史亮，張?jiān)?，肖?/p>

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所，杭州 311121）

引言

腐蝕是飛機(jī)機(jī)載電子裝備的主要失效形式之一，對(duì)服役于海洋環(huán)境下的艦載飛機(jī)（包括艦載直升機(jī)、固定翼飛機(jī)和無(wú)人機(jī)）則更為突出，它將影響機(jī)載電子裝備運(yùn)行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。特別是多數(shù)電子裝備、電纜、搭接線都處于機(jī)身蒙皮與內(nèi)飾之間，可維修性較低，且腐蝕難以發(fā)現(xiàn)，因此，腐蝕的發(fā)生大大的增加了飛機(jī)使用維護(hù)成本，嚴(yán)重時(shí)甚至危及飛行安全。

海洋環(huán)境下機(jī)載電子裝備的腐蝕防護(hù)決定了飛機(jī)機(jī)載電子裝備的壽命和耐久性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)是保證飛機(jī)使用壽命期內(nèi)結(jié)構(gòu)完整性的重要內(nèi)容，是飛機(jī)高可靠性、易維護(hù)的重要保證。

本文通過(guò)對(duì)艦載飛機(jī)所處的海洋環(huán)境進(jìn)行影響分析，研究機(jī)載電子裝備有關(guān)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)與典型工藝，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性，希望可為有關(guān)裝備研制工作提供參考。

1 海洋環(huán)境分析

伴隨著走向深藍(lán)的腳步，有關(guān)裝備的研制也面臨著許多新的挑戰(zhàn)，海洋環(huán)境下機(jī)載電子裝備的腐蝕防護(hù)便是其中重要一環(huán)。海洋環(huán)境與內(nèi)陸環(huán)境相比差別極大，海洋環(huán)境下空氣濕度大、鹽霧濃、霉菌多，環(huán)境更為惡劣，這些直接導(dǎo)致了艦載飛機(jī)相比陸基飛機(jī)腐蝕情況更為嚴(yán)重。根據(jù)美軍對(duì)沿?？哲娀氐恼{(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]，大約40 %的軍用飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障是由于腐蝕直接導(dǎo)致的[2,3]，而如果加上海洋環(huán)境引發(fā)的間接因素，那么自然環(huán)境因素將占到了故障原因的70 %以上[4]，即海洋環(huán)境引起的設(shè)備腐蝕和霉變。接下來(lái)將圍繞機(jī)載電子裝備所處的載機(jī)總體環(huán)境和局部安裝環(huán)境分別進(jìn)行分析。

1.1 載機(jī)總體環(huán)境

艦面機(jī)載電子裝備在其服役壽命周期內(nèi)所處的載機(jī)總體環(huán)境可以分為三類：艦上環(huán)境、使用環(huán)境和維護(hù)環(huán)境。

1）艦上環(huán)境

艦載飛機(jī)服役期間，長(zhǎng)期處于高鹽、高濕和高溫環(huán)境中，而且受燃料廢氣所含的硫化物影響，疊加了酸性大氣腐蝕環(huán)境。四種腐蝕環(huán)境同時(shí)存在又相互作用和疊加影響，使得艦載飛機(jī)相較于陸機(jī)飛機(jī)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題更加突出[5]。艦載飛機(jī)上的機(jī)載電子裝備及其附件雖然通常安裝于飛機(jī)機(jī)體內(nèi)部，但在服役期內(nèi)同樣面臨上述四種腐蝕環(huán)境的影響，因?yàn)檫@些安裝部位通常并不是完全密封的，而且由于處于飛機(jī)內(nèi)部，使得檢查腐蝕情況更加困難[6]。

由于艦船上機(jī)庫(kù)容量有限，通常不能容納所有的艦載飛機(jī)，相當(dāng)一部分艦載飛機(jī)將直接停放于艦船甲板上，飛機(jī)口蓋、艙門和設(shè)備區(qū)等需頻繁開(kāi)啟進(jìn)行檢查、維護(hù)和修理。而一般情況下，艦載飛機(jī)和艦船采用的化石燃料主要包括航空煤油、艦船用柴油或重油，艦載飛機(jī)和艦船排放的尾氣所含的二氧化硫（SO2）在海洋環(huán)境下的潮濕空氣中會(huì)形成腐蝕性極強(qiáng)的硫酸水汽（H2SO4）。因而，在飛機(jī)維護(hù)、修理等長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)機(jī)載設(shè)備區(qū)時(shí)，硫酸水汽會(huì)滲入機(jī)體及裝備中加速腐蝕的產(chǎn)生。此外，當(dāng)遇到海上惡劣天氣時(shí)，飛行甲板被海水沖刷，飛機(jī)及外露的機(jī)載電子裝備處于海水飛沫和鹽霧空氣中，會(huì)受到海水、鹽霧的直接侵蝕，艦載飛機(jī)機(jī)載電子裝備腐蝕圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 艦載飛機(jī)機(jī)載電子裝備腐蝕圖

