导电橡胶抗电化学腐蚀性研究

马建章等

摘 要：主要研究了导电橡胶的抗电化学腐蚀性能。阐述了电化学腐蚀原理，说明了发生电化学腐蚀的必要条件，对导电橡胶物理性能和应用范围作了简要介绍，针对几种常用导电橡胶，参照park公司资料设计试验夹具进行盐雾试验，详细介绍了试验夹具、试验方法、试验过程、试验装置和导电橡胶抗电化学腐蚀的评定指标等，并分析试验数据得出结论，最后提出了避免导电橡胶电化学腐蚀的措施，大量实例验证该措施是科学的、有效的。

关键词：导电橡胶；电化学腐蚀；盐雾试验；复合导电橡胶

引言

电化学腐蚀是导电橡胶的失效的重要原因之一，国内对导电橡胶电化学腐蚀性研究几乎尚未开展，只能凭借设计人员的经验积累来进行设计及应用，在很大程度上影响了导电橡胶的使用效果[1]。文章在研究电化学腐蚀原理和导电橡胶性能的基础上，制作电化学腐蚀测试夹具对导电橡胶进行盐雾腐蚀试验，分析实验数据得出结论，并提出避免或减弱导电橡胶电化学腐蚀的措施。

1 电化学腐蚀原理

电化学腐蚀是金属表面与离子导电介质（电解质）发生电化学反映引起的破坏[2]。在反应过程中有电流产生，腐蚀金属表面上存在着阴极和阳极。由阴阳极组成短路电池，腐蚀过程中有电流产生。金属材料在潮湿的大气、海水、土壤等自然环境以及在酸碱、盐溶液和水介质中的腐蚀都属于电化学腐蚀。

金属对间发生电化学腐蚀的必要条件为：存在两种不同腐蚀电位的金属，两种金属相互接触，金属之间存在电解液[3]。

2 导电橡胶

导电橡胶是将导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能。导电橡胶内部填充的金属颗粒不同，导电橡胶的性能和应用范围也不相同。模压型玻璃镀银导电橡胶适用于大范围的EMI应用提供可靠的低成本屏蔽；纯银导电橡胶：防霉菌，适用于低压到中压的场；铜镀银导电橡胶具有最大导电性，屏蔽效果最好；铝镀银导电橡胶：最高的导电性，电化腐蚀最小，重量比其他的性能导电橡胶轻，对机箱接头和缝隙提供极好的水气密封[4]。在结构设计时，设计人员应充分考虑导电橡胶的特性和相应的应用范围。表1列举了几种常用导电橡胶的物理性能。

导电橡胶的电化学腐蚀有自身的电化学腐蚀和应用的电化学腐蚀。铝颗粒表面的镀银层并不能对所有铝颗粒进行完全包覆，在海水等腐蚀环境中，必然在导电颗粒未被完全包覆的部位发生电化学腐蚀，即产生导电橡胶金属颗粒自身的电化学腐蚀，该类电化学腐蚀称为导电橡胶自身电化学腐蚀。导电橡胶衬垫一般用于机箱盖板与箱体间缝隙处，由于导电橡胶及机箱材料的电化学腐蚀电位不相等，在盐雾、海上等环境中，导电橡胶与机箱材料之间存在电解液，满足电化学腐蚀的三个必要条件，产生导电橡胶衬垫与机箱盖板、箱体间的电化学腐蚀。该类电化学腐蚀称为导电橡胶应用的电化学腐蚀。

3 盐雾试验

在电子设备抗腐蚀性评估中，一般采用盐雾腐蚀试验。《GJB150.11A-2009军用装备实验室环境试验方法第11部分：盐雾试验》对盐雾试验的程序有明确的规定，本次试验按照此标准进行。

3.1 试验样件

目前研制的电子设备结构一般采用5A06防锈铝合金，并对其表面进行导电氧化处理。5A06防锈铝合金属于铝镁合金，具有良好的耐蚀性、较高的比强度、导电性、导热性等特点。

参照美国Parker Hannifin公司的资料，制作电化学腐蚀测试夹具，并搭配了四种不同的导电橡胶板（铝镀银导电橡胶、玻璃镀银导电橡胶、纯银导电橡胶、铜镀银导电橡胶）进行电化学腐蚀试验，对试验数据进行记录与比较，以确定不同类型的导电橡胶的抵抗电化学腐蚀的能力的强弱。试验夹具结构见图1。

