(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng)，550009)

1　引言

目前，電連接器已廣泛用于航天、航空、艦船、核工業(yè)、兵器、電子、交通、信息通訊、醫(yī)療、石油勘探等軍、民品行業(yè)，說(shuō)明電連接器能適應(yīng)各行各業(yè)對(duì)其功能要求和特殊要求。不僅如此，電連接器的使用環(huán)境從太空到地下、海洋，從熱帶到寒冷的極地，也需要電連接器具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。其中，海洋環(huán)境最為苛刻，特別是艦船及各種近海裝備系統(tǒng)上的電連接器，由于大氣中海鹽離子沉積、吸水潮解，會(huì)在電連接器的金屬表面形成一層薄薄的液膜，加快金屬表面的腐蝕，腐蝕產(chǎn)物在氯離子作用下沒(méi)有保護(hù)性，使金屬在液膜的作用下一層一層地剝落。

電連接器是各類(lèi)電氣、電子系統(tǒng)不可缺少的電子元器件，主要用于電氣、電子設(shè)備的電纜與電纜、電纜與設(shè)備之間的電路連接，實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)、高頻信號(hào)及電能(功率)的傳輸，因此，電連接器需要就較好的耐環(huán)境性能。為了對(duì)其環(huán)境適應(yīng)性考驗(yàn)，通常用環(huán)境模擬試驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，而鹽霧試驗(yàn)是測(cè)試其耐環(huán)境性能的最有效手段。本文以鹽霧試驗(yàn)為研究對(duì)象，對(duì)其試驗(yàn)方法及過(guò)程進(jìn)行分析。

2　鹽霧試驗(yàn)的概念和機(jī)理

2.1　鹽霧試驗(yàn)的概念

鹽霧試驗(yàn)是電連接器最為常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目之一，幾乎在所有電連接器的國(guó)軍標(biāo)總規(guī)范中都規(guī)定有該試驗(yàn)項(xiàng)目，是利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備模擬鹽霧環(huán)境條件來(lái)考核電連接器或金屬材料耐腐蝕性能。鹽霧試驗(yàn)是一種人工模擬鹽霧環(huán)境的試驗(yàn)，它與大氣條件下的暴露試驗(yàn)相比，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，如腐蝕環(huán)境可以控制、環(huán)境再現(xiàn)性好、試驗(yàn)時(shí)間明顯縮短、節(jié)約了大量的成本。

鹽霧是指含氯化物的大氣，它的主要腐蝕成分是氯化物鹽——氯化鈉。鹽霧對(duì)電連接器的腐蝕是由于含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護(hù)層，與產(chǎn)品內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的。

2.2　鹽霧腐蝕機(jī)理

鹽霧對(duì)金屬及其防護(hù)層的腐蝕，主要是氯離子參與電化學(xué)反應(yīng)，腐蝕機(jī)理與原電池相同。氯化鈉是強(qiáng)電解質(zhì)，具有較強(qiáng)導(dǎo)電率，能加速電極反應(yīng)使陽(yáng)極活化。電連接器所用的金屬或多或少存在一定的雜質(zhì)，各零件的鍍層材料也不一樣，所以，不同金屬之間存在一定的電位差。當(dāng)有電解質(zhì)存在時(shí)，便形成了不同電位的金屬(或金屬與雜質(zhì)之間)微電池。除了氯離子以外，鹽霧腐蝕機(jī)理還受溶解于鹽溶液里(實(shí)際上是溶解在試驗(yàn)樣品表面的鹽液膜)氧的影響。氧能夠引起金屬表面的去極化過(guò)程，加速陽(yáng)極金屬溶解。由于鹽霧試驗(yàn)過(guò)程是持續(xù)噴霧，不斷沉降在試驗(yàn)樣品表面的鹽液膜，使含氧量始終保持在接近飽和的狀態(tài)。腐蝕產(chǎn)物的形成，使?jié)B入金屬缺陷里的鹽溶液體積膨脹，因此增加了金屬的內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層鼓起，從而出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象。

3　鹽霧試驗(yàn)設(shè)備

鹽霧試驗(yàn)箱作為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，盡管生產(chǎn)廠家眾多，但其一般結(jié)構(gòu)分為加熱及溫度控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和隨機(jī)配件和資料四部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　鹽霧試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)圖

