阮紅梅，黃建業(yè)，陳 川，黃海軍，王 俊，揭敢新

（中國電器科學(xué)研究院有限公司工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663）

南海海洋環(huán)境下關(guān)鍵電器設(shè)備腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)研究

阮紅梅，黃建業(yè)，陳 川，黃海軍，王 俊，揭敢新

（中國電器科學(xué)研究院有限公司工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663）

南海海洋大氣環(huán)境下，電器設(shè)備腐蝕問題形勢非常嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)和財(cái)產(chǎn)安全，非常有必要對(duì)電器設(shè)備采取有效的防護(hù)措施。開展了電器設(shè)備服役微環(huán)境腐蝕嚴(yán)酷度量化表征方法研究以及南海海洋環(huán)境下電器設(shè)備腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)研究，采用適當(dāng)?shù)母g環(huán)境凈化技術(shù)為關(guān)鍵電器設(shè)備內(nèi)部提供潔凈的空氣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備的有效保護(hù)。

南海海洋環(huán)境；電器設(shè)備；腐蝕嚴(yán)酷度量化表征方法；腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)

前言

南海海洋環(huán)境最大的特點(diǎn)就是高溫、高濕、高鹽霧，電器設(shè)備長期處于這種惡劣大氣環(huán)境當(dāng)中，如果防護(hù)措施不到位就會(huì)造成電器設(shè)備內(nèi)部元器件的快速污染、腐蝕，進(jìn)而使這些元器件的品質(zhì)快速下降，大大縮短其使用壽命，嚴(yán)重威脅到電器設(shè)施的安全運(yùn)行。在元器件受到污染及腐蝕的同時(shí)，也往往意味著電器絕緣性能的嚴(yán)重下降，進(jìn)而嚴(yán)重威脅到人身與設(shè)施的安全。與此同時(shí)，電器設(shè)備相對(duì)精密，一旦出現(xiàn)故障，很難進(jìn)行維修，嚴(yán)重時(shí)甚至需要全部翻新，其環(huán)境失效維護(hù)成本通常較高[1,2]。因此非常有必要對(duì)電器設(shè)備采取有效的防護(hù)措施。

南海海洋環(huán)境下，電器設(shè)備腐蝕失效是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，與很多因素有關(guān)，如材料選型不當(dāng)，電器設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，霉菌、溫度、濕度、鹽霧等環(huán)境因素的影響，其中電子元器件服役微環(huán)境是影響電器設(shè)備腐蝕失效的最直接也是最關(guān)鍵的問題[3,5]。為了更好解決電器設(shè)備的腐蝕失效問題，必須對(duì)南海海洋環(huán)境下電器設(shè)備服役微環(huán)境的腐蝕嚴(yán)酷程度進(jìn)行有效評(píng)估，摸清電器設(shè)備內(nèi)部元器件存在的主要問題，并基于電器設(shè)備實(shí)際服役工況微環(huán)境數(shù)據(jù)采取有針對(duì)性的防護(hù)措施。為此我們開展了電器設(shè)備服役微環(huán)境腐蝕嚴(yán)酷度量化表征方法研究以及南海海洋環(huán)境下電器設(shè)備腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)研究，采用適用的腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)為關(guān)鍵電器設(shè)備內(nèi)部提供潔凈的空氣，從而使之免受腐蝕侵害。

1 南海海洋環(huán)境下關(guān)鍵電器設(shè)備服役微環(huán)境腐蝕狀況分析

電器設(shè)備的工作環(huán)境腐蝕性相對(duì)微弱，金屬表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜在100-2 000 ?，金屬掛片的重量變化在0.001 g的量級(jí)，再加上附著在掛片表面的灰塵的影響，通過稱重法測量腐蝕產(chǎn)物膜重量，誤差較大。為此我們開發(fā)了高精度銅表征測試片，該測試片具有純度高、含氧量低、組織均勻等特點(diǎn)，在微腐蝕環(huán)境下，能夠準(zhǔn)確表征腐蝕環(huán)境嚴(yán)酷度，腐蝕產(chǎn)物膜厚度理論測試精度可以達(dá)到1 ?，能夠?qū)ξ⒘扛g環(huán)境進(jìn)行分析，可以用于表征電器設(shè)備實(shí)際服役微腐蝕環(huán)境。