圖2 艦載飛機(jī)機(jī)載電子裝備腐蝕圖

2）使用環(huán)境

參考美軍的有關(guān)數(shù)據(jù)，其常規(guī)動(dòng)力航母搭載的艦載機(jī)每架次平均每天約有1 h的飛行時(shí)間，其核動(dòng)力航母搭載的艦載機(jī)由于可使用電磁彈射裝置提高了起飛效率，每架次平均每天可達(dá)到2 h的飛行時(shí)間，這已經(jīng)是相當(dāng)高的訓(xùn)練強(qiáng)度[7]。由此可見(jiàn)，艦載飛機(jī)絕大部分時(shí)間處于甲板停機(jī)狀態(tài)，飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間靜置，熱量缺失的機(jī)載電子裝備在非工作階段腐蝕行為更為活躍（熱量可驅(qū)除和減少濕氣）。同時(shí)，因?yàn)樗蛛x器和空氣調(diào)節(jié)器的停止工作也會(huì)使得密封失去效用。

此外，海軍飛機(jī)在低空掠海飛行過(guò)程中，含鹽分濕氣會(huì)滲入飛機(jī)中，極易導(dǎo)致電纜、電連接器、控制開(kāi)關(guān)、焊接線和電搭接處等零件或部位產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題，見(jiàn)圖3。

圖3 艦載飛機(jī)航空連接器腐蝕替換件圖

3）維護(hù)環(huán)境

①艦面及靠港維護(hù)

機(jī)載電子裝備長(zhǎng)時(shí)間在艦面或靠港維護(hù)操作會(huì)帶來(lái)一些潛在問(wèn)題，靠港拆卸維護(hù)和修理可能會(huì)損傷原有密封、破壞密封完整性、破壞緊固件的鎖緊、磨損電鍍層。部分系統(tǒng)口蓋長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟（如天線屏蔽器、設(shè)備區(qū)艙門，維護(hù)口蓋等），海洋環(huán)境下的高鹽、高濕、高溫空氣將對(duì)電子裝備內(nèi)部的電子元器件和金屬結(jié)構(gòu)件造成腐蝕損傷。

②艦載飛機(jī)的清洗

為防止艦載飛機(jī)的腐蝕，原則上應(yīng)頻繁清洗機(jī)體上的鹽霧沉積物，但受限于海上淡水資源及設(shè)施設(shè)備，通常情況下每隔2周會(huì)使用清洗劑和淡水清洗機(jī)體上的鹽霧沉積物，包括對(duì)通風(fēng)口、進(jìn)氣孔閥、蒙皮和其它潛在進(jìn)水處進(jìn)行清洗，清洗頻率、清洗質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及岸基飛機(jī)。清洗中若口蓋、艙門的密封老化和損壞，則會(huì)導(dǎo)致滲水，引發(fā)局部腐蝕。而沖洗下的油污、燃料殘?jiān)推渌砻嫖廴疚?，?huì)對(duì)電纜絕緣包皮造成腐蝕。

1.2 局部安裝環(huán)境

機(jī)載電子裝備安裝在艦載飛機(jī)平臺(tái)上，其所處局部安裝環(huán)境不盡相同，所受到的平臺(tái)誘發(fā)腐蝕環(huán)境也存在差異。參照GJB/Z 594A-2000[8]，并根據(jù)艦載飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及飛機(jī)不同結(jié)構(gòu)區(qū)域、位置、艙段（室）等局部區(qū)域環(huán)境在飛行狀態(tài)下的控制情況，機(jī)載電子裝備局部安裝環(huán)境可劃分為Ⅰ類（內(nèi)部封閉環(huán)境區(qū)）、Ⅱ類（內(nèi)部半封閉環(huán)境區(qū)）、Ⅲ類（敞開(kāi)/外露環(huán)境區(qū)）3個(gè)等級(jí)[9]，對(duì)應(yīng)不同的環(huán)境要素和使用特性，具體差異及特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 機(jī)載電子裝備局部安裝環(huán)境分類表

