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1、第二章 电子产品的防腐蚀设计21 概述211 腐蚀效应1腐蚀的概念 材料受环境介质的化学作用而发生性能下降、状态改变、甚至损坏变质的现象。2腐蚀的分类 根据被腐蚀材料的种类，可分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。金属腐蚀：金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质现象。按照腐蚀的机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀主要为金属在无水的液体和气体以及在干燥的气体中的腐蚀。物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏，金属与熔融液态金属接触引起的金属溶解或开裂就属于物理腐蚀。电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。其特征是腐蚀过程中有电流产生，在金属表面
2、上有隔离的阳极区和阴极区，被腐蚀的是阳极区。电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。电化学腐蚀是最普遍、最常见的金属腐蚀，在造成电子设备故障的常见的原因中，金属的电化学腐蚀是最常受到指责的因素。大多数电子设备的制造、运输、储存和使用都是在地面或接近地面的地方进行，因此金属材料在潮湿大气中的腐蚀破坏是电子设备防腐蚀设计重点考虑的问题。非金属材料在化学介质或化学介质与其他因素（如应力、光、热等）共同作用下，因变质而丧失使用性能称为非金属材料腐蚀。电子设备使用的非金属材料，以有机高分子材料为最广泛，如塑料、涂料、薄膜、绝缘材料等。高分子材料腐蚀的主要形式有老化、化学裂解、溶胀和溶解、应力开裂等。由于生物活
3、动而引起材料变质破坏的现象通常称为生物腐蚀，其中由于霉菌和其他微生物引起的腐蚀也称为霉腐或霉变。212 腐蚀性环境因素凡是能够作为腐蚀介质引起材料腐蚀的环境因素，都可称之为腐蚀性环境因素，主要有以下几种：1 水分。2 氧和臭氧。3 温度。4 腐蚀性气体。5 盐雾。6 沙和灰尘。7 太阳辐射。8 微生物额动物。213 防腐蚀设计的基本要求实践证明，采取恰当的防护措施，腐蚀是可以受到一定程度的控制，有些腐蚀事故是可以避免的。在防腐蚀设计时，应该考虑的主要因素有：电子设备可能遭遇的环境条件及主要的腐蚀性环境因素；对腐蚀损坏最敏感的部位（包括元器件、零部件和材料）；要求保护的程度（临时性防护、可更换零
4、件防护、高稳定性永久性防护等）以及允许采用的防护手段。通过对各种因素的综合分析，预测可能发生的腐蚀类型和危险性后果，从而 确定合理而有效的防腐蚀措施。防止电子设备腐蚀损坏的基本方法有以下几种：1 采用高耐蚀性材料；2 消除或削弱环境中的腐蚀性因素；3 对不耐蚀材料进行耐蚀性表面处理；4 防腐蚀结构设计；5 电化学保护；企图仅仅采用一种方法来达到防止腐蚀的目的是不切实际的。通常需要将几种方法接合起来使用，以获得经济而有效的结果。22 潮湿及生物危害的防护221 潮湿的防护1、潮湿的危害气候条件对电子设备的影响是多方面的，但从设备产生故障的直接原因来看，潮湿是主要因素。潮湿对电子设备具有下列破坏作
5、用：（1）引起金属腐蚀及加快腐蚀速度。（2）使非金属材料性能变坏、失效。一些吸湿较大的材料，吸湿后发生溶胀、变形、强度降低乃至产生机械性破损。此外，水分附着在材料表面或渗入内部，使材料表面电导率增加，体积电阻降低，造成短路、漏电和击穿，介质损耗增大。潮湿也是使油漆涂覆层起泡，脱落从而失去其保护作用的一个重要因素。（3）水是一种极性介质，能够改变电气元件的参数，例如水附着在电阻器上，会形成一漏电通路，相当于在电阻器上并联一可变电阻。（4）在一定温度条件下，潮湿有利于霉菌的生长繁殖，引起非金属材料的霉烂。（5）当温度升高或空气中含有杂质（如灰尘、盐分等）时，潮湿的影响和危害将加剧。2、吸湿机理 处
