀、无油污、无尘土等，以最大限度地保证底漆与底材之间的附着力，更好地发挥涂料的外观装饰和防护效果。但是不同材质需要不同的表面处理方法，除了常规的清理表面，还包括基材的表面粗糙度，对于表面光滑的底材（如不锈钢、碳纤维以及影响涂装附着力的零件的表面状态），可采取物理或化学的处理方法，如手工打磨，喷砂，钝化等。高强度钢零件按照工艺要求镀前消除应力，镀后除氢同时消除应力处理。表面处理后应将零件上残留的酸或碱彻底洗净，洗净后要用干净的压缩空气吹干，除去吸附在表面的水份，再按工艺烘干；贵金属镀覆件最后还要用去离子水清洗，才能达到有关标准表面洁净度的要求。同时,编制表面处理工艺的过程中需考虑镀层、漆种的固有特性,如对于硬度较高的清漆，漆膜不易过厚，避免出现起层。某些雷达吸波涂料掺杂的成分防腐性能较差时，在喷涂外层面漆时需同时将雷达涂料的边界覆盖。隐身涂层一般厚度较厚，为了避免容易磕碰，棱边处一般进行轻微倒角，圆滑过渡。根据使用环境的严苛程度，也可以通过不同的漆层厚度达到防护作用。刘璐等：机载电子设备的三防设计3.3装配工艺控制通过装配而成的设备首先要有可靠的装联结构，其次要合理准确装配前、装配中、装配后的工艺要求和操作。在装配前需对所有零部件进行检查，涂覆层完好、无损伤。对表面的油污及多余的附着物进行清理，且清洁处理工艺不能对零件或材料的表面性能有所损伤。装配过程中操作者需佩戴手套，防手汗腐蚀。应选用合适的工艺装备和工具，对零部件涂覆层无损伤，执行工艺要求保证各零部件安装到位，避免产生零件松动或间隙过大。如使用不匹配的螺丝刀安装螺钉时，会对螺钉头部造成物理损伤。为了更好地提高箱体类设备的密封性，可以在装配缝隙处涂抹密封胶，紧固件采用湿装配安装工艺。对于经常拆卸的位置，可以通过涂抹润滑脂等方式降低磨损。针对设备内部仅有镀层的金属构件可喷涂脱水防锈油进行补充防护处理。3.4周转工艺控制对于零件周转过程中，要求对零件进行保护，可以采用气相防锈纸或气相防锈膜等包装，包装纸选取时需注意避免与金属镀覆层长期接触发生反应。周转运输的过程中，可以定制专用包装箱、包装盒，装人干燥剂，需同时注意避免产品直接碰撞、磕碰、掉落等现象。对于镜片等光学零组件，除了专用周转箱外还需粘贴保护膜。生产过程中工序之间周转或待周转临时存放产品时，也可以采取泡沫或者橡胶专用件保存。周转盒、周转箱等需及时清理，避免产生杂质、污渍损伤污染产品，3.5维护工艺控制针对寿命件和易损件，需进行检查并及时按照期限定期更换。产品使用过程中相互接触的磨损件需进行维护保养，如涂抹润滑脂、防锈油等。同时，使用过程中零部件表面容易产生氧化层影响导电等功能性能，需及时将氧化层清理干净。需不定期的查看产品状态，是否出现掉漆等现象，并采取补漆等工艺措施。在外场执行维修操作时，需制定合理可行的工艺措施，避免维修后造成产品三防性能下降。83844结论三防设计是一个综合复杂的工程研制工作，关系产品研制生产全寿命周期中的各个环节。设计与工艺协同的同时生产交付、使用和维护等各环节也应注意防护。采用合理可靠的设计、性能优异的材料、详实可行的工艺方法等措施进行三防防护，提升机载电子设备的可靠性。参考文献1李星,王晓慧.舰载机三防设计技术研究综述.装备环境工程,2 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