lec05 Защита от внешн факторов (Лекции проф Давыдова УГГИ), страница 3

От прямого воздействия влаги стационарная и транспортируемая РЭА, как правило, не защищена и не должна эксплуатироваться в этих условиях. Однако на работающую аппара­туру воздействуют пары влаги окружающего воздуха. Нормальной влажностью считается относительная влажность 60...75 % при температуре 20.. .25 °С.

Выпадение росы (кон­денсация на холодных поверхностях конструкции) вызывается понижением температуры, которое практически все­гда имеет место при отключении и последующем хранении аппаратуры. На­пример, если в течение дня влажность внутри РЭА составляла 70 %, то точка росы оказывается всего на 5 °С ниже температур, которые имели место внутри РЭА.

Интенсивное нагревание переохлажденной аппаратуры перед приве­дением ее в рабочее состояние также приводит к конденсации влаги на хо­лодных элементах конструкции. Капли конденсата будут стекаться и собираться в местах «ловушек влаги». В результате аппаратура будет находиться под постоянным воздействием влаги.

Длительное воздействие высокой влажности вызывает коррозию металлических кон­струкций, набухание и гидролиз органических материалов. Продуктом гидролиза являются органические кислоты, разру­шающие органические материалы и вызывающие интенсивную коррозию металлических несущих конструкций. Наличие во влажной атмосфере про­мышленных газов и пыли приводит к прогрессирующей коррозии. В резуль­тате создания благоприятных условий для образования плесени воздействие влаги может многократно усилиться.

Существенно влияние влажности на электрические соединения. При повышенной влажности коррозируют проводники, на разъемных контактах появляются налеты, ухудшающие их качество, отказывают паяные соедине­ния, особенно если они загрязнены. С течением времени рыхлая окисная пленка может оказаться в гнездовых контактах соединителей, что приводит к трудно устранимым отказам.

Слоистые диэлектрики, поглощая влагу, меняют параметры и харак­теристики. Образование на печатных платах водяной пленки приводит к снижению сопротивления изоляции диэлектриков, появлению токов утечки, электрическим пробоям, механическим разрушениям вследствие набухания-высыхания материала. Из-за погло­щения влаги значительно уменьшается электрическая прочность, что осо­бенно сказывается на работоспособности высоковольтных узлов. Влажность ускоряет разрушение лакокрасочных покрытий, нарушает герметизацию и целостность заливки элементов влагозащитными материалами. За 3 - 4 года эксплуатации при относительной влажности ни­же 20 % и температуре +30 °С полностью высыхает изоляция проводов, в результате чего она становится ломкой, меняет свойства.

Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соот­ветствующими материалами, покрытиями, применением усиленной венти­ляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием погло­тителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.

Коррозия протекает более интенсивно при контактиро­вании материалов с существенно различными электрохимическими потен­циалами. Металл с отрицательным потенциалом гальванической пары будет разрушаться тем быстрее, чем больше разница электрохимических по­тенциалов. Электрохимические потенциалы металлов в пресной и морской воде представлены в таблице.

Электрохимические потенциалы металлов

Пресная вода		Морская вода
Металл	Потенциал, мВ	Металл	Потенциал, мВ
Серебро	+194	Серебро	+149
Медь	+140	Никель	+46
Никель	+118	Медь	+10
Алюминий	-169	Свинец	-259
Олово	-175	Цинк	-284
Свинец	-283	Сталь	-335
Сталь	-350	Кадмий	-519
Кадмий	-574	Алюминий	-667
Цинк	-823	Олово	-809

Если по тем или иным причинам невозможно заменить металлы с высокой разницей электрохимических потенциалов, то на них наносятся защитные по­крытия. Применяются металлические, химические и лакокрасочные покрытия.

Металлические покрытия образуют с основным материалом детали контактную пару. В зависимости от полярности потенциала различают по­крытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к ос­новному металлу) и катодные (положительный потенциал покрытия). При коррозии может разрушаться как основной металл детали, так и покрытие. Разрушение происходит из-за наличия пор в покрытиях, повреждений в ви­де сколов, царапин, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, и будут тем интенсивнее, чем больше разница электрохимических потенциалов ме­жду основным металлом и покрытием. При анодном покрытии вследствие коррозии разрушается само покрытие, при катодном – основной металл.