6、在潮湿空气中的物体，由于空气中的水分在热的作用下蒸发形成水蒸汽，水蒸气的分子运动，必然有一部分水分子被吸附在物体表面上，形成了一层水膜，随着空气相对湿度增高，水膜厚度亦增大。一切物体的吸湿，都是由这层水膜引起的。 物体的吸湿有以下四种形式：（1）扩散 在高湿环境下，由于物体本身和周围环境的水汽压力差较大，水分子在压力差的作用下，向物体内部扩散，使水分子进入物体内部。扩散随着温度增高而加剧。（2）吸收 有些材料本身具有缝隙和毛细孔，当物体处于潮湿空气中时，材料表面的水分子由于毛细作用，进入材料内部。（3）吸附 由于物体表面分子对水分子具有吸引力，当物体处于潮湿空气中时，水分子就会吸附到物体表面上
7、，形成一层水膜。（4）凝露 当物体表面温度低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便会在物体表面上凝结成水珠，形成一层很厚的水膜。在高低温交变循环下，可能造成物体内部的内凝露，严重时造成物体内部积水。 扩散和吸收使水分子进入材料内部，因而会使材料的体积电阻率下降，水分子以扩散和吸收的形式进入材料内部的程度，可以用吸湿性（吸潮性）和透湿性等指标表示。 吸附和凝露会使材料表面形成一层水膜，造成材料表面电阻率下降。材料表面是否被水润湿，对材料表面电阻率有很大的影响，一般来讲，材料表面被水润湿的程度越大，其表面电阻率下降也越大，材料表面被水润湿的程度可用润湿角来表征。当润湿角900时，材料可被认为是亲
8、水性的，即物体表面对水分子的吸引力大于水的表面张力。亲水性物体使水在物体表面上连成一片水膜。当润湿角900时，则被认为是憎水性的，即物体表面对水分子的吸引力小于水的表面张力。憎水性物体使水在物体表面上收缩成不相连接的小水珠，物体表面不易润湿，水分子不易渗入物体内部。而且，角越大，表示物体的憎水性越强 以上四种吸湿形式可能同时出现，也可能只出现某一二种，这要根据具体情况而定。3、防潮湿措施 防潮湿措施首先是合理地选用材料，在满足结构强度，性能要求和经济性的情况下，应采用耐腐蚀、耐湿、化学性能稳定的材料，同时采取表面憎水处理、浸渍、灌封、密封等方法。（1）憎水处理亲水性物质的吸湿性、透湿性大，可以
9、通过憎水处理改变其亲水性，使它的吸湿性和透湿性降低。方法是把硅有机化合物盛在容器中，放到加热器中加热到5070，让其挥发，被处理的元器件和零件在有机硅蒸汽中吸收有机硅分子，然后在180200的环境中烘烤，有机硅分子渗入元器件和零件所有的毛细孔和缝隙并与水分子化合，在元器件和零件表面形成憎水性的聚硅烷膜。（2）浸渍和蘸渍 浸渍是将被处理的元器件和零件浸入绝缘漆中，经过一段时间使绝缘漆进入元器件和零件的毛细孔、缝隙以及结构中的空隙，从而提高了元器件和零件的防潮湿性能。浸渍有一般浸渍和真空浸渍两种，真空浸渍的效果高于一般浸渍。经浸渍处理后的元器件和零件除了具有良好的防潮湿性能外，还能提高纤维绝缘材料
10、的抗电强度、热稳定性，提高元器件和零件的机械强度，改善了传热性能。 蘸渍是把被处理的元器件和零件短时间（几秒钟）地浸泡在绝缘漆中，使元器件和零件表面上形成一层薄绝缘漆膜；也可以用涂覆的办法在元器件和零件表面涂上一层绝缘漆膜。蘸渍适用于敞开式的整机、功能单元等，除了能防潮湿以外，还能增加元器件和零件的外形美观。 蘸渍和浸渍的区别在于：蘸渍只是在材料表面上形成一层防护性能绝缘漆膜，而浸渍则是将绝缘漆深入到材料内部，所以蘸渍的防潮湿性能比浸渍差。 常用的防潮漆有：环氧绝缘清漆、聚氨脂绝缘清漆、环氧聚酰胺绝缘清漆等。（3）灌封 灌封是用热熔状态的树脂、橡胶等将元器件浇注封闭，形成一个与外界环境完全隔绝
11、的独立的整体。灌封除可保护电子元件避免潮湿和腐蚀外，还能避免强烈振动、冲击及剧烈温度变化对电子元件的不良影响，以及提高抗振冲强度。但此法多适用于小型的单元、部件及元器件。灌封材料主要要求是应具有优异的粘附力，很小的透湿性、较高的软化点以及优良的向物体缝隙的渗透能力。常用的灌封材料有：有机硅凝胶、有机硅橡胶、环氧树脂等。（4）密封 密封是长期防止潮气影响的最有效方法。它就是将零件、元器件或一些复杂的装置甚至整机安装在不透气的密封结构中。此法造价较高，工艺较复杂。作为防潮湿的辅助手段，有时可对某些设备采用定期通电加热的方法来驱除潮气，也以用吸潮剂吸掉潮气。222 生物危害的防护1、霉菌的滋生及其危
