电连接器盐雾试验方法探讨

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1　引言

目前，电连接器已广泛用于航天、航空、舰船、核工业、兵器、电子、交通、信息通讯、医疗、石油勘探等军、民品行业，说明电连接器能适应各行各业对其功能要求和特殊要求。不仅如此，电连接器的使用环境从太空到地下、海洋，从热带到寒冷的极地，也需要电连接器具有很强的环境适应性。其中，海洋环境最为苛刻，特别是舰船及各种近海装备系统上的电连接器，由于大气中海盐离子沉积、吸水潮解，会在电连接器的金属表面形成一层薄薄的液膜，加快金属表面的腐蚀，腐蚀产物在氯离子作用下没有保护性，使金属在液膜的作用下一层一层地剥落。

电连接器是各类电气、电子系统不可缺少的电子元器件，主要用于电气、电子设备的电缆与电缆、电缆与设备之间的电路连接，实现低频信号、高频信号及电能(功率)的传输，因此，电连接器需要就较好的耐环境性能。为了对其环境适应性考验，通常用环境模拟试验对其性能进行测试和验证，而盐雾试验是测试其耐环境性能的最有效手段。本文以盐雾试验为研究对象，对其试验方法及过程进行分析。

2　盐雾试验的概念和机理

2.1　盐雾试验的概念

盐雾试验是电连接器最为常规的测试项目之一，几乎在所有电连接器的国军标总规范中都规定有该试验项目，是利用盐雾试验设备模拟盐雾环境条件来考核电连接器或金属材料耐腐蚀性能。盐雾试验是一种人工模拟盐雾环境的试验，它与大气条件下的暴露试验相比，具有显著的优点，如腐蚀环境可以控制、环境再现性好、试验时间明显缩短、节约了大量的成本。

盐雾是指含氯化物的大气，它的主要腐蚀成分是氯化物盐——氯化钠。盐雾对电连接器的腐蚀是由于含有的氯离子穿透金属表面的氧化层和防护层，与产品内部金属发生电化学反应引起的。

2.2　盐雾腐蚀机理

盐雾对金属及其防护层的腐蚀，主要是氯离子参与电化学反应，腐蚀机理与原电池相同。氯化钠是强电解质，具有较强导电率，能加速电极反应使阳极活化。电连接器所用的金属或多或少存在一定的杂质，各零件的镀层材料也不一样，所以，不同金属之间存在一定的电位差。当有电解质存在时，便形成了不同电位的金属(或金属与杂质之间)微电池。除了氯离子以外，盐雾腐蚀机理还受溶解于盐溶液里(实际上是溶解在试验样品表面的盐液膜)氧的影响。氧能够引起金属表面的去极化过程，加速阳极金属溶解。由于盐雾试验过程是持续喷雾，不断沉降在试验样品表面的盐液膜，使含氧量始终保持在接近饱和的状态。腐蚀产物的形成，使渗入金属缺陷里的盐溶液体积膨胀，因此增加了金属的内部应力，导致保护层鼓起，从而出现起泡、起皮等现象。

3　盐雾试验设备

盐雾试验箱作为环境试验设备，尽管生产厂家众多，但其一般结构分为加热及温度控制系统、保护系统、功能系统和随机配件和资料四部分，具体结构如图1所示。

图1　盐雾试验箱结构图

试验箱的箱体、箱盖、支撑杆、试品架等与试验样品接触的所有部件都必须采用不能产生电化学腐蚀的材料制成，如玻璃、硬橡胶或塑料等。箱盖一般采用透明板材，便于在试验过程中可以从外部观察到室内的试验状况而无需开箱影响试验结果，并且箱盖设计成106°的顶角，使试验过程中产生的冷凝水不会滴落到样品上影响试验结果。箱盖与箱体采用水密封，防止盐雾外溢，从而影响试验结果和腐蚀室内其它设备，甚至可能对试验操作人员造成的伤害。箱体加热为内胆水槽式加热方式，升温快，温湿度分布均匀。样品架按国家相关标准设计成上下两层按15度和30度倾斜，也可采用挂钩方式。设备控制系统位于箱体右侧，操作简单，电控柜的后部安装一只排风扇，将工作中产生的热量散发到设备的外部。