為了摸清南海海洋環(huán)境下某關(guān)鍵電器設(shè)備實(shí)際服役微環(huán)境，我們將銅測試片置于電器設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行為期1個(gè)月的監(jiān)測，1個(gè)月后銅表征測試片表面形成一層明顯的腐蝕產(chǎn)物膜，如圖1（a）所示。在掃描電子顯微鏡下觀察腐蝕產(chǎn)物膜，可以看到腐蝕產(chǎn)物膜比較平整，表面有一些小顆粒，如圖1（b）所示。采用EDS分析腐蝕產(chǎn)物膜中的元素組成及其含量，詳細(xì)見表1。腐蝕產(chǎn)物膜中的主要組成元素是Cu和O，原子百分比分別是70.83 %、26.58 %；由于空氣中的鹽霧沉積到銅表征測試片上，所以腐蝕產(chǎn)物膜中還含有0.99 %的Cl元素。

通過電解還原法分析銅表征測試片表面的腐蝕產(chǎn)物膜，測得電位(E)-時(shí)間(t)曲線如圖2所示。由此判斷腐蝕產(chǎn)物膜的主要成分為CuO，通過計(jì)算得到腐蝕產(chǎn)物膜厚約2 447 ?。銅表征測試片的腐蝕速率為2 447 ? /月，根據(jù)ISA 71.04-2013，可以判定南海海洋環(huán)境下某關(guān)鍵電器內(nèi)部環(huán)境的腐蝕性等級(jí)屬于GX級(jí)，即微環(huán)境十分嚴(yán)酷，電器設(shè)備面臨腐蝕風(fēng)險(xiǎn)性極大，迫切需要采取有效的防護(hù)措施對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

2 南海海洋環(huán)境下關(guān)鍵電器設(shè)備腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)研究

圖1 銅表征測試片在電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測1個(gè)月后的形貌

表1 銅表征測試片表面腐蝕產(chǎn)物膜中的元素及其含量

圖2 銅表征測試片腐蝕產(chǎn)物膜電解還原曲線

目前有關(guān)電器設(shè)備的腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)主要從材料、工藝、結(jié)構(gòu)等方面著手，如選擇耐蝕性優(yōu)異的元器件材料；采用特殊工藝如表面涂覆、噴三防漆等提高電路板的耐蝕性；改善電器設(shè)備結(jié)構(gòu)如增加電器設(shè)備 IP防護(hù)等級(jí)等[6]。這些腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)均能一定程度上提高電器設(shè)備的耐蝕性，使得電器設(shè)備內(nèi)部電子元器件免遭腐蝕侵害。但是這些技術(shù)不僅成本高，防護(hù)效果有限，而且還受一些產(chǎn)品特點(diǎn)的限制，如接插件這類金屬元器件由于考慮電性能的影響，只能采用某類導(dǎo)電性高的材料且不能采用過多的表面處理防護(hù)技術(shù)，因此必須采取更為有效的防護(hù)措施對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行整體防護(hù)，才能從根本上解決電器設(shè)備的腐蝕失效問題。

腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)作為電器設(shè)備防護(hù)的新型防護(hù)技術(shù)之一可使以上難題迎刃而解，這種凈化技術(shù)主要通過鹽霧凈化過濾器對(duì)設(shè)備內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行有效控制，直接改善電器設(shè)備內(nèi)部的服役微環(huán)境，使相應(yīng)的電器設(shè)備、零部件及元器件處于相對(duì)理想的微環(huán)境條件下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行有效防護(hù)的目的[7]。下面將從實(shí)驗(yàn)室凈化效果測試和現(xiàn)場應(yīng)用兩方面介紹腐蝕環(huán)境凈化技術(shù)。

