王艷 余成功

摘 要：基于高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動和溫度-濕度共七方面的軍用設(shè)備環(huán)境要求，從結(jié)構(gòu)、材料以及材料表面處理三方面，設(shè)計某型號電源控制器。

關(guān)鍵詞：設(shè)備環(huán)境要求;結(jié)構(gòu);材料;表面處理

1 概述

GJB150-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法 總則》規(guī)定了軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法，包括總則和對高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動和溫度-濕度等環(huán)境的試驗方法和要求，通過提供統(tǒng)一的，具有再現(xiàn)性的通用環(huán)境試驗方法，以評價設(shè)備適應(yīng)自然和誘導(dǎo)環(huán)境的能力。

本文設(shè)計的電源控制器（以下簡稱控制器），作為飛機用電源設(shè)備的重要組成部分，控制器的環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)應(yīng)滿足GJB150.1-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法 總則》的要求，是設(shè)計中不可或缺的要素。

本文以某型號電源控制器設(shè)計為例，從結(jié)構(gòu)、材料以及材料的表面處理三方面，淺析如何滿足環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計。

2 結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)

該控制器結(jié)構(gòu)由三部分組成，控制器機箱、線路板和支架組成。其中控制器機箱由控制器罩和控制器底座組成。線路板包括上、中、下三塊線路板。支架不僅是連接控制器機箱和線路板的橋梁，在滿足電氣安全間距的情況下，支架還要對線路板起到安裝、固定作用。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

控制器機箱有兩方面的作用，一是給控制用元器件或接插件元件以及線路板等提供相對密閉的空間，其堅固的外殼保護(hù)著內(nèi)部線路板和線路板上的各種敏感元器件，同時針對濕熱，鹽霧，霉菌和溫度-濕度的不同環(huán)境要求，對內(nèi)部零部件起到一定的保護(hù)作用;二是底座采用鋼板材料，通過支架的連接，對線路板起到良好的抗振動作用。

為了滿足標(biāo)準(zhǔn)對溫度的要求，線路板上所采用元器件均采用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的器件，保證其對溫度的要求。

3 材料及材料的環(huán)境適應(yīng)性分析

控制器罩采用的材料是鋁板，控制器底座是不銹鋼板，控制器內(nèi)部所有支架的材料均采用不銹鋼板，大電流通過的匯流條采用銅板，上、中、下線路板采用的材料是環(huán)氧玻璃布層壓板。

3.1 ?鋁板/鋁棒及其環(huán)境適應(yīng)性分析

鋁的密度很小，可以制成各種鋁合金;鋁導(dǎo)電性較好，性能僅次于銀、銅和金;鋁是熱的良導(dǎo)體，可以用作散熱材料;鋁有良好的延展性，可以制成薄于0.01mm的鋁箔。

根據(jù)鋁制品的不同用途，鋁的表面處理方式一般有導(dǎo)電氧化，黑色陽極化，表面處理之后并進(jìn)行噴漆處理。對于鋁板或鋁棒材料的零件，如果需要保持其良好的導(dǎo)電性的前提下進(jìn)行保護(hù)，需對表面先進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，如果不需要考慮鋁制品的導(dǎo)電性，需對表面進(jìn)行陽極化處理。

鋁材導(dǎo)電氧化后可以防止電磁信號的干擾，并且氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導(dǎo)線性能。導(dǎo)電氧化不需要通電，是一種純化學(xué)反應(yīng)。鋁材導(dǎo)電氧化后可以防止電磁信號的干擾，氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導(dǎo)線性能。

陽極化在通高壓電的情況下進(jìn)行，金屬材料在電解質(zhì)溶液中，通過外施陽極電流使其表面形成氧化膜，是一種電化學(xué)反應(yīng)過程。鋁制品陽極化處理的膜比導(dǎo)電氧化處理后的膜厚，且堅硬耐磨，陽極化后的鋁制品不導(dǎo)電。因為黑色表面吸熱，鋁制品一般進(jìn)行黑色陽極化處理，這樣有利于熱量傳遞到表面。

3.2 ?不銹鋼及其環(huán)境適應(yīng)性分析

該控制器底座設(shè)計選用的鋼材為不銹鋼，不銹鋼全稱為不銹耐酸鋼，簡言之，能抵抗大氣的酸性腐蝕。鋼一般需要熱處理，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理是指在固態(tài)下通過對鋼進(jìn)行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結(jié)構(gòu)。而不銹鋼的表面一般進(jìn)行鈍化處理。鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，從而延緩金屬的腐蝕速度的方法。鋼材鈍化后不易生銹。

3.3 ?銅板及其環(huán)境適應(yīng)性分析

采用銅板作匯流條，但銅氧化后不導(dǎo)電。為了防止銅板被氧化，在銅的表面需要鍍（5～8）um的錫，銅鍍錫后，銅和錫形成原電池，錫失去電子被氧化，從而保護(hù)金屬銅。