试验箱的主要技术指标如下：

①温度范围：+5℃～55℃

②湿度范围：85～98%RH

③温度均匀度：±2℃

④温度波动度：±0.5℃

⑤饱和空气筒温度范围: +10℃～70℃

⑥盐雾沉降量：1～2mL/80cm2·h

⑦喷雾方式：连续/周期任选

⑧喷雾压力: 0.07～0.17MPa(可调)

⑨试验时间：1～9999 H、M、S(可调)

⑩周期时间：1～99 H、M、S(可调)

通过对盐雾试验设备的机构和技术指标的介绍，有助于我们正确地选择和使用设备，并按标准要求适时地对设备进行监测，得到正确、合理的试验数据，从而对试验结果给出准确的判断。

4　盐雾试验方法

根据相关标准及日常工作中接触的试验要求，笔者将电连接器的盐雾试验方法可分为下述三种：中性盐雾、干热盐雾、醋酸盐雾。其中中性盐雾运用最为广泛，主要适用于连接器、继电器等电子元件。干热盐雾主要适用于军用装备的整机系统、分系统等。醋酸盐雾试验是在中性盐雾的基础上发展起来的，据资料介绍，其腐蚀速度比中性盐雾快3倍左右，目前只有复合材料的电连接器有此要求。下面就对三种试验方法进行介绍。

4.1　中性盐雾的试验程序

4.1.1试验样品的位置

试验样品应采用玻璃钩子、塑料钩子、浸腊绳、带子或尼龙线从试验箱顶部悬挂下来，如果是塑料钩子，应采用对盐溶液无化学反应的材料制造，不允许用金属钩子。

4.1.2温度

试验应在暴露区域的温度维持35±2℃时进行。试验箱温度的维持可以采用数种方式达成，其中能准确地控制温度的有效方法是将装置放在正确控制的恒温室内，在喷雾之前完全隔开装置并使空气预热到适当的温度，再将装置加上外套并控制所用水或空气的温度，禁止使用埋入式加热器来维持箱内的温度。

4.1.3喷雾

在暴露区域任一点放置一个合适的收集器，在运行平均时间至少16h中能在80 cm2(直径为10cm)的水平收集面积上，每小时能收集到1.0～2.0ml的溶液。收集的5%的盐溶液，在温度为34～36℃之间测量其氯化钠含量应为4%～6%(比重)，并符合图2的规定。至少要摆放两个干净的盐雾收集器在暴露区内，其中一个放在任一喷嘴的附近，另一个放在离各喷嘴尽可能远的地方。收集器的安装不会被试验样品遮挡，并且不会收集到从试验样品上或其他来源的液滴的地方，以后每一次盐雾试验都应检查所收集液体的比重和数量。按下列条件在一个小于0.34m3的箱内可以获得合适的喷雾：

a)喷嘴压力为82.7 kPa～124 kPa；

b)喷嘴孔径为0.50 mm～0.76mm；

c)在0.28 m3的箱体容积内，每24h可喷出雾约3.42L的盐溶液。

当采用容积大于0.34m3的大型箱体时，为了满足工作条件的要求，可以按规定修订上述条件。

图2　盐溶液比重随温度变化

4.1.4试验时间

电连接器除了特殊规定(如产品适用范围或用户要求等等)以外，试验时间一般按照表1规定的试验条件之一进行。试验应连续进行，不得中断，或直至观察到特定的失效条件为止，但对试验装置进行调整及对试验样品进行检查除外：

表1　试验条件

4.1.5试验后清洁

试验结束后，试验样品应立即浸在流动的自来水中最多5min，水温不高于38℃，也可以用软毛刷或软塑料刷子轻轻刷洗盐沉积物。如果要求严格检查镀层表面，可以采用任何不影响镀层的方法除去腐蚀生成物。随后将试验样品放入温度为38±3℃的循环空气烘箱中干燥最多12h，再恢复到室温后对样品目视进行检查。

