孟冬 张栋 孟楷 王芳

摘 要：舰载光电设备工作环境恶劣，针对环境的三防设计在研制中必须引起重视。文章结合实际出现的腐蚀问题，从材料应用、结构形式优化及工艺防护等多方面进行研究。事实证明：通过防腐措施的综合应用，能够保证设备长期稳定工作。

关键词：舰载光电设备；三防设计；防腐措施

中图分类号：TN602 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）19-0106-03

Abstract： The moisture-mildew-saltspray proofing design of shipborne electro-optical equipment is an important mission for the shipborne electro-optical equipment. It should be considered overall from the materials application， structure design， process engineering and so on at the time of the product development. In this paper the three-proofing issue of shipborne electro-optical equipment was studied. It was proved that the shipborne electro-optical equipment could work steadily in sea climate environment for longer time through the proper corrosion protection.

Keywords： shipborne electro-optical equipment； moisture-mildew-saltspray proofing design； corrosion protection

1 概述

在现代化战争中，海军占据越来越重要的地位，光电探测设备在海军装备中属于标准配置。近年来，在使用过程中出现腐蚀现象，由于光电设备属于精密仪器，腐蚀发生后，轻则影响设备性能，重则导致设备失灵，贻误战机。本文对几年来遇到的腐蚀问题进行分析，就防止该现象产生的多种措施进行探讨。

2 现状

美军总部对沿海基地使用的产品进行故障调查与分析，结果表明：损坏或有故障的产品中52%是由环境因素造成的。其中由温度引起的故障占各环境因素引起故障的40%；潮湿引起的故障占19%；盐雾、砂尘、霉菌引起的故障占14%[1]。我国海域辽阔，海岸线长，具有重要的军事战略意义。近年来，我国大力发展海军装备，以提升我国海军实力。但海洋性气候环境相对于路基环境比较特殊，对装備具有极大的破坏性，为此针对气候环境的三防设计不容忽视。图1是某型号激光测距机。该激光测距机，技术成熟，性能稳定。配备于路基装备时表现优异，改良后服役于某舰载装备，却在服役期间发生严重腐蚀，如图2所示。由图2可以看出，盖板与壳体连接处腐蚀严重，密封条失去密封性能，海水倒灌于壳体内，所有光电设备都受到不同程度的影响。维修时，发现螺钉固死在壳体上，无法正常取出。故障发生后引起了所有研制人员的高度重视，刷新了海洋性气候对设备破坏性的认知，如何避免该类现象发生成为研制人员急需解决的问题。

3 问题分析

3.1 腐蚀的危害

腐蚀现象随处可见并且危害严重。轻则影响设备的使用性能，重则造成设备及人身事故，带来经济损失和不良社会影响。腐蚀对军事装备“六性”的影响重大，直接造成可靠性降低，维修周期缩短，间接影响测试性，致使安全性降低，保障性变差，不能满足环境适应性要求。战场上，风云变幻，机会稍纵即逝，装备发生腐蚀后不能及时发现和处理会贻误战机，以致战斗甚至整个战争的失败。

3.2 环境因素

舰载光电设备特别是舱外设备长期处于海洋性气候中，其高温、高湿及空气中的腐蚀性物质、盐雾和各种霉菌对设备具有极大的破坏性。并且这些气候因素和环境条件非常复杂，既能相互影响，又能相互作用[2]，从而加速对设备的损害。现对其湿热、盐雾及霉菌进行分析如下：

湿热引起腐蚀的原理如图3所示。设备外漏表面若直接暴露在潮湿的大气中，通常会吸附一层水膜，含有盐分的水膜在金属表面形成电化学腐蚀所必需的电解质膜，这种电解质膜对裸露金属表面具有很强的腐蚀性[3]。低纬度区域温度较高，而高温会增加电化学腐蚀的速度。湿热不仅对金属具有腐蚀性，对印制电路板的PCBA涂层破坏性也比较大，能引起电路板起泡、线路间短路等。

盐雾引起腐蚀的机理如图4所示。海水中含有大量盐（NaCl），舰载光电设备虽然不直接接触海水，但由于海水的扰动或海浪击岸时的喷散形成气泡，气泡破散后形成微小的水滴，一部分水滴随气流升入空中形成盐雾，盐雾极易附着在舰载光电设备的表面，这些盐雾中含有大量的氯离子（Cl-），在金属表面形成微电池，与金属材料发生电化学反应，破坏金属表面的钝化膜，形成孔蚀或者缝隙腐蚀。盐雾是最有破坏性的大气腐蚀，并且形式多样，如缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。盐雾不仅对金属材料具有腐蚀力，而且对部分绝缘材料也具有一定的破坏力。

海洋性环境是霉菌生长和繁殖的温室。光电设备一旦密封失效，有空气进入，便有可能被霉菌污染。霉菌对设备产生的危害主要如图5所示：（1）密封件，密封件是设备的第一道防线，多数密封件是由天然橡胶制成，抗霉性比较低，霉菌滋生后，结构发生破坏，弹性降低，严重时密封失效，甚至引起泄露等；（2）绝缘材料，绝缘材料一旦被霉菌污染，其绝缘电阻将大幅度下降；（3）印制电路板，霉菌入侵后可能导致线路间导电，发生短路；（4）工程塑料，霉菌污染后的工程塑料塑性将变差，加速其老化。

通过分析可知，舰载光电设备长期服役于恶劣且复杂的海洋环境下，这些环境因素相互影响极易形成恶性循环，因此要防微杜渐，从多方面考虑，将三防设计理念贯穿于整个设计制备中，包括材料的选取，结构的设计及工艺的制定等。