2.1 試驗(yàn)室鹽霧凈化過濾器凈化效果測試

鹽霧凈化過濾器采用具有漸進(jìn)結(jié)構(gòu)的超疏水性過濾材料，提高過濾效率和容塵量的同時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致壓差的快速上升。設(shè)備初始?jí)翰钤?00~120 Pa 之間，可過濾尺寸處于2~10 μ m 之間海鹽粒子，凈化后電器設(shè)備內(nèi)部腐蝕等級(jí)可以達(dá)到G1 等級(jí)。為了測試鹽霧凈化過濾器對(duì)高濃度鹽霧的過濾效果，我們開展了以下幾項(xiàng)測試：

首先，持續(xù)向鹽霧凈化過濾器加JIS 15號(hào)測試灰，直到壓降達(dá)到初始?jí)航档膬杀稌r(shí)為止。如圖3(a)所示，測試灰被過濾器攔截，出風(fēng)面上沒有測試灰，說明鹽霧凈化過濾器能夠很好的過濾空氣中的粉塵。

然后用加濕器模擬高濃度鹽霧，可以看到，鹽霧在進(jìn)風(fēng)面形成液滴，而且液滴沒有透過出風(fēng)面，如圖3(b)所示。

再將過濾器烘干（40 ℃），此時(shí)，進(jìn)風(fēng)面上的液滴變成固體顆粒，出風(fēng)面上沒有任何固體顆粒，如圖3(c)所示。

最后將過濾器放在40 ℃、95 %RH的恒溫恒濕室內(nèi)，部分鹽粒吸潮變?yōu)橐旱?。此時(shí)，過濾器仍保持良好的疏水性，出風(fēng)面上沒有任何水滴滲透，如圖3(d)所示。

這些試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽霧凈化過濾器能有效地過濾掉空氣中的高濃度鹽霧。

圖3 鹽霧凈化過濾器凈化效果測試

2.2 鹽霧凈化處理系統(tǒng)在南海海洋環(huán)境下電器設(shè)備的應(yīng)用

為了進(jìn)一步測試鹽霧凈化過濾器的凈化效果，我們將其應(yīng)用到南海海洋環(huán)境下某電器設(shè)備，該設(shè)備前期已通過銅測試片表征其內(nèi)部腐蝕性等級(jí)為GX級(jí)。根據(jù)電器設(shè)備結(jié)構(gòu)等綜合特征為其定制鹽霧凈化處理系統(tǒng)，采取內(nèi)部循環(huán)風(fēng)的方式對(duì)內(nèi)部進(jìn)行鹽霧凈化處理。通過合理設(shè)計(jì)風(fēng)管，以把凈化風(fēng)均勻地配送到各個(gè)位置，從而對(duì)電器設(shè)備內(nèi)部的腐蝕環(huán)境進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行較好的保護(hù)。

為了對(duì)鹽霧凈化處理系統(tǒng)凈化效果進(jìn)行有效的評(píng)估，我們采用銅表征測試片對(duì)凈化后的電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行為期一個(gè)月的監(jiān)測，一個(gè)月后銅表征測試片表面如圖4(a)所示，銅表征測試片表面光亮，肉眼觀察不到明顯的腐蝕產(chǎn)物膜。在掃描電子顯微鏡下觀察銅表征測試片表面，可以觀察到少量腐蝕斑點(diǎn)，如圖4(b)所示。采用EDS分析腐蝕產(chǎn)物膜中的元素組成及其含量，詳細(xì)見表2。腐蝕產(chǎn)物膜中的主要組成元素是Cu和O，原子百分比分別是82.27 %、15.06 %，沒有發(fā)現(xiàn)Cl元素。