4.2　干热盐雾试验程序

一般情况下，干热盐雾与中性盐雾的区别在于其交替进行24h喷雾和24h干燥两种状态共96h(两个喷雾湿润阶段和2个干燥阶段)。喷雾湿润阶段的试验程序和要求与中性盐雾一样。这种交变方式恶化试验时间，能提供比连续喷雾96h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，为了保证试验的重复性，要严格控制每次试验干燥过程的速率，为了对试验样品耐受腐蚀环境的能力给出更高置信度的评价，可以增加试验的循环次数，也可采用48h喷雾和48h干燥的试验程序。

4.3　醋酸盐雾试验程序

醋酸盐雾与中性盐雾的最大区别在于，一是醋酸盐雾的盐溶液是将1份氯化钠溶解于5份蒸馏水(重量比)中，且杂质总含量不超过0.3%，而中性盐雾的盐溶液浓度为5%，杂质总含量不超过0.3%；二是盐溶液的pH值与中性盐雾盐溶液pH值的不同，中性盐雾的pH值应维持在6.5～7.2之间，而醋酸盐雾通过添加冰醋酸的方法将盐溶液的pH值调整到3.1～3.3的范围内，其它技术要求及试验程序与中性盐雾完全相同。但其对电连接器及金属材料的腐蚀程度更强，有资料显示，其腐蚀速度比中性盐雾快3倍左右。

5盐雾对电连接器的失效模式分析

盐雾试验是由许许多多含有氯化钠微小液滴所组成的弥散系统，当试验样品处于该环境中时，在试验样品表面容易形成一层很薄的含有大量氯化钠的水膜，使试验样品以电化学腐蚀的方式进行。

阳极反应：金属以水化离子的形式进入溶液，并把电子留在金属中，电子从阳极流动阴极，即：Cu→Cu2+(或Cu+)+2e或Cu2++2H2O→Cu2+.2H2O或Cu+2H2O→Cu2+.2H2O+2e

阴极反应：氧通过扩散或对流到达阴极表面吸收金属中的剩余电子而形成氢氧根离子，即：1/2O2+2H2O+2e→2OH-,氯化钠离解，同时形成腐蚀产物，即：Cu2+.2H2O+2Cl-→Cu Cl2. 2H2O或Cu++ Cl-→Cu Cl。

由此可见，盐雾试验对电连接器的腐蚀，存在于溶液中的氧起着极重要的作用。当空气中悬浮着的盐雾颗粒沉降在金属表面上，形成电解液膜时将对金属产生腐蚀。具体对电连接器的失效模式体现为：

1)电化学反应导致的腐蚀和加速应力的腐蚀。这种失效模式会导致产品对环境的防护能力下降，从而导致产品的性能降低，并影响产品的正常功能和结构完整性；

2)盐沉积物导致产品电气设备的损坏。直接后果就是导致产品会发生短路或短路，从而造成产品的信号传输性能失效；

3)绝缘材料及接触件金属的腐蚀。这种腐蚀会导致产品的电性能发生变化甚至无法满足使用要求，如绝缘电阻降低，接触电阻增大等；

4)机械部件和组件的活动部分阻塞或卡死。由于盐雾的侵入性很强，盐气渗入产品内部，造成其活动部分如脱落连接器的分离机构等阻塞和卡死，造成产品的机械性能不能满足使用要求；

5)表面涂层起泡、起皮、脱落等。这种情况会导致产品的标志、印记等褪色、模糊、不可辨认、脱落等，从而影响产品的外观。

上述失效模式，是电连接器盐雾试验后最为直观和常见的现象，实际上，盐雾试验还有其他的失效现象和形式，而且盐雾试验对产品的影响远不止于此，比如盐雾对涂覆层潜在的影响多长时间后会导致产品进一步腐蚀，对接触件电性能的影响是否会有一定的潜伏期等。