12、害性 （1）霉菌特性霉菌属于细菌中的一个系列，它能在土壤里及一切有机材料和有些无机材料的表面上滋生和繁殖霉菌的孢子很小（小于1m），极易随空气侵入设备内部，因此，凡是空气可以进入的设备中，所有的零件都有可能受到霉菌孢子的污染。此外，各种昆虫和尘埃也都是传播孢子媒介。霉菌在生长和繁殖过程中需要水分、氧气以及碳、氢元素和微量磷、镁、钾、钙等元素作为其营养物质。霉菌孢子只有在潮湿的情况下，才能生长；只有在有水的情况下，霉菌才能进行一系列的新陈代谢作用。一般情况下，当空气中的相对湿度低于65%时，霉菌极难生长，而在潮湿的环境中，霉菌生长旺盛；但当空气中的相对湿度达到100%时，物体的表面将凝聚一层水膜
13、，对霉菌的生长亦不利。氧气是霉菌生命过程中进行呼吸作用的必需物质，停止供给新鲜氧气，霉菌的生长就会终止。对于霉菌所需的其他营养物质，在电子设备中的许多非金属材料中都能得到满足。 霉菌生长和繁殖最适宜的温度范围是2030，温度高于30，霉菌的生长能力将是显著下降；温度超过60，霉菌则很容易死亡。霉菌抗低温的能力较强，低温只能抑制霉菌的生长，而致死作用较差。霉菌的最低生长温度为摄氏6。（2）霉菌的危害性由于霉菌是靠自身分泌的酶在潮湿条件下分解有机物而获得养料，这个分解过程就是霉菌侵蚀和破坏有机物材料的根本原因。霉菌对电子设备的危害分为直接危害和间接危害两种。霉菌对电子设备的直接危害是：由于霉菌在生
14、长和繁殖过程中从有机物材料中摄取营养成份，从而使材料结构发生破坏，强度降低、物理性能变坏。同时，霉菌本身作为导体，可以造成短路，给电子设备带来更严重的后果。 霉菌对电子设备的间接危害是：由于霉菌在新陈代谢过程中分泌出的二氧化碳及其他酸性物质，引起金属腐蚀和绝缘材料的性能恶化。同时，霉菌还会破坏元件和设备的外观，以及给以人的身体造成毒害作用。 因此，对处于潮湿环境中工作的电子设备，为了减少霉菌对其的影响，应进行防霉处理，以提高其可靠性。2、防霉菌措施 （1）控制环境条件，抑制霉菌的生长 霉菌的生长和繁殖需要适当的环境，如果在电子设备的内部放入干燥剂并将设备密封，保持设备内部干燥、清洁；或将设备处
15、于温度低于摄氏6，通风良好的干燥环境中，就能使霉菌失去生长和繁殖的条件，从而收到良好的防霉效果。 （2）使用抗霉材料 合理选用材料是电子设备防霉的最基本方法。材料的抗霉性，主要取决于材料本身的性质，一般含有天然有机物的材料，如皮革、木材、棉织品、丝绸、纸制品等极易受霉菌的侵蚀；而像石英粉、云母等无机矿物质材料，则不易长霉。因此，在电子设备中应尽量避免使用上述各种有机材料。合成树脂本身具有一定的抗霉性能，但因有机颜料、油脂、某些增塑剂和填料的加入，使得某些种类的油漆、塑料易受霉菌的侵蚀。不论是天然橡胶还是合成橡胶，均为高分子碳氢化合物，若与霉菌长期接触，能被分解转化成为霉菌的营养物质，为霉菌所侵
16、蚀。 为此，建议采用玻璃纤维、石棉、云母和石英等为填料的压塑料和层压材料。橡胶宜采用氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶及氯丁橡胶等合成橡胶；粘结剂及密封胶宜采用以环氧、环氧酚醛，有机硅环氧等合成树脂（或合成橡胶）为基本成份的粘结剂；绝缘浸渍用漆则宜采用改性环氧树脂漆和以有机硅为基本成份的油漆。 （3）用足够强度的紫外线照射用足够强度的紫外线和日光的照射不仅能防止霉菌对电子设备的侵入，而且可以消灭霉菌。（4）防霉处理当必须使用不耐霉或耐霉性差的材料时，则必须使用防霉剂进行防霉处理，防霉剂系化学药品，能够抑制霉菌的生长和繁殖或将其灭杀。防霉剂的使用有下列三种形式：混合法：把防霉剂与材料的原料混和在一起，制成
17、具有抗霉能力的材料。例如，在造漆时可把防霉剂加入漆中制成防霉漆。喷涂法：把防霉剂和清漆混合，喷涂于整机、零件和材料的表面。浸渍法：制成防霉剂稀溶液，对材料进行浸渍处理。棉纱、纸张等可用此法。一般，对于零部件是在机械加工后作防霉处理；而对于材料，可根据它的来源和使用时间，在材料的配制（制造）中或使用时进行防霉处理。必须指出：各种防霉剂都具有不同程度的毒性或难闻气味，使用时应注意劳动保护。3、其他生物危害及其防护微生物或海洋动物、植物等也会使电子设备中的金属产生腐蚀。通常，由于微生物的存在为电子设备的金属腐蚀创造了必要的条件或使腐蚀的过程加速。例如，附着在金属表面上的动物类、植物类的海生物，通常是