試驗(yàn)箱的箱體、箱蓋、支撐桿、試品架等與試驗(yàn)樣品接觸的所有部件都必須采用不能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的材料制成，如玻璃、硬橡膠或塑料等。箱蓋一般采用透明板材，便于在試驗(yàn)過(guò)程中可以從外部觀察到室內(nèi)的試驗(yàn)狀況而無(wú)需開(kāi)箱影響試驗(yàn)結(jié)果，并且箱蓋設(shè)計(jì)成106°的頂角，使試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水不會(huì)滴落到樣品上影響試驗(yàn)結(jié)果。箱蓋與箱體采用水密封，防止鹽霧外溢，從而影響試驗(yàn)結(jié)果和腐蝕室內(nèi)其它設(shè)備，甚至可能對(duì)試驗(yàn)操作人員造成的傷害。箱體加熱為內(nèi)膽水槽式加熱方式，升溫快，溫濕度分布均勻。樣品架按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成上下兩層按15度和30度傾斜，也可采用掛鉤方式。設(shè)備控制系統(tǒng)位于箱體右側(cè)，操作簡(jiǎn)單，電控柜的后部安裝一只排風(fēng)扇，將工作中產(chǎn)生的熱量散發(fā)到設(shè)備的外部。

試驗(yàn)箱的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

①溫度范圍：+5℃～55℃

②濕度范圍：85～98%RH

③溫度均勻度：±2℃

④溫度波動(dòng)度：±0.5℃

⑤飽和空氣筒溫度范圍: +10℃～70℃

⑥鹽霧沉降量：1～2mL/80cm2·h

⑦噴霧方式：連續(xù)/周期任選

⑧噴霧壓力: 0.07～0.17MPa(可調(diào))

⑨試驗(yàn)時(shí)間：1～9999 H、M、S(可調(diào))

⑩周期時(shí)間：1～99 H、M、S(可調(diào))

通過(guò)對(duì)鹽霧試驗(yàn)設(shè)備的機(jī)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)的介紹，有助于我們正確地選擇和使用設(shè)備，并按標(biāo)準(zhǔn)要求適時(shí)地對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到正確、合理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果給出準(zhǔn)確的判斷。

4　鹽霧試驗(yàn)方法

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及日常工作中接觸的試驗(yàn)要求，筆者將電連接器的鹽霧試驗(yàn)方法可分為下述三種：中性鹽霧、干熱鹽霧、醋酸鹽霧。其中中性鹽霧運(yùn)用最為廣泛，主要適用于連接器、繼電器等電子元件。干熱鹽霧主要適用于軍用裝備的整機(jī)系統(tǒng)、分系統(tǒng)等。醋酸鹽霧試驗(yàn)是在中性鹽霧的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，據(jù)資料介紹，其腐蝕速度比中性鹽霧快3倍左右，目前只有復(fù)合材料的電連接器有此要求。下面就對(duì)三種試驗(yàn)方法進(jìn)行介紹。

4.1　中性鹽霧的試驗(yàn)程序

4.1.1試驗(yàn)樣品的位置

試驗(yàn)樣品應(yīng)采用玻璃鉤子、塑料鉤子、浸臘繩、帶子或尼龍線(xiàn)從試驗(yàn)箱頂部懸掛下來(lái)，如果是塑料鉤子，應(yīng)采用對(duì)鹽溶液無(wú)化學(xué)反應(yīng)的材料制造，不允許用金屬鉤子。

4.1.2溫度

試驗(yàn)應(yīng)在暴露區(qū)域的溫度維持35±2℃時(shí)進(jìn)行。試驗(yàn)箱溫度的維持可以采用數(shù)種方式達(dá)成，其中能準(zhǔn)確地控制溫度的有效方法是將裝置放在正確控制的恒溫室內(nèi)，在噴霧之前完全隔開(kāi)裝置并使空氣預(yù)熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，再將裝置加上外套并控制所用水或空氣的溫度，禁止使用埋入式加熱器來(lái)維持箱內(nèi)的溫度。

