袁 敏，劉麗紅，王 忠

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

前言

電子裝備在壽命期內(nèi)往往經(jīng)受多種環(huán)境因素的綜合和（或）組合作用，多環(huán)境因素的綜合/組合已經(jīng)被證實(shí)具有不容忽視的協(xié)同影響效應(yīng)（Synergistic Effect）[1]。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)往往采用單環(huán)境因素的模擬方式，以體現(xiàn)裝備在各種單環(huán)境因素下的影響效應(yīng)?！堆b備環(huán)境工程通用要求》將多種環(huán)境因素的順序作用稱為組合試驗(yàn)，將多種環(huán)境因素的同時(shí)或綜合作用稱為綜合試驗(yàn)[2]。國(guó)外有些文獻(xiàn)對(duì)兩種試驗(yàn)方法并不作較嚴(yán)肅的區(qū)分，統(tǒng)稱為綜合試驗(yàn)(Combined Test)。筆者認(rèn)為對(duì)綜合和組合試驗(yàn)進(jìn)行區(qū)分有利于理解，在實(shí)際應(yīng)用中也有區(qū)分的必要。

本文研究了電子裝備涂裝工藝的綜合/組合加速試驗(yàn)方法，基于西沙自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果，通過進(jìn)行相互關(guān)系分析，對(duì)比了綜合/組合加速試驗(yàn)方法與傳統(tǒng)單因素加速試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 意義和作用

綜合/組合試驗(yàn)?zāi)軌蚋鎸?shí)地反映電子裝備壽命期內(nèi)環(huán)境因素的作用方式。在多因素綜合/組合試驗(yàn)條件下，裝備能夠顯示出單因素試驗(yàn)條件下不會(huì)表現(xiàn)出的故障模式，從而使裝備研制廠所采取更有針對(duì)性的糾正措施，大大提高裝備在實(shí)際壽命期內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)性。目前，應(yīng)用較多的綜合/組合試驗(yàn)方法主要是基于振動(dòng)、溫度、濕度、高度四種環(huán)境因素的試驗(yàn)，這些試驗(yàn)方法在GJB 150/GJB 150A、GB/T 2423中還有明確的規(guī)定。

眾所周知，電子裝備戶外涂裝工藝材料受環(huán)境影響的主要因素是太陽(yáng)輻射、鹽霧、濕熱、溫度、霉菌等。在自然環(huán)境條件下，往往這些環(huán)境因素同時(shí)存在并作用于裝備，這些環(huán)境因素之間具有非常明確的協(xié)合影響作用，高溫、高濕會(huì)加快鹽霧的腐蝕速率和太陽(yáng)輻射的老化效應(yīng)，鹽霧與太陽(yáng)輻射之間的協(xié)合作用也不容忽視。如果按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法開展單因素試驗(yàn)，因?yàn)椴荒荏w現(xiàn)這些綜合作用的影響，試驗(yàn)獲得的成效可能甚微，因而需要研究更合理的實(shí)驗(yàn)室多因素綜合/組合試驗(yàn)方法，不僅能夠開展實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)，而且能夠把自然環(huán)境條件的作用方式“模擬”得更好，即綜合/組合試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)具有較好的相關(guān)性和加速性。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

目前，電子裝備戶外涂裝工藝體系的實(shí)驗(yàn)室多因素綜合/組合加速試驗(yàn)并沒有可供依據(jù)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，需要針對(duì)自然環(huán)境條件下各因素的綜合作用方式研究相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室綜合/組合試驗(yàn)方法。試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的一般步驟為：

1）確定環(huán)境影響因素及其量值。確定自然環(huán)境條件的影響因素種類，明確主要的影響因素，并通過環(huán)境因子監(jiān)測(cè)確定環(huán)境因素的量值。

2）確定環(huán)境因素的作用方式?？紤]自然環(huán)境條件下主要環(huán)境影響因素的作用方式和作用特點(diǎn)，決定各環(huán)境因素的作用時(shí)間及比例。