不同等級(jí)的區(qū)域環(huán)境，其對(duì)應(yīng)的環(huán)境要素和使用特性不同，誘發(fā)腐蝕環(huán)境也存在差異。

1）I類（內(nèi)部封閉）環(huán)境區(qū)

I類環(huán)境區(qū)安裝的電子裝備一般情況下不直接暴露在海洋大氣中，但在設(shè)備故障維修階段，這些封閉駕駛艙、工作艙、設(shè)備艙的艙門或口蓋將被長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)，有時(shí)修理故障周期長(zhǎng)達(dá)10 h以上，此時(shí)高濕、高鹽霧和含燃料廢氣的腐蝕大氣將進(jìn)入密封艙室。此外，遭遇惡劣海況天氣時(shí)，內(nèi)部電子裝備也可能會(huì)受到海水的直接侵入。

2）Ⅱ類（內(nèi)部半封閉）環(huán)境區(qū)

Ⅱ類環(huán)境區(qū)安裝的電子裝備，會(huì)遭受更大幾率的腐蝕因素影響。Ⅱ類區(qū)域往往是非密封或者氣密的結(jié)構(gòu)區(qū)域，該環(huán)境區(qū)的鹽霧情況與飛機(jī)外部環(huán)境類似，但飛濺的海水、雨水及外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的凝露（含有腐蝕性極強(qiáng)的硫酸H2SO4）等會(huì)沿縫隙滲入機(jī)體及設(shè)備中，在一定的溫度影響下，內(nèi)部水汽的蒸發(fā)形成更惡劣的濕熱環(huán)境，而加速電子元器件（如電連接器），異種金屬接觸部位（如螺釘、螺母、緊固件、支架等），控制桿開(kāi)關(guān)面板和控制臺(tái)等機(jī)載設(shè)備的腐蝕。

同時(shí)，艦載飛機(jī)日常維護(hù)中的清洗操作也會(huì)為Ⅱ級(jí)環(huán)境區(qū)的電子裝備帶來(lái)極大的影響。表面活性劑在清洗飛機(jī)零部件時(shí)會(huì)降低其表面張力，使得清洗溶液具有很強(qiáng)的滲透性，溶解了油污、燃料殘?jiān)推渌砻嫖廴疚锏那逑磩瑫?huì)沿縫隙滲入機(jī)體及設(shè)備中，加速腐蝕非金屬材料（如電纜絕緣包皮）。

2）Ⅲ類（敞開(kāi)/外露）環(huán)境區(qū)

Ⅲ類環(huán)境區(qū)的電子裝備將同時(shí)受到I區(qū)、Ⅱ區(qū)腐蝕環(huán)境因素的影響，并更加的嚴(yán)酷。如起落架艙，在艦載飛機(jī)停放階段，起落架艙直接暴露在海洋環(huán)境下，長(zhǎng)期遭受高濕、高鹽霧海洋大氣環(huán)境的作用。同時(shí)，中大型艦船動(dòng)力系統(tǒng)化石燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣以及艦載飛機(jī)起降過(guò)程中排出尾氣會(huì)與海洋鹽霧組合產(chǎn)生酸性潮濕層，通常會(huì)形成酸性液膜附著在飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面，這種復(fù)合酸性鹽霧將強(qiáng)化對(duì)艦載飛機(jī)機(jī)載電子裝備的腐蝕作用[10]。而遇到惡劣天氣時(shí)，飛行甲板被海水沖刷，飛機(jī)及外露的機(jī)載電子裝備處于海水飛沫和鹽霧空氣中，會(huì)受到海水、鹽霧的直接侵蝕。

2 腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)與典型工藝

2.1 材料選用及表面處理（涂層）

根據(jù)以上環(huán)境分析可知，即便機(jī)載電子裝備安裝于條件相對(duì)較優(yōu)的Ⅰ類（內(nèi)部封閉）環(huán)境中，電子裝備外表面依然會(huì)在特定條件下暴露在高濕、高鹽霧和含燃料廢氣的腐蝕大氣環(huán)境中，承受較為惡劣的環(huán)境因素的影響。電子裝備內(nèi)部各零部件及功能模塊則主要依賴于電子裝備本身的密閉設(shè)計(jì)將內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行隔離。因此，在材料選用及表面處理（涂層）方面主要采取以下措施：

