Коррозионная стойкость корпусов электронных приборов

Коррозия (от позднелат. corrosio — разъедание) — разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с агрессивной средой.

Российский энциклопедический словарь

«Жизнь» каждого электронного прибора проходит в непрерывной борьбе с неблагоприятными факторами внешней среды. Основные удары в этом противостоянии принимает на себя корпус прибора. Именно он защищает электронную «начинку» от перепадов температуры, электромагнитных помех и механических повреждений. Однако и у него есть мощный противник — коррозия.

Коррозионная стойкость корпуса в наибольшей мере зависит от материала, из которого он изготовлен, от вида защитного покрытия и от типа воздействующей на него коррозионной среды: материалы и покрытия, стойкие в одной среде, могут интенсивно разрушаться в другой.

В зависимости от характеристик среды и условий протекания процесса различают около 40 видов коррозии: атмосферную, газовую, почвенную, морскую, электрокоррозию, кавитационную, кислотную, биокоррозию и так далее. Кроме того, по механизму реакций взаимодействия материала со средой различают химическую, электрохимическую и механохимическую коррозию. Учитывая небольшой объём данной статьи, ограничимся рассмотрением коррозионной стойкости только некоторых из числа широко используемых металлических и пластиковых корпусов в наиболее часто встречающихся средах, вызывающих химическую и электрохимическую коррозию.

Корпуса из полимерных материалов

Обычно выбор материалов, предназначенных для использования в коррозионной среде, производят по справочным таблицам, в которых в соответствии с ГОСТ 13819-68 применяется десятибалльная шкала оценки общей коррозионной стойкости. При необходимости проводят лабораторные и натурные (непосредственно на месте и в условиях будущего применения) коррозионные испытания образцов. Однако в ряде случаев для ориентировочной оценки пригодности материалов к использованию в определенных условиях можно воспользоваться упрощенной таблицей 1.

Примечания. 1. В таблице использована следующая система оценки коррозионной стойкости: 0 — нет данных; 1 — материал рекомендуется использовать в данной среде; 2 — не рекомендуется долговременное использование; 3 — возможно ограниченное использование; 4 — материал не рекомендуется использовать в данной среде. 2. В каждой ячейке таблицы указаны три цифры: первая соответствует оценке при 30-дневном воздействии коррозионной среды на материал, вторая — при 60-дневном, третья — при 120-дневном.

Таблица 1 составлена на основе данных, опубликованных ведущими фирмами-изготовителями корпусов: Schroff, Rose и Bopla. Названия материалов указаны в соответствии с каталогами этих фирм.

Следует иметь в виду, что некоторые приведенные в таблице 1 названия (например, Polyester) могут использоваться для обозначения целого семейства материалов, отдельные представители которого отличаются по своим свойствам. Кроме того, иногда материалы более известны не по названию, а по торговым маркам, присвоенным фирмами-изготовителями (например, полиамид – капрон). В таблице 2 приведены некоторые сведения, позволяющие уточнить, о каких именно материалах идет речь, и таким образом исключить неоднозначность в понимании представленных в таблице 1 данных.

Металлические корпуса

В результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством. Коррозии в той или иной степени подвержены все металлы, за исключением благородных — золота и платины. Однако по понятным соображениям для изготовления корпусов чаще используются другие металлы, в первую очередь, железо и алюминий. В чистом виде эти металлы весьма подвержены коррозии, особенно когда коррозионная среда является электролитом. К сожалению, в большинстве случаев корпуса приборов эксплуатируются именно в таких условиях: при относительной влажности воздуха более 60% на их поверхности конденсируется влага, которая при нынешнем состоянии окружающей среды неизбежно загрязняется кислотами и солями.

Методы защиты металлических корпусов выбираются в зависимости от типа материала и доминирующего вида коррозии в предполагаемых условиях эксплуатации. По механизму действия методы защиты можно разделить на 2 основные группы:

• электрохимические методы, оказывающие влияние на потенциал металла;

• механические методы, основанные на создании защитных покрытий, изолирующих металл от воздействия окружающей среды.

К первой группе, в частности, относится легирование. Например, легирование железа хромом переводит железо в устойчивое пассивное состояние. Полученные таким образом сплавы называют нержавеющими сталями (Stainless steel). Из нержавеющей стали изготавливаются, к примеру, корпуса для взрывоопасных условий применения фирмы Rose (рис. 6). Коррозионную стойкость материалов таких корпусов можно ориентировочно оценить, используя таблицу 3. 

Примечаниe. В таблице использована та же система оценки коррозионной стойкости, что и в таблице 1.

Дополнительное легирование нержавеющих сталей никелем (сплав Monel) устраняет их склонность к точечной коррозии в морских условиях.

В качестве примера использования механических методов защиты можно рассмотреть окрашивание металла порошковой композицией, содержащей плёнкообразующие вещества, пигменты и наполнители. При нагревании детали с нанесённым слоем порошка образуется защитное покрытие, устойчивое к абразивным воздействиям, со сроком службы, превышающим порой срок службы окрашенного изделия. В таблице 3 приведены данные по коррозионной стойкости стальных корпусов, покрытых порошковой краской с эпоксидным (Steel, epoxy powder-coated) и полиэфирным (Steel, polyester powder-coated) пленкообразователями. В промышленности применяют различные способы нанесения порошка, но наибольшее распространение получил способ напыления в электрическом поле (заряженные частицы порошка осаждаются на детали с зарядом противоположного знака). Таким способом наносится покрытие, например, на большинство панелей напольных и настенных шкафов фирмы Schroff.

Защитные покрытия могут быть не только полимерными, но и металлическими. Для их нанесения применяются электрохимические (гальванические покрытия) и химические методы осаждения металлов. Широко используется также горячий способ нанесения покрытий из расплавов цинка, олова и алюминия. Например, многие внутренние детали шкафов Proline (Schroff) изготовлены из стального листа, покрытого алюмоцинком (сплавом Al-Zn). Защитные покрытия могут также состоять из оксидных, фосфатных, хроматных, фторидных и других сложных неорганических соединений. Неорганические покрытия наносятся химическим и электролитическим методами (оксидирование, фосфатирование, анодирование). Например, анодирование широко используется для защиты алюминиевых деталей 19" субблоков, лицевых панелей модулей и т.п.

Заключение

В заключение следует напомнить, что при выборе корпуса для работы в агрессивной среде не стоит ограничиваться только анализом коррозионной стойкости того или иного материала (рис. 7). 

Не менее важным является следующий этап — выбор изготовителя. Далеко не каждая фирма может наладить эффективную систему обеспечения качества, включающую входной контроль материалов, тщательную подготовку поверхностей для нанесения защитных покрытий, а также рациональное конструирование, позволяющее исключить неблагоприятные контакты разнородных металлов, устранить уязвимые для коррозии щели, зазоры и т.д. И хотя стоимость продукции гарантированного качества иногда находится в верхней ценовой категории, затраты, как правило, окупаются – не приходится платить дважды. Надеюсь, что приведенная в статье информация поможет разработчику аппаратуры оптимизировать затраты за счет реального учета условий, в которых предполагается эксплуатировать его изделие. ● 

Автор — сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (812) 325-3790
Факс: (812) 325-3791
E-mail: bel@spb.prosoft.ru