电子设备综合环境应力试验方法研究

仲维彬 代睿 黄立恒 刘四平

摘要：本文提出了一种温度-湿度-光照-盐雾综合环境应力的试验方法，选取典型电子设备结构材料开展了传统环境试验和综合环境应力试验的对比试验，试验结果表明综合环境应力试验方法更能暴露产品在严酷高温、高湿、高盐雾、高紫外光照下的缺陷，可为电子设备结构、材料和工艺的选取和考核提供一定的技术建议和参考。

关键词：温度-湿度-光照-盐雾;电子设备;综合环境应力;工艺考核

中图分类号：TB114.3

引言

随着海洋装备的大力发展，越来越多的电子设备部署在南海岛屿、岛礁上。根据调研，装备在上岛安装使用不足半年，一部分部件和外协件表面会出现比较严重的锈蚀、起泡、龟裂等现象。这些装备在出厂前都依据相关标准要求进行了严格的环境试验验证与考核，由此可见目前国内现有的环境试验标准对于岛礁装备的考核存在一定的不足。针对这些问题，本文结合相关资料、标准及试验数据，提出了一种温度-湿度-光照-盐雾综合应力的试验方法，可作为装备结构、材料和工艺考核的补充试验。

1 试验应力的选择

我国岛礁主要分布在东海和南海地区，其特点是远离大陆、分布零散、面积狭小、四面环水、地势地平等。岛礁多山，坡度陡峻，地形复杂;岸线弯曲，岸陡滩狭;道路少，且曲折狭窄。

岛礁气候环境复杂多变，常年具有高温、高湿、高盐雾以及强太阳辐射等特点，对武器装备结构材料、电子器件以及雷达通信等设备的可靠性造成巨大影响，从而导致武器装备性能降级或失效。美国曾对其沿海武器装备调查分析发现：环境因素导致故障武器装备发生故障或失效的占52%，其中由温湿度、盐雾以及太阳辐射是导致武器装备性能降低及失效的装备占72%。由此可见，温湿度、盐雾以及太阳辐射综合应力考核对于武器装备的重要。因此，为了弥补现有装备结构、材料和工艺考核的不足，本文介绍了一种温度-湿度-光照-盐雾综合环境应力试验方法，包括的试验应力有温度、湿度、盐雾和太阳辐照。

2 试验应力的确定

2.1 盐雾阶段温度应力

根据国际电工委员会IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》標准指出：“温度每升高10℃，腐蚀速度提高2～3倍，电解质的导电率增加10～20%”。这是因为温度升高，分子运动加剧，化学反应速度加快的结果。对于中性盐雾试验，GJB 150.11-89、GJB150.11A-2009和GJB 4.11-83中要求的温度应力是一样，都为35℃。如果选取温度过高的话，会导致腐蚀机理和实际有较大的不同。因而本方法在选取盐雾阶段的试验温度为35℃±2℃。

2.2 盐溶液的浓度与沉降量

盐溶液的浓度对产品腐蚀速度的影响和产品的选材以及涂覆层的选用有关，盐溶液的浓度在5%以下时，黄铜、钢等材料的腐蚀速度随浓度的增大而增大;盐溶液的浓度大于5%时，这些金属的腐蚀速度会随着浓度的增大而减小。这主要与盐溶液里的氧含量与盐的浓度有关，氧含量下降，氧的去极化能力也下降即腐蚀作用减弱。基于以上因素，本标准试验方法采用的盐溶液的浓度为5%。同时考虑空气中盐雾的含量高，暴露在盐雾环境的时间几乎贯穿于产品的使用全阶段，经调研论证，本方法中盐雾的沉降量范围为（6～9）mL/80cm2·h。

2.3 太阳辐射强度与相对湿度

根据相关技术要求对岛礁露天设备的太阳辐射试验的要求：在温度52℃/51℃，太阳辐射强度为1110w/m2下，产品应不损坏。这是对在南海露天设备规定的最低太阳辐射要求，结合GJB150.7A-2009太阳辐射试验中太阳辐射峰值为1120w/m2的要求，本方法采取更为严酷的1120w/m2光照强度，太阳辐射阶段的试验温度为52℃。同时结合我国海域的常年高温高湿的气候特点，年相对湿度为82%～84%，所以在本方法中取相对湿度为85%±5%。