1）優(yōu)選系統(tǒng)目錄內(nèi)材料和已成熟應(yīng)用并驗(yàn)證可靠的牌號(hào)、型號(hào)；

2）所有目錄外材料提前進(jìn)行摸底驗(yàn)證，確保所選材料符合環(huán)境指標(biāo)要求；

3）所有金屬材料、印制板等均進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理措施。

機(jī)載電子裝備典型材料及表面處理（涂層）如表2所示。

表2 機(jī)載電子裝備典型材料及表面處理（涂層）表

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝

為應(yīng)對(duì)高濕、高鹽霧和含燃料廢氣的腐蝕大氣環(huán)境，整體結(jié)構(gòu)上通常采取密封機(jī)箱設(shè)計(jì)，將內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行隔離，避免外部腐蝕介質(zhì)進(jìn)入裝備內(nèi)部，一般可采用以下腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)原則：

1）應(yīng)考慮裝備在機(jī)體安裝時(shí)的姿態(tài)，如在頂部吊裝、側(cè)壁安裝的設(shè)備，必須考慮在裝機(jī)狀態(tài)下的防排水問(wèn)題；

2）焊接結(jié)構(gòu)機(jī)箱不能在有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境條件下使用；

3）上蓋板表面不得有凹槽或減重腔，或?qū)p重腔設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)部，避免積水腐蝕，如圖4所示；

圖4 裝備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4）可采用雙重密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，外層隔絕環(huán)境，內(nèi)層電磁屏蔽，在保證環(huán)境密封設(shè)計(jì)的同時(shí)兼顧電磁屏蔽性能，如圖5所示；

圖5 雙層屏蔽密封設(shè)計(jì)示意圖

5）外表面應(yīng)避免布置凹槽、盲孔、縫隙、孔隙和尖角，盡量單一、致密、光滑，保證腐蝕性介質(zhì)不易滯留和聚集；

6）零部件盡可能避免采用異種金屬接觸，以避免電偶腐蝕[11]。必須接觸的異種金屬，應(yīng)采取防接觸腐蝕的控制方法，例如對(duì)黃銅接地柱進(jìn)行表面鍍鎳處理[12]，在安裝時(shí)保護(hù)表面鍍層，同時(shí)對(duì)接地柱安裝尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免過(guò)盈配合，確保不會(huì)進(jìn)行強(qiáng)迫裝配而破壞鍍層；

7）緊固件盡量安裝在垂直面上（沿側(cè)面邊緣分布），若不可避免在機(jī)箱頂部安裝緊固件，應(yīng)采用密封劑進(jìn)行濕安裝，并進(jìn)行封包處理；

8）盡量水平安裝電連接器，避免垂直安裝電連接器，如圖6所示，必要時(shí)可通過(guò)使用“L”型的電連接器尾部附件來(lái)改變電纜走向，確保電連接器水平安裝；

圖6 典型電連接器安裝圖

9）內(nèi)部各功能模塊、背板等印刷電路板均以豎直方向裝入機(jī)箱，盡量避免水平安裝，防止?jié)駳狻⒗淠奂?/p>

10）活動(dòng)組件的零部件需進(jìn)行表面處理后涂覆潤(rùn)滑脂。

2.3 線纜設(shè)計(jì)與工藝

線纜是機(jī)載電子裝備與外部實(shí)現(xiàn)信息交互的重要傳輸通道，也是裝備正常工作的供電渠道。線纜的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，是其壽命期內(nèi)正常工作，免受腐蝕影響的重要保證。由于裝備內(nèi)聯(lián)線纜主要依賴于電子裝備本身的密閉設(shè)計(jì)將內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行隔離，故此處主要討論外聯(lián)線纜的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，一般可采用以下腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)原則：

1）穿艙線纜通道盡量避免設(shè)置在易積水位置，如必需設(shè)置于易積水的位置，則應(yīng)在通道口設(shè)防水密封堤，堵塞滲漏通道，并密封好電纜尾部附件，如圖7所示；