3.4 ?環(huán)氧玻璃布層壓板及其環(huán)境適應(yīng)性分析

環(huán)氧玻璃布板是由玻璃纖維布用環(huán)氧樹脂粘合后加溫加壓制作，在中溫下機械性能高，在高溫下電氣性能穩(wěn)定，適用于機械、電器及電子用高絕緣結(jié)構(gòu)零部件，具有優(yōu)良的機械加工性能、較高的耐熱性和耐潮性。所以，環(huán)氧玻璃布層壓板一般作為絕緣板使用，但是切割表面粗糙，易吸潮，影響絕緣性，需要進(jìn)行噴漆保護(hù)。

4 不同漆的環(huán)境適應(yīng)性分析

在現(xiàn)實條件下，面對化學(xué)、震動、高塵、鹽霧、高溫與潮濕等復(fù)雜環(huán)境，不同材質(zhì)的零部件可能產(chǎn)生腐蝕、軟化、變形、霉變等問題。為了保證控制器機箱、支架和線路板及其相關(guān)的零部件免受環(huán)境的侵蝕，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性，設(shè)計完成后，根據(jù)不同需求，在各類零部件的表面進(jìn)行涂漆或浸漆處理。以下是我廠經(jīng)常用到的漆及其特性分析。

4.1 ?環(huán)氧漆

環(huán)氧漆是以環(huán)氧樹脂為主要原料，并且環(huán)氧樹脂的性能起到?jīng)Q定性作用的油漆總稱。環(huán)氧漆是目前油漆中附著力最佳的油漆品種。環(huán)氧漆具有良好的耐堿性，耐堿性能是普通油漆如醇酸、硝基油漆不具備的。環(huán)氧漆漆膜堅韌，抗沖擊、耐磨、耐折彎性能好。環(huán)氧漆具有耐濕熱、潮濕的性能，適用于潮濕空氣、水下污水等環(huán)境。環(huán)氧漆可以自然干燥，耐鹽霧腐蝕。環(huán)氧漆的缺點是不耐紫外線，戶外容易粉化，所以，通常用作底漆。

4.2 磁漆

磁漆是以清漆為基料，加入顏料研磨制成，涂層干燥后呈磁光色彩而涂膜堅硬，磁漆附著效果好，光亮，耐久。因為黑色表面吸熱，一般采用黑色磁漆，有利于熱量傳遞到表面。

4.3 電阻漆

電阻漆用于電子元器件的絕緣漆，具有涂層耐溫、絕緣、抗潮等性能，電性能良好，機械強度高。

4.4 酚醛清漆

清漆是不含著色物質(zhì)的一類涂料，涂于底材時，能形成具有保護(hù)、固化或特殊性能的透明漆膜。酚醛清漆由干性油酚醛涂漆加催干劑、200號油漆溶劑油制成。干燥較快，漆膜堅韌耐久，光澤好，耐熱、耐水、耐弱酸堿。

4.5 ?三防漆

三防漆是一種特殊配方的涂料，三防漆涂覆于線路板的表面，形成一層三防的保護(hù)膜（三防指的是防潮、防煙霧、防霉）。它可在諸如化學(xué)物質(zhì)、濕氣、鹽噴、潮濕與高溫的情況下保護(hù)電路免受損害。另外，由于三防漆可防止漏電，因此允許更高的功率和更近的印制板間距，從而可以滿足元件小型化的要求。

5 某型號電源控制器環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

對于控制器罩，設(shè)計時采用鋁板，在實際中作為電氣地。為了保護(hù)控制器罩和底座不受環(huán)境的侵蝕，但又不損害其導(dǎo)電性，對控制器罩和底座表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，并進(jìn)行噴漆處理。設(shè)計時一般采用先噴鋅黃色環(huán)氧酯底漆，后噴黑色丙烯酸聚氨酯無光磁漆的方法，這樣不僅保證控制器罩和底座達(dá)到環(huán)境篩選的要求，而且保證它們的良好導(dǎo)電性。

控制器底座和內(nèi)部支架均采用不銹鋼材料，表面進(jìn)行鈍化處理。

上、中、下印制板材料均為環(huán)氧玻璃布板覆銅箔板，由于濕氣是對此材料PCB電路板最普遍、最具破壞性的主要因素。過多的濕氣會大幅降低導(dǎo)體間的絕緣抵抗性、加速分解、降低Q值、腐蝕導(dǎo)體。我們常?？吹絇CB電路板金屬部分起了銅綠就是由于沒有涂覆保護(hù)漆，使得金屬銅與水蒸氣、氧化共同化學(xué)反應(yīng)引起的。綜上考慮， KZQ-156控制器在驗證完電路板的功能后，對電路板兩面涂覆三防漆，以保護(hù)上、中、下線路板組件免受環(huán)境的侵蝕。

6 總結(jié)

環(huán)境適應(yīng)性性能是檢驗控制器產(chǎn)品合格與否的一個重要參數(shù)指標(biāo)。無論是結(jié)構(gòu)處理還是材料選擇以及噴漆等表面處理都是為了提高產(chǎn)品性能。該控制器產(chǎn)品針對環(huán)境適應(yīng)性做的相關(guān)設(shè)計，最終也是經(jīng)受了環(huán)境篩選的考核，說明設(shè)計思路是可行的、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國機械國家標(biāo)準(zhǔn).JB/T5109_2001

[2]軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法 總則.GJB 150.1-86