4.1.3噴霧

在暴露區(qū)域任一點(diǎn)放置一個(gè)合適的收集器，在運(yùn)行平均時(shí)間至少16h中能在80 cm2(直徑為10cm)的水平收集面積上，每小時(shí)能收集到1.0～2.0ml的溶液。收集的5%的鹽溶液，在溫度為34～36℃之間測(cè)量其氯化鈉含量應(yīng)為4%～6%(比重)，并符合圖2的規(guī)定。至少要擺放兩個(gè)干凈的鹽霧收集器在暴露區(qū)內(nèi)，其中一個(gè)放在任一噴嘴的附近，另一個(gè)放在離各噴嘴盡可能遠(yuǎn)的地方。收集器的安裝不會(huì)被試驗(yàn)樣品遮擋，并且不會(huì)收集到從試驗(yàn)樣品上或其他來(lái)源的液滴的地方，以后每一次鹽霧試驗(yàn)都應(yīng)檢查所收集液體的比重和數(shù)量。按下列條件在一個(gè)小于0.34m3的箱內(nèi)可以獲得合適的噴霧：

a)噴嘴壓力為82.7 kPa～124 kPa；

b)噴嘴孔徑為0.50 mm～0.76mm；

c)在0.28 m3的箱體容積內(nèi)，每24h可噴出霧約3.42L的鹽溶液。

當(dāng)采用容積大于0.34m3的大型箱體時(shí)，為了滿(mǎn)足工作條件的要求，可以按規(guī)定修訂上述條件。

圖2　鹽溶液比重隨溫度變化

4.1.4試驗(yàn)時(shí)間

電連接器除了特殊規(guī)定(如產(chǎn)品適用范圍或用戶(hù)要求等等)以外，試驗(yàn)時(shí)間一般按照表1規(guī)定的試驗(yàn)條件之一進(jìn)行。試驗(yàn)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，或直至觀察到特定的失效條件為止，但對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)整及對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢查除外：

表1　試驗(yàn)條件

4.1.5試驗(yàn)后清潔

試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)樣品應(yīng)立即浸在流動(dòng)的自來(lái)水中最多5min，水溫不高于38℃，也可以用軟毛刷或軟塑料刷子輕輕刷洗鹽沉積物。如果要求嚴(yán)格檢查鍍層表面，可以采用任何不影響鍍層的方法除去腐蝕生成物。隨后將試驗(yàn)樣品放入溫度為38±3℃的循環(huán)空氣烘箱中干燥最多12h，再恢復(fù)到室溫后對(duì)樣品目視進(jìn)行檢查。

4.2　干熱鹽霧試驗(yàn)程序

一般情況下，干熱鹽霧與中性鹽霧的區(qū)別在于其交替進(jìn)行24h噴霧和24h干燥兩種狀態(tài)共96h(兩個(gè)噴霧濕潤(rùn)階段和2個(gè)干燥階段)。噴霧濕潤(rùn)階段的試驗(yàn)程序和要求與中性鹽霧一樣。這種交變方式惡化試驗(yàn)時(shí)間，能提供比連續(xù)噴霧96h更接近真實(shí)暴露情況的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，并具有更大的潛在破壞性，為了保證試驗(yàn)的重復(fù)性，要嚴(yán)格控制每次試驗(yàn)干燥過(guò)程的速率，為了對(duì)試驗(yàn)樣品耐受腐蝕環(huán)境的能力給出更高置信度的評(píng)價(jià)，可以增加試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)，也可采用48h噴霧和48h干燥的試驗(yàn)程序。

4.3　醋酸鹽霧試驗(yàn)程序

醋酸鹽霧與中性鹽霧的最大區(qū)別在于，一是醋酸鹽霧的鹽溶液是將1份氯化鈉溶解于5份蒸餾水(重量比)中，且雜質(zhì)總含量不超過(guò)0.3%，而中性鹽霧的鹽溶液濃度為5%，雜質(zhì)總含量不超過(guò)0.3%；二是鹽溶液的pH值與中性鹽霧鹽溶液pH值的不同，中性鹽霧的pH值應(yīng)維持在6.5～7.2之間，而醋酸鹽霧通過(guò)添加冰醋酸的方法將鹽溶液的pH值調(diào)整到3.1～3.3的范圍內(nèi)，其它技術(shù)要求及試驗(yàn)程序與中性鹽霧完全相同。但其對(duì)電連接器及金屬材料的腐蝕程度更強(qiáng)，有資料顯示，其腐蝕速度比中性鹽霧快3倍左右。