3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方案。確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室技術(shù)條件下實(shí)施的可能性。由于并不是所有的環(huán)境影響因素綜合在一起都可以強(qiáng)化影響效應(yīng)，例如鹽霧可以殺死霉菌，如果對(duì)這兩種環(huán)境因素進(jìn)行綜合/組合，則失去了試驗(yàn)意義。另外，還需要考慮是否需要將所有的環(huán)境因素進(jìn)行綜合/組合，需要進(jìn)行具體分析。

4）試驗(yàn)實(shí)施及結(jié)果分析。為了得到一種相互關(guān)系更好的試驗(yàn)方案，往往需要采取不同的試驗(yàn)量值平行地實(shí)施幾組綜合/組合試驗(yàn)，試驗(yàn)后將各組試驗(yàn)結(jié)果與自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，選擇相關(guān)性和加速性較好的一組試驗(yàn)方案作為最優(yōu)方案。

3 涂裝工藝綜合/組合加速試驗(yàn)

本文基于西沙熱帶海洋自然環(huán)境開展涂裝工藝的綜合/組合加速試驗(yàn)研究。

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

較早之前，裝備涂層的耐候性試驗(yàn)主要是通過在實(shí)驗(yàn)室開展太陽(yáng)輻射試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)來進(jìn)行的，后來逐漸注意到兩者之間具有一定的協(xié)同作用，就將這兩種試驗(yàn)組合起來開展，這種組合試驗(yàn)方法較單環(huán)境因素試驗(yàn)方法具有更好的加速試驗(yàn)效果。然而，直接按標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)條件對(duì)兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行組合，試驗(yàn)剖面的設(shè)計(jì)并沒有較好的依據(jù)。

通過分析，西沙熱帶海洋環(huán)境條件下，影響涂層工藝性能劣化的主要環(huán)境條件包括高溫、濕熱、鹽霧、太陽(yáng)輻射和霉菌，各種環(huán)境條件的監(jiān)測(cè)值見表1[3]?？紤]到實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)條件，能夠進(jìn)行綜合或組合的環(huán)境條件有四種：高溫、濕熱、鹽霧、太陽(yáng)輻射。實(shí)驗(yàn)室綜合/組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，可將高溫條件綜合到太陽(yáng)輻射試驗(yàn)和濕熱試驗(yàn)中，再將太陽(yáng)輻射（含高溫）、濕熱（含高溫）和鹽霧進(jìn)行組合，以此作為一個(gè)循環(huán)開展試驗(yàn)。這種綜合/組合試驗(yàn)方式體現(xiàn)了裝備涂層在熱帶海洋環(huán)境條件下經(jīng)受的太陽(yáng)輻射、鹽霧、溫濕度變化、凝露、干濕交替、光照與暗周期交替的環(huán)境條件作用特點(diǎn)，預(yù)期較單因素試驗(yàn)具有更好的相關(guān)性和加速性結(jié)果。

表1 西沙典型環(huán)境條件的監(jiān)測(cè)值

為了獲得一定的加速性，在不改變涂層失效機(jī)理的前提下適當(dāng)提高試驗(yàn)量值，并以此量值作為典型值對(duì)各環(huán)境因素進(jìn)行綜合/組合，試驗(yàn)后通過對(duì)各組試驗(yàn)結(jié)果與自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相互關(guān)系分析，對(duì)比獲得相互關(guān)系最好的試驗(yàn)方法。

裝備涂層的性能參數(shù)較多，外觀參數(shù)主要包括光澤度、色差、粉化、開裂、起泡、生銹、長(zhǎng)霉、剝落等，其中光澤度和色差值能夠使用儀器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值具有連續(xù)性，較為客觀，便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。

3.2 試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)樣品

選用6種涂裝工藝樣品開展試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)輻射試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)輻射-濕熱-鹽霧綜合/組合試驗(yàn)、西沙戶外自然大氣暴露試驗(yàn)。工藝樣品種類名稱見表2。

3.2.2 試驗(yàn)方案

1）第一組：太陽(yáng)輻射試驗(yàn)。按照GB/T 1865-2009《色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露 濾過的氙弧輻射》進(jìn)行試驗(yàn)，選取輻照度為0.51W/m2@340nm，BPT 65℃，連續(xù)光照試驗(yàn)，不噴淋[4]。