圖7 穿艙線纜示意圖

2）線纜避免從上方或側(cè)上方進(jìn)入電連接器，使得水份、操作液體沿線纜走向流入電連接器內(nèi)部。線纜應(yīng)保留足夠長(zhǎng)度余量，設(shè)置低位滴水或滴水環(huán)，如圖8所示；

圖8 滴水環(huán)示意圖

3）線纜外部需要進(jìn)行防護(hù)，特別是金屬外殼的半鋼電纜。線纜外部可采用帶膠熱縮管或電氣專用緩蝕劑等控制腐蝕的措施，特別是位于Ⅱ類（內(nèi)部半封閉）和Ⅲ類（敞開(kāi)/外露）區(qū)域的線纜，極易產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題，可噴涂電子設(shè)備專用水置換型緩蝕劑（如CRC 3-36）；

4）在線纜選型方面，應(yīng)選擇具有絕緣性能好、耐化學(xué)穩(wěn)定性高、易加工等特點(diǎn)的線材。一般可采用聚四氟乙烯絕緣安裝線，不允許使用聚氯乙烯安裝線；

5）在線纜電連接器選型方面，應(yīng)根據(jù)電連接器所處位置選擇合適的殼體材料，具體如表3所示；

表3 線纜電連接器選型建議表

6）線纜電連接器與線纜連接處可采用灌封防護(hù)工藝，保證密封層平整覆蓋線纜芯線剝皮部分。灌封完成后，在電連接器殼體及尾部附件外表面噴涂電氣專用緩蝕劑；

7）在完成航插頭與航插座對(duì)接后，為防止插頭插座連接體本身密封泄露，可在插頭與插座螺紋連接處及插頭尾部卡簧縫隙使用有機(jī)硅密封劑密封。

2.4 過(guò)程控制

1）確保車間半成品倉(cāng)庫(kù)保持清潔、干燥，預(yù)防雨水及腐蝕性介質(zhì)侵入。對(duì)金屬有害的化學(xué)藥品和其它物質(zhì)應(yīng)單獨(dú)存放[13]。在半成品倉(cāng)庫(kù)存放的零件應(yīng)注明封存日期，并定期檢查存放質(zhì)量；

2）確保在金屬零件上做標(biāo)記所使用的標(biāo)記筆不含有石墨（碳）等對(duì)金屬有不良影響的成分[14]；

3）確保所有作業(yè)、檢驗(yàn)、調(diào)試等人員，不赤手接觸零件的最終加工表面[15]；

4）確保具有最終加工表面的零件、易銹零組件、熱加工后需要防銹處理的零件和組裝后的部件，均得到及時(shí)清洗并進(jìn)行防銹處理；

5）確保所有組裝后的整件都應(yīng)進(jìn)行清理以去除殘留物（如金屬屑、破碎緊固件和灰塵）[16]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

本單位某型機(jī)載電子裝備應(yīng)用以上腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)和典型工藝方案進(jìn)行了樣機(jī)投產(chǎn)，并以本樣機(jī)為樣本，在2021年12月～2022年1月期間，根據(jù)GJB 150.9A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第9部分：濕熱試驗(yàn)》[17]、GJB 150.10A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第10部分：霉菌試驗(yàn)》[18]和GJB 150.11A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第11部分：鹽霧試驗(yàn)》[19]，在濕熱、霉菌、酸性鹽霧等環(huán)境條件下進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，具體見(jiàn)表4所示。

表4 濕熱、霉菌、酸性鹽霧環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證匯總表

3.2 結(jié)果分析

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)樣本在濕熱、霉菌、酸性鹽霧等腐蝕環(huán)境下，可保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，達(dá)到有關(guān)防護(hù)指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，本文所述腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)和典型工藝方案切實(shí)有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)海軍重大裝備建設(shè)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足發(fā)展，以中大型艦船為載具平臺(tái)的艦載飛機(jī)使用日益常態(tài)化，直接面對(duì)著海洋環(huán)境對(duì)有關(guān)裝備的嚴(yán)酷考驗(yàn)。與一些擁有豐富艦載飛機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家相比，我國(guó)起步晚、經(jīng)驗(yàn)淺、樣本少、數(shù)據(jù)缺，因此，研究海洋環(huán)境下機(jī)載電子裝備腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)和工藝具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值，希望可為有關(guān)裝備研制工作提供參考。