2.4 试验持续时间

根据GJB150.7A-2009太阳辐射试验中分为循环试验（热效应）和稳态试验（光化学效应），对于循环试验（热效应），着重于太阳辐射产生的热效应，它将试件暴露于模拟世界实际最大量级的太阳辐射中。

稳态试验（光化学效应）是着重于加速太阳辐射产生的光化学效应。经调查国内、外相关项目情况，除俄标稍有特殊外，稳态试验（光化学效应）持续时间均为10个或56个循环。天然暴晒的气候条件是由太阳辐射、温度、湿度等综合因素组成，本方法试验剖面基本覆盖了自然气候中的重要应力。相较于单一应力，本方法的综合应力考核严酷度大大增加，同时考虑到装备的暴露时长与寿命期使用时长，本方法采取每循环24h，共计28个循环的试验时间要求。

具体试验剖面见图1。

3 试验验证

3.1 验证目的

验证并比较本试验方法与GJB150.7A-2009、GJB150.11A-2009中单独进行的太阳辐射、盐雾试验对岛礁电子装备的考核严酷程度。

3.2 试验件的选取

本次验证试验选用的试验件均为典型材料，具体信息见表1。

3.3 验证方案

试验验证方案采用本文中介绍的试验方法与GJB150.7A-2009和GJB150.11A-2009组合试验方法试验结果进行比较，采用同材料、同工艺的试验样件，比较在两种试验方法问题暴露的时间早晚以及试验结束后，两种试验结果考核的严酷程度对比。

3.3.1 试验一：本试验方法

1）按照图1试验剖面，调节试验箱温度为35℃，并在喷雾前将试件保持在这种条件下至少2h。

2）喷盐雾14h或有关文件规定的时间。在整个喷雾期间，盐雾沉降率和沉降溶液的pH值至少每隔8h测量一次，保证盐溶液的沉降率为（3～9）mL/（80cm2·h）。

3）干燥阶段结束时，将温度升至52℃，相对湿度保持在85%，同时施加辐照度为1120W/m2的太阳光照，并保持10h。结束后对样件外观进行检查并拍照。

4）保持结束后，应重复步骤2）～3），进行28个循环。结束后对样件外观进行检查并拍照。

3.3.2 试验二：GJB150.7A-2009和GJB150.11A-2009组合试验

1）根据GJB150.7A-2009太阳辐射试验程序II-稳态试验要求，将试验箱空气温度调节至49℃，再将辐射灯的辐射度调节到1120W/m2±47W/m2。保持这些条件达20h。再关闭辐射灯4h为一个循环。并进行10个循环。结束后对样件外观进行检查并拍照。

2）结束后再按照GJB150.11A-2009盐雾试验要求进行盐雾试验，调节试验箱温度为35℃，并在喷雾前将试件保持在这种条件下至少2h。连续喷雾24h，喷雾期间每24h记录一次盐雾沉降率及收集液pH值，保证盐雾沉降量在1～3ml/80cm2·h内，连续喷雾24小时后停止喷雾，在标准大气压条件温度（15℃～25℃）和相对湿度不高于50%条件下干燥24h，为一个循环，干燥结束后，再进行一个循环。结束后对样件外观进行检查并拍照。

3）重复1）～2），结束后對样件外观进行检查并拍照。

4 试验结果分析

试验验证表明：本文提出的综合试验方法可暴露出更多的实际问题，具体试验结果见表2。

5 结论

本文提出了一种温度-湿度-光照-盐雾综合环境应力试验方法，重点介绍了综合应力的选择及应力参数的确定。通过试验验证现有试验方法和本文综合环境应力试验方法，新的综合环境应力的试验方法更能暴露产品的缺陷，更有助于提升装备后期使用的可靠性。希望本文介绍的综合应力试验方法可为装备结构、材料和工艺的考核提供一定的技术建议和参考。

作者简介：仲维彬（1977-），男，汉族，江苏海安人，硕士，高级工程师，主要从事电子装备质量监督，环境应力试验技术。

参考文献

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