通過電解還原法分析銅表征測試片表面的腐蝕產(chǎn)物膜，測得電位(E)-時(shí)間(t)曲線如圖5所示。由此判斷腐蝕產(chǎn)物膜的主要成分為Cu2O和CuO，通過計(jì)算得到Cu2O的厚度為49 ?，CuO的厚度為103 ?，腐蝕產(chǎn)物膜總厚度為152 ?，所以銅表征測試片的腐蝕速率為152 ?/月。根據(jù)ISA 71.04-2013，南海海洋環(huán)境下某電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境在采用鹽霧凈化處理系統(tǒng)后的腐蝕性等級(jí)由凈化前的GX級(jí)提升至G1級(jí)，即電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境良好，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響。由此可見，采用鹽霧凈化處理系統(tǒng)后，能有效過濾掉空氣中的鹽霧，電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境得到了明顯的改善，腐蝕性明顯降低。

3 結(jié)論

1）南海海洋大氣環(huán)境下，電器設(shè)備面臨的腐蝕問題形勢非常嚴(yán)峻，直接導(dǎo)致電器設(shè)備故障率顯著增加，甚至可能造成數(shù)據(jù)采集差錯(cuò)、控制動(dòng)作失當(dāng)，造成意外事故，元素 重量 原子百分比 百分比C K 0.58 2.67 O K 4.38 15.06 Cu L 95.04 82.27總量 100.00

圖4 鹽霧凈化處理系統(tǒng)后，銅表征測試片對(duì)電器設(shè)備內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測1個(gè)月后的形貌

圖5 鹽霧凈化處理系統(tǒng)后，銅表征測試片腐蝕產(chǎn)物膜電解還原曲線

嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)和財(cái)產(chǎn)安全。非常有必要對(duì)南海海洋大氣環(huán)境下電器設(shè)備服役微環(huán)境進(jìn)行有效的評(píng)估，并基于電器設(shè)備實(shí)際工況環(huán)境數(shù)據(jù)提出有針對(duì)的腐蝕防護(hù)措施。

2）高精度銅表征測試片具有純度高、含氧量低、組織均勻等特點(diǎn)，腐蝕產(chǎn)物膜厚度理論測試精度可以達(dá)到1 ?，能夠?qū)ξ⒘扛g環(huán)境進(jìn)行分析，可以用于表征電器設(shè)備實(shí)際服役微腐蝕環(huán)境。

3）南海海洋環(huán)境氣候下，關(guān)鍵電器設(shè)備在含有鹽霧的空氣中易發(fā)生腐蝕，鹽霧凈化處理系統(tǒng)作為一種新型防護(hù)技術(shù)，可以通過對(duì)設(shè)備內(nèi)部的微環(huán)境進(jìn)行有效的控制，直接改善電器設(shè)備內(nèi)部的服役微環(huán)境，進(jìn)而對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行有效的防護(hù)。

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Research on Corrosion environment Purifi cation Technology on the Electrical Equipment in the South Marine Environment

RUAN Hong-mei, HUANG Jian-ye, CHEN Chuan, HUANG Hai-jun, WANG Jun, JIE Gan-xin
(State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, Guangzhou 510663)

Electrical equipment corrosion problem is very serious in the south marine environment.It seriously affects the production task and property safety.It is important to take effective protective measures on electric equipment.In this paper, It researches that the severe corrosion degree of quantitative characterization methods of electrical equipment service environment and corrosion protection technology of electrical equipment in the south marine environment.To achieve effective protection of electrical equipment, the proper corrosion environment purification technology is used to provide clean air for key electrical equipment.

south marine environment ; electrical equipment; severe corrosion degree of quantitative characterization method; corrosion environment control technology

TG174.2

A

1004-7204（2016）05-0110-05

阮紅梅（1986－），女，湖北隨州，碩士，助理工程師，從事工業(yè)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)研究。

廣東省中國電器院風(fēng)電裝備腐蝕控制關(guān)鍵技術(shù)院士工作站（2013B090400023）項(xiàng)目資助