3.2 导电橡胶抗电化学腐蚀能力强弱的评定指标

本次试验衡量导电橡胶抗電化学腐蚀能力强弱的指标为：

（1）重量变化值；（2）接触电阻变化值；（3）试验前后导电橡胶与铝合金试件表面的光洁程度。

3.3 试验方法

本次试验依据《GJB150.11A-2009军用装备实验室环境试验方法，第11部分：盐雾试验》，采用标准推荐的试验程序，它更接近真实暴露情况的盐雾试验结果，并具有更大的潜在破坏性，能更好地检测出导电橡胶的抗电化学腐蚀能力。试验装备及装置有：盐雾试验箱、空气压力机、万用表、天平等。

3.4 实验结果

按照规定程序进行盐雾试验，试验后分别测导电橡胶的重量、接触电阻，观察试验后试件表面腐蚀程度，记录数据，并进行分析。

3.4.1 试验数据

试验前后导电橡胶的重量、表面接触电阻见表2、表3，试验后试件表面腐蚀程度见图2。

3.4.2 数据分析及结论

通过实验数据，可以看出试验后铜镀银导电橡胶基本没有失去重量，表面接触电阻增加100%；铝镀银导电橡胶试验后失去重量比较小，表面接触电阻增加不大；纯银导电橡胶重量增加最多，表面接触电阻增加比较多；玻璃镀银导电橡胶重量增加比较多，表面接触电阻增加比较小。

观察试件表面腐蚀程度可以看出铜镀银导电橡胶、玻璃镀银导电橡胶试验后有变化；金属板在试验后都有明显的变化，与铝镀银导电橡胶接触的金属板变化最大，有突起。

从试验数据中得出，铝镀银导电橡胶抗电化学腐蚀性相对比较好，纯银导电橡胶和铜镀银导电橡胶相对较差。对于铝基材的电子设备结构，建议采用铝镀银导电橡胶进行密封。

4 避免电化学腐蚀的措施

防止电化学腐蚀主要方法是避免全部满足电化学腐蚀条件。在电子设备结构设计中避免电化学腐蚀的主要措施有：

（1）尽量选用电化学腐蚀电位相近的材料进行应用搭配；（2）如果材料电化学腐蚀电位相差较大，可以选取中间电位涂层缩小电位差；（3）采用复合导电衬垫。复合型导电橡胶有两层组成：外层采用普通硅橡胶，内层采用导电橡胶。外层硅橡胶起的密封和抗腐蚀作用，使内层的导电橡胶和金属之间基本没有电解液，不发生电化学腐蚀；内层导电橡胶起屏蔽和密封作用。针对比较严酷的盐雾环境，如船上的设备，采用复合型导电橡胶可以有效的避免或减弱电化学腐蚀。

以上措施已经在电子设备结构设计中广泛应用，其合理性和有效性得到了充分验证。

5 结束语

通过试验可以看出，与铝基材接触时，铝镀银导电橡胶相对具有良好的导电性能和抗腐蚀性，在电子设备结构密封设计中应用广泛。在设计时选用电化学腐蚀电位相近的材料进行搭配并采用具有更高的抗腐蚀性能复合型导电橡胶能有效的避免或减弱电化学腐蚀对导电橡胶的影响。综上所述，电子设备使用环境复杂多变、导电橡胶种类繁多，在进行设备密封设计时，应综合考虑设备结构形式以及其使用环境、导电橡胶橡胶的环境适应性等因素，来选择合适的导电橡胶，力争做到既简单经济又可靠实用。

参考文献

[1]谢义水.电子设备可维修电磁干扰/水汽密封技术设计[J].电子机械工程，2011，27（4）：33-42.

[2]邱成悌，赵 殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2007，375-405.

[3]李晓刚.材料腐蚀与防护[M].长沙：中南大学出版社，2009：69-75.

[4]邹华，赵素合，田明，等.功能性硅橡胶在电磁屏蔽领域的应用现状及进展[J].橡胶科技市场，2009（1）：14-18.

作者简介：马建章（1982-），男，工程师，机械电子工程专业，主要研究方向为电子通信设备结构设计。

高驰名（1982-），男，工程师，机械电子工程专业，主要研究方向为电子通信设备结构设计。

吴迪（1983-），男，工程师，机械电子工程专业，主要研究方向为电子通信设备结构设计。

何新文（1973-），女，工程师，机械设计专业，主要研究方向为电子通信设备结构设计。