6　盐雾试验注意事项

由于盐雾试验的强腐蚀性，在进行盐雾试验时一定要严格按照标准要求去进行，否则，会影响最终的判断结果。现将其中主要的注意要点按试验前、试验中、试验后进行阐述：

1)试验前的注意事项

(1)盐溶液配置后的pH值测定。pH值测定，直接决定所进行的盐雾试验是中性的、酸性的还是碱性的，不同的盐雾试验对试验结果的影响不同。

(2)盐雾沉降率的收集。有关盐雾沉降率的技术指标，前面已有详细的规定，试验前进行盐雾沉降率的收集，关系到试验时喷雾的大小和强弱，对试验结果的影响是不言而喻的。

(3)试验样品的处理。试验前样品应尽量避免触摸，清除样品表面的灰尘与油污等，防止这些物质导致表面的水膜破裂；在试验样品与支架的接触处涂蜡或类似不透潮气的物质使其有一定的防护作用，在未涂覆的切削边缘或切削面、导线尾端等涂蜡或其它防潮物质加以保护等，能避免对试验结果的判断。

(4)试验样品的摆放。试验样品的摆放应保持一定的距离，摆放位置不能让喷雾直接冲击到试验样品上，也不允许冷凝水滴落在样品上。

(5)试验样品应采用塑料钩子、玻璃钩子、浸腊绳或尼龙线等对盐溶液无化学反应的材料从试验箱顶部进行悬挂，不允许用金属钩子。

2)试验中的注意事项

(1)设备状态的监视和测量。一旦进行试验，就应按文件规定对沉降率、试验箱温度等参数进行监测，如有异常，按试验中断的规定进行及时处理；

(2)设备的维护和保养。试验开始，应按时添加盐溶液，观察气体压力，防止盐溶液沉淀的物质堵塞喷嘴等，工作需时常加以注意。

3)试验后的注意事项

(1)为了有助于检查产品，盐雾暴露时间终结后，应将试验样品立即浸在流到的自来水中冲洗，必要时可采用柔软的毛刷或塑料刷轻轻地刷去盐沉积物，但不能对样品造成损害；

(2)试验样品的焙烘。冲洗后的样品应放入温度为38±3℃的循环空气烘箱中干燥最多12h，随后在室温下检查试验样品。

7　结束语

盐雾试验是人工模拟的试验室环境试验。大量的资料表明，采用不同环境、不同试验方法、不同材料，其相关性都是不相同的。腐蚀主要受氯离子影响，由于盐雾试验不能完全重现海洋大气环境的影响，因此，不能靠单一的含氯离子的盐雾试验对耐蚀性评估，而要寻找相关性及其它的更可靠性评估的依据。譬如温湿度的控制、风力的影响、浓度变化等设计一种综合的试验环境，更好的模式真实使用环境。本文通过对盐雾试验设备、试验机理、试验方法、试验失效模式、试验注意事项等方面的介绍和分析，让技术人员和试验人员更为详细地了解盐雾试验的目的和要求，规范地进行试验，获取更为准确的试验数据，为提高产品、材料的使用与材料防腐蚀能力提供更多的科学依据。

参考文献：

[1]GJB150.11A-2009 军用装备实验室环境试验方法第11部分：盐雾试验 中国人民解放军总装备部批准(2009-05-25发布；2009-08-01实施).

[2]GJB360B-2009.电子及电气元件试验方法. 总装备部军标出版发行部出版(2009-12-22发布；2010-04-01实施).

[3]GJB1217A-2009 电连接器试验方法 总装备部军标出版发行部出版(2009-12-22发布；2010-04-01实施).

[4]GJB5181-2003. 复合材料外壳矩形电连接器总规范,国防科学技术工业委员会发布(2003-09-25发布；2003-12-01实施).

[5]马力.常规兵器环境模拟试验技术[D]. 国防工业出版社,2007.

[6]陈文华.航天电连接器可靠性试验和分析的研究.浙江大学机械工程学系.1997.

[7]徐京辉.盐雾试验及盐雾试验箱应用技术基础. 国防工业出版社，1993.