2）第二組：太陽(yáng)輻射（含高溫）－濕熱（含高溫）－鹽霧綜合/組合試驗(yàn)。試驗(yàn)采用太陽(yáng)輻射試驗(yàn)箱、濕熱試驗(yàn)箱、鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行，共進(jìn)行45d試驗(yàn)，每5d進(jìn)行一次外觀檢查和性能檢測(cè)。

3）第三組：西沙戶外大氣暴露試驗(yàn)。試驗(yàn)按照GB/T 9276-1996《涂層自然氣候曝露試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行，試驗(yàn)分別在初始、3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月進(jìn)行檢測(cè)[5]。

試驗(yàn)過程中檢測(cè)參數(shù)主要包括外觀、光澤度和色差等參數(shù)。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣品光澤度檢測(cè)結(jié)果見表3至表5。

3.3 分析與討論

3.3.1 相關(guān)性分析

采用Spearman秩相關(guān)系系數(shù)法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性進(jìn)行分析，秩相關(guān)系數(shù)r 越接近1，說明相關(guān)性越好[6]。

計(jì)算公式為：

其中 di為性能數(shù)據(jù)的秩差，n 為試驗(yàn)樣品的組數(shù)。

計(jì)算得第一組太陽(yáng)輻射單因素試驗(yàn)與第三組西沙戶外大氣暴露試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)1r =0.03。

表2 試驗(yàn)樣品工藝

表3 太陽(yáng)輻射試驗(yàn)失光率/%

表4 太陽(yáng)輻射-濕熱-鹽霧-高溫綜合/組合試驗(yàn)失光率/%

表5 西沙自然大氣暴露試驗(yàn)失光率/%

表6 加速因子AF 計(jì)算

計(jì)算得第二組太陽(yáng)輻射-濕熱-鹽霧-高溫綜合/組合試驗(yàn)與第三組西沙戶外大氣暴露試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)2r =0.77。

從秩相關(guān)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果來看，綜合/組合試驗(yàn)結(jié)果與西沙戶外大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性較好，太陽(yáng)輻射試驗(yàn)的相關(guān)性較差。可見綜合/組合試驗(yàn)?zāi)軌蚋玫胤从匙匀淮髿獗┞对囼?yàn)條件下環(huán)境因素的作用特點(diǎn)，這種試驗(yàn)方式對(duì)熱帶海洋環(huán)境具有較好的模擬性。

3.3.2 加速性分析

采用John A Simms提出的AF概念來計(jì)算加速因子。由于實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)輻射單因素試驗(yàn)的相關(guān)性較低，這里僅計(jì)算實(shí)驗(yàn)室綜合/組合加速試驗(yàn)方法試驗(yàn)的加速因子。以失光率變化到相近或相同的水平時(shí)，西沙自然大氣暴露試驗(yàn)時(shí)間h1與實(shí)驗(yàn)室綜合/組合加速試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí)間h2之比為加速因子，計(jì)算結(jié)果見表6。

通過計(jì)算，得出實(shí)驗(yàn)室綜合/組合試驗(yàn)的加速因子約為13.5，試驗(yàn)方法具有較好的加速性。

4 結(jié)論

較單因素加速模擬試驗(yàn)而言，合理設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室綜合/組合加速模擬試驗(yàn)?zāi)軌蚋鎸?shí)地反映自然環(huán)境條件的作用方式和影響效應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果在取得一定加速性的同時(shí)還具有較好的相關(guān)性。因此，研究實(shí)驗(yàn)室綜合/組合加速模擬試驗(yàn)技術(shù)對(duì)提高裝備的環(huán)境適應(yīng)性具有非常實(shí)用的工程價(jià)值。

[1]Rogers J.D. Testing In Combined Dynamic Environments.Journal of the IES, 1993(3):17-21.

[2]GJB 4239-2001，裝備環(huán)境工程通用要求[S].

[3]袁敏，王忠. 涂裝工藝組合/綜合環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)綜述[J].環(huán)境技術(shù)，2011(6):

[4]GB/T 1865-2009，色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露 濾過的氙弧輻射[S].

[5]GB/T 9276-1996，涂層自然氣候曝露試驗(yàn)方法[S].

[6]汪學(xué)華.自然環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M],北京：航空工業(yè)出版社，2003.