5鹽霧對(duì)電連接器的失效模式分析

鹽霧試驗(yàn)是由許許多多含有氯化鈉微小液滴所組成的彌散系統(tǒng)，當(dāng)試驗(yàn)樣品處于該環(huán)境中時(shí)，在試驗(yàn)樣品表面容易形成一層很薄的含有大量氯化鈉的水膜，使試驗(yàn)樣品以電化學(xué)腐蝕的方式進(jìn)行。

陽(yáng)極反應(yīng)：金屬以水化離子的形式進(jìn)入溶液，并把電子留在金屬中，電子從陽(yáng)極流動(dòng)陰極，即：Cu→Cu2+(或Cu+)+2e或Cu2++2H2O→Cu2+.2H2O或Cu+2H2O→Cu2+.2H2O+2e

陰極反應(yīng)：氧通過(guò)擴(kuò)散或?qū)α鞯竭_(dá)陰極表面吸收金屬中的剩余電子而形成氫氧根離子，即：1/2O2+2H2O+2e→2OH-,氯化鈉離解，同時(shí)形成腐蝕產(chǎn)物，即：Cu2+.2H2O+2Cl-→Cu Cl2. 2H2O或Cu++ Cl-→Cu Cl。

由此可見(jiàn)，鹽霧試驗(yàn)對(duì)電連接器的腐蝕，存在于溶液中的氧起著極重要的作用。當(dāng)空氣中懸浮著的鹽霧顆粒沉降在金屬表面上，形成電解液膜時(shí)將對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕。具體對(duì)電連接器的失效模式體現(xiàn)為：

1)電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕和加速應(yīng)力的腐蝕。這種失效模式會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的防護(hù)能力下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的性能降低，并影響產(chǎn)品的正常功能和結(jié)構(gòu)完整性；

2)鹽沉積物導(dǎo)致產(chǎn)品電氣設(shè)備的損壞。直接后果就是導(dǎo)致產(chǎn)品會(huì)發(fā)生短路或短路，從而造成產(chǎn)品的信號(hào)傳輸性能失效；

3)絕緣材料及接觸件金屬的腐蝕。這種腐蝕會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的電性能發(fā)生變化甚至無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，如絕緣電阻降低，接觸電阻增大等；

4)機(jī)械部件和組件的活動(dòng)部分阻塞或卡死。由于鹽霧的侵入性很強(qiáng)，鹽氣滲入產(chǎn)品內(nèi)部，造成其活動(dòng)部分如脫落連接器的分離機(jī)構(gòu)等阻塞和卡死，造成產(chǎn)品的機(jī)械性能不能滿(mǎn)足使用要求；

5)表面涂層起泡、起皮、脫落等。這種情況會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的標(biāo)志、印記等褪色、模糊、不可辨認(rèn)、脫落等，從而影響產(chǎn)品的外觀。

上述失效模式，是電連接器鹽霧試驗(yàn)后最為直觀和常見(jiàn)的現(xiàn)象，實(shí)際上，鹽霧試驗(yàn)還有其他的失效現(xiàn)象和形式，而且鹽霧試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品的影響遠(yuǎn)不止于此，比如鹽霧對(duì)涂覆層潛在的影響多長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品進(jìn)一步腐蝕，對(duì)接觸件電性能的影響是否會(huì)有一定的潛伏期等。

6　鹽霧試驗(yàn)注意事項(xiàng)

由于鹽霧試驗(yàn)的強(qiáng)腐蝕性，在進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)一定要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求去進(jìn)行，否則，會(huì)影響最終的判斷結(jié)果?，F(xiàn)將其中主要的注意要點(diǎn)按試驗(yàn)前、試驗(yàn)中、試驗(yàn)后進(jìn)行闡述：

1)試驗(yàn)前的注意事項(xiàng)