В качестве материалов покрытий наибольшее распространение полу­чили никель, медь, цинк, кадмий, олово и серебро. Толщина покрытия вы­бирается в зависимости от материала и способа нанесения покрытия. Для улучшения механических и защитных свойств покрытий рекомендуются к применению многослойные покрытия из разнородных материалов. Толщина покрытия обычно равна 1-15 мкм.

Оксидирование - получение окисной пленки на стали, алюминии и его сплавах. Покрытие имеет хороший внешний вид, антикоррозион­ные свойства, но оно микропористое и непрочное. Последнее свойство покрытия позволяет его использовать как грунт под окраску.

Анодирование - декоративное покрытие алюминия и его сплавов электрохимическим способом. Защитная пленка химически устойчива, об­ладает высокими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от коррозии, может быть окрашена.

Фосфатирование - процесс образования на стали защитной пленки с высокими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, хоро­шей адгезией. Получаемое покрытие пористо и недостаточно прочно. Фос­фатные пленки используются как грунт под окраску.

Лакокрасочные покрытия защищают детали от коррозии. Как недоста­ток следует отметить низкую механическую прочность и термостойкость. Этот вид покрытия применяется для окрашивания каркасов, кожухов, лице­вых панелей приборов и т. п. Качественный внешний вид изделия обеспечи­вается многослойным окрашиванием. Толщина лакокрасочного покрытия колеблется от 20 до 200 мкм. Различают следующие виды лаковых покрытий для защиты от соответствующих видов внешнего воздействия:

• Водостойкие - морская, пресная вода и ее пары.

• Специальные - облучение, глубокий холод, открытое пламя, биологи­ческое воздействие и пр.

• Маслобензостойкие – минеральные масла и смазки, бензин, керосин.

• Химически стойкие – различные химические реагенты, агрессивные газы, па­ры и жидкости растворы кислот и солей.

• Термостойкие - температура выше +60 °С.

• Электроизоляцион­ные - электрический ток, коронные и поверхностные разряды.

Недостатком лаковых покрытий является то, что они требуют высокой чистоты производственных процессов и усложняют заме­ну компонентов. При эксплуатации покрытия скалываются, шелушатся и загрязняют контакты электрических соединителей. Пары воды, попадая под покрытия, конденсируются и уменьшают электри­ческое сопротивление между разобщенными цепями. При высыхании по­крытия образующиеся мосты из лака между рядом расположенными выво­дами компонентов передают механические напряжения на выводы и паяные соединения, увеличивая вероятность отказа паяных контактов.

5.4. Защита от воздействия пыли [2]

Пыль - смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, кото­рая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.

При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной тем­пературе наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивает­ся вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметал­лические - положительно, металлические - отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.

Загрязненность воздуха пылью снижает надежность работы РЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в не­годность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыка­нию контактов реле.

Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.

Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в услови­ях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение ем­кости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емко­стных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверх­ностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемыч­ки между проводниками.

Пыленепроницаемость РЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим рабо­ты. Если корпус РЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными пото­ками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭА воз­можно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.

5.5. герметизация аппаратуры [2]

Герметизация РЭА является надежным средст­вом защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей сре­ды.

Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпок­сидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой гер­метизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает элек­троизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты и делает невозможным ремонт.

Полная герметизация путем помещения изделия в герметич­ный кожух является самым эффективным способом защиты, но и до­рогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных кор­пусов, способов герметизации внешних электрических соедини­телей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значи­тельным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В ре­зультате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.

Существует большое разнообразие способов герметизации. Широко применяются упругие уплотнительные прокладки для всех элементов конструкции по периметру изделия. Проход воздуха через уплотнения при сжатии прокладки на 25...30 % от ее первоначальной высоты происходит только за счет диффу­зии. В качестве материала прокладок используют резину, обладающую вы­сокой эластичностью, податливостью и способностью проникать в мельчайшие углубления и неровности. Влага со временем проникает через все органические материалы, по­этому изделия с прокладками из органических материалов обеспечивают защиту от водяных паров лишь на протяжении нескольких недель.

Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид. Они впиты­вают влагу до определенного предела. Например, силикагель поглощает около 10 % влаги от своей сухой массы.

В особых случаях в качестве материалов прокладок применяют медь и нержавеющую сталь с алюминиевым или индиевым покрытием. Такие про­кладки чаще всего выполняются трубчатыми с внешним диаметром 2-3 мм при толщине стенок 0,1-..0,15 мм. Усилие поджатия при герметизации ме­таллическими прокладками составляет 20...30 кг на 1см длины прокладки.