3.3 防腐措施

针对舰载光电设备所处环境，一般从以下几个方面进行防护：

（1）材料应用

合理、正确的选取设备所用材料是三防设计的基础。选材时应针对腐蚀环境的特点，了解材料的腐蚀机理、遭受破坏的形式及抵抗霉菌的能力，还要了解不同材料之间的相互作用，避免电位差引起腐蚀。金属的耐腐蚀性比较复杂，同样的金属材料在不同的环境下耐腐蚀性也不尽相同。在选择金属材料时首先要考虑其自身的强度、刚度等特性，其次要结合使用环境考虑其耐腐蚀性，还要考虑其经济性。在实际应用中，金属材料自身的耐腐蚀性不够优越时，可进行涂覆处理，在其表面镀覆金属层和涂覆非金属层进行保护，以提高抗腐蚀能力。光电设备中以电偶腐蚀最为普遍[4]，因此要针对其腐蚀机理合理选择金属材料及其镀层。在选择非金属材料时，首先要考虑其特性是否满足要求，还要考虑其耐霉菌的能力，有电磁屏蔽要求时，还要考虑其导电性。随着新材料的出现，将涌现出新的性能优越的耐腐蚀材料可供选择。总之，选材是基础，是设备研制的第一步，关系到整个设备的性能表现及后续三防处理。

（2）结构设计

结构设计是三防设计的关键。光电设备涉及到光学部分和电路部分，而这些对外部环境要求比较高，舰载光电设备的三防设计显得尤为重要。通过合理的结构设计可有效避免腐蚀的发生。一般情况下，可从以下几个方面进行三防设计：

a.设计关重件时可考虑单独密封或加保护罩等措施。

b.整机尽量采用整体铸造或锻件机加的结构形式，尽量避免焊、铆和螺纹等连接形式。

c.对所有开口处进行密封设计。由于安装、维修及性能要求，设备必然形成开口结构，开口处必然会形成缝隙，而缝隙多是腐蚀发生的源头，因此开口处的密封设计是三防设计的重点，并且不同的开口处密封设计也不相同，如光学系统出光口和接受窗口处要增加保护玻璃、密封垫、压圈、密封胶等。

d.结构表面应简洁、流畅，防止沟槽和尖角，选择合理的圆角半径或凸台半径，避免应力集中的出现。合理的把控表面质量，进一步提高零件的抗腐蚀能力。

e.结构内部应抽真空或充入氮气等不活泼气体防止氧化反应。必要时，局部设计干燥剂。

f.断面厚度尽量一致，以防薄弱部位发生形变，材料晶格产生扭曲，引起应力腐蚀。

g.尽量选取同一种金属材料，或者电位相近的材料进行配对以防电位差腐蚀。必须选用不同金属材料时，在金属间加绝缘衬垫进行隔离，或者在金属表面镀覆同一种金属材料。

（3）工艺防护

改善材料的金相组织、消除应力和变形。对常用金属材料进行表面覆盖金属镀层或非金属涂层。如铝制零件进行化学氧化、阳极氧化处理；钢制零件进行镀锌、镀镉或镀铬处理等。外表面采用非金属涂层保护，选择三防性能良好的聚氨酯底漆、丙烯酸漆和相应的面漆。

在实际工作中，材料的选取、结构的设计及工艺防护是相互影响相互渗透的。

4 三防设计改进

该设备基本遵从三防设计要求，但依然发生了腐蚀现象。从图6和图7可看出腐蚀发生在结构件连接处，即缝隙腐蚀，可谓千里之堤毁于蚁穴。

针对腐蚀发生的形式和特点，并具体分析设备所处的环境特点，在三防设计上作了如下改进：

（1）结构件表面进行组织更致密微弧氧化处理，镀层外选用三防效果更好的氟碳漆，对设备表面进行可靠的三防保护。并且面漆涂至无导电要求的结构件连接处，做好对连接处的防护。

（2）设备盖板和壳体连接处，采用螺纹连接，从图6可以看出，腐蚀发生后，铝基材固化了螺钉，拆卸时螺钉断裂。为防止该现象的发生，做如下改进：螺纹孔处嵌钢丝螺套，涂抹阿洛丁及环氧底漆；更换为耐腐蚀性能良好的316L不锈钢螺钉；螺纹处涂润滑防护脂，进行湿态安装；安装后在螺钉头处涂抹密封胶。

（3）把盖板和机壳之间所用硅橡胶条改为性能更优良的氟硅橡胶条。

（4）盖板和机壳连接处为防腐的薄弱环节，因此在设备服役期间，在所有缝隙处涂抹密封胶。只要密封好，设备的三防效果就好，就能防腐蚀[5]。

通过改进，该型号激光测距机目前在舰载设备上运行良好。

5 结束语

舰载光电设备属于精密设备，腐蚀的产生对其影响重大，而其工作的环境又极易形成腐蚀的发生，因此针对腐蚀问题的三防技术越来越受到相关人员的重视。在实际工作中，应结合设备所处环境的特点，有针对性地将三防设计融会到整个设备的研制过程中，从结构形式、连接方式、材料选择及工艺措施等多方面进行综合考慮，择优确定总体方案以提高设备的环境适应性。总之，三防技术应引起管理和设计人员的高度重视，在实际工作中需多方考虑，尽量做到百密而无一疏。

参考文献：

[1]孙海龙，王晓慧.舰载电子设备三防密封设计技术综述[J].装备环境工程，2008，5（5）：49-52.

[2]周旭.电子设备结构与工艺[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[3]宋立辉.舰载电子设备三防设计[J].电子工艺技术，1998，19（6）：210-212.

[4]谢义水.舰载电子设备三防设计[J].机械工程学报，2007，43（1）：83-86.

[5]戈进飞.电子设备的防腐结构设计综述[J].舰船电子工程，2015，35（6）：146-150.