(1)鹽溶液配置后的pH值測(cè)定。pH值測(cè)定，直接決定所進(jìn)行的鹽霧試驗(yàn)是中性的、酸性的還是堿性的，不同的鹽霧試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不同。

(2)鹽霧沉降率的收集。有關(guān)鹽霧沉降率的技術(shù)指標(biāo)，前面已有詳細(xì)的規(guī)定，試驗(yàn)前進(jìn)行鹽霧沉降率的收集，關(guān)系到試驗(yàn)時(shí)噴霧的大小和強(qiáng)弱，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響是不言而喻的。

(3)試驗(yàn)樣品的處理。試驗(yàn)前樣品應(yīng)盡量避免觸摸，清除樣品表面的灰塵與油污等，防止這些物質(zhì)導(dǎo)致表面的水膜破裂；在試驗(yàn)樣品與支架的接觸處涂蠟或類(lèi)似不透潮氣的物質(zhì)使其有一定的防護(hù)作用，在未涂覆的切削邊緣或切削面、導(dǎo)線(xiàn)尾端等涂蠟或其它防潮物質(zhì)加以保護(hù)等，能避免對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷。

(4)試驗(yàn)樣品的擺放。試驗(yàn)樣品的擺放應(yīng)保持一定的距離，擺放位置不能讓噴霧直接沖擊到試驗(yàn)樣品上，也不允許冷凝水滴落在樣品上。

(5)試驗(yàn)樣品應(yīng)采用塑料鉤子、玻璃鉤子、浸臘繩或尼龍線(xiàn)等對(duì)鹽溶液無(wú)化學(xué)反應(yīng)的材料從試驗(yàn)箱頂部進(jìn)行懸掛，不允許用金屬鉤子。

2)試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

(1)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視和測(cè)量。一旦進(jìn)行試驗(yàn)，就應(yīng)按文件規(guī)定對(duì)沉降率、試驗(yàn)箱溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如有異常，按試驗(yàn)中斷的規(guī)定進(jìn)行及時(shí)處理；

(2)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。試驗(yàn)開(kāi)始，應(yīng)按時(shí)添加鹽溶液，觀察氣體壓力，防止鹽溶液沉淀的物質(zhì)堵塞噴嘴等，工作需時(shí)常加以注意。

3)試驗(yàn)后的注意事項(xiàng)

(1)為了有助于檢查產(chǎn)品，鹽霧暴露時(shí)間終結(jié)后，應(yīng)將試驗(yàn)樣品立即浸在流到的自來(lái)水中沖洗，必要時(shí)可采用柔軟的毛刷或塑料刷輕輕地刷去鹽沉積物，但不能對(duì)樣品造成損害；

(2)試驗(yàn)樣品的焙烘。沖洗后的樣品應(yīng)放入溫度為38±3℃的循環(huán)空氣烘箱中干燥最多12h，隨后在室溫下檢查試驗(yàn)樣品。

7　結(jié)束語(yǔ)

鹽霧試驗(yàn)是人工模擬的試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)。大量的資料表明，采用不同環(huán)境、不同試驗(yàn)方法、不同材料，其相關(guān)性都是不相同的。腐蝕主要受氯離子影響，由于鹽霧試驗(yàn)不能完全重現(xiàn)海洋大氣環(huán)境的影響，因此，不能靠單一的含氯離子的鹽霧試驗(yàn)對(duì)耐蝕性評(píng)估，而要尋找相關(guān)性及其它的更可靠性評(píng)估的依據(jù)。譬如溫濕度的控制、風(fēng)力的影響、濃度變化等設(shè)計(jì)一種綜合的試驗(yàn)環(huán)境，更好的模式真實(shí)使用環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)鹽霧試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)機(jī)理、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)失效模式、試驗(yàn)注意事項(xiàng)等方面的介紹和分析，讓技術(shù)人員和試驗(yàn)人員更為詳細(xì)地了解鹽霧試驗(yàn)的目的和要求，規(guī)范地進(jìn)行試驗(yàn)，獲取更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為提高產(chǎn)品、材料的使用與材料防腐蝕能力提供更多的科學(xué)依據(jù)。

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