18、通过海风或海浪把它带入电子设备的，这些海生物在其新陈代谢过程中释放二氧化碳和氧气，其尸体可分解出硫化物，这些物质均能使金属发生腐蚀或使腐蚀过程加快，有的还能破坏油漆防护层。钢、铁、铝及其合金是海生物最能附着的材料，而对于铜材表面，海生物附着力最小。防止生物危害最有效的方法是进行合理结构设计或采用密封结构，加大腐蚀材料的厚度、选用耐腐蚀的材料，以及阴极保护法等都能减少生物对电子设备的危害。23 金属腐蚀机理231金属腐蚀的定义 金属材料的腐蚀现象都是在外界腐蚀介质的存在下而发生的。因此，金属材料与外界腐蚀介质发生作用（化学的或电化学的作用）而破坏的现象称为金属腐蚀。金属腐蚀都是从与介质相接触的表
19、面开始，再向金属内部或表面其他部分扩展。发生腐蚀后，金属不再作为元素，而是变成了某种化合物，从而失去了作为为金属材料的宝贵性能。 金属腐蚀是一种化学性损坏，单纯的机械作用造成金属的物理性破坏，不能叫作金属腐蚀。但是，有时腐蚀介质与机械因素会同时作用，两者可以互相促进，加速金属的破坏，例如，金属零件在交变应力与腐蚀介质共同作用下发生疲劳损坏（称为腐蚀疲劳）时，其疲劳强度 比在空气中的疲劳强度低得多。 表征金属材料对某种腐蚀介质的抵抗能力通常用金属材料的耐蚀性来表示，金属材料的耐蚀性并非恒定的指标，而是随金属材料和腐蚀介质的种类及其他条件（如温度、湿度、应力、表面状态等）不同而异。一种金属在某种腐
20、蚀介质中不发生腐蚀，称其耐蚀；对于即使存在发生腐蚀的可能性，但腐蚀速度极其缓慢的材料，也可看作是耐蚀的。232金属腐蚀的分类 按照腐蚀作用发生的机理，金属腐蚀可以分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。 化学腐蚀是金属与腐蚀介质直接进行化学反应，是没有电流产生的腐蚀过程。如果从腐蚀过程进行时的条件来考虑，化学腐蚀是在非电介质溶液或干燥气体作用下金属发生的腐蚀。电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。其特征是腐蚀过程中有电流产生，在金属表面上有隔离的阳极区和阴极区，被腐蚀的是阳极区。电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。在电化学中，通常规定发生氧化反应的电极称为阳极；发生还原反应的电极称为阴极。因此，在
21、原电池中电位较高的正极是阴极，电位较低的负极是阳极。 根据组成腐蚀电池的电极尺寸大小及阴、阳极区分布随时间的稳定性，并考虑到促使形成腐蚀电池的影响因素和腐蚀破坏的特征，一般可将腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两大类。（1）、宏观腐蚀电池。通常是指由肉眼可见的电极所构成的腐蚀电池，电池的阴极区和阳极区往往保持长时间的稳定，因而导致明显的局部腐蚀。宏观腐蚀电池有以下几种。l 异种金属接触电池。即不同金属在同一电解液中相接触构成的腐蚀电池。l 浓差电池。即同一种金属浸入不同浓度的电解液中形成的腐蚀电池。金属的电极电位与金属离子的浓度有关，当金属与含有不同浓度的该金属离子的溶液接触时，浓度稀处，
22、金属电位较负；浓度高处，金属电位较正，从而稀处金属离子浓差腐蚀电池。l 温差腐蚀电池。金属浸入电解质溶液中各部分由于温度不同而具有不同的电位，因而稀处腐蚀电池。（2）、微观腐蚀电池。由于金属表面存在电化学不均匀性，使金属表面出现许多微小的电极，从而构成各种各样的微小的腐蚀电池，简称微电池。l 金属表面化学成分的不均匀性引起的微电池。金属表面的杂质以微电极的形式与基体金属构成的许多短路的微电池。l 金属组织不均匀性构成的微电池。金属晶界的电位通常比晶粒内部的电位低，成为微电池的阳极，腐蚀首先从晶界开始。l 金属物理状态不均匀性引起的微电池。金属各部分变形不均匀，或应力不均匀，都可引起局部微电池。
23、通常变形较大或受应力较大部分为阳极。l 金属表面膜不完整引起的微电池。金属表面钝化膜或其他具有电子导电性的膜或涂层，由于存在孔隙或破损，该处的基体金属通常比表面膜的电位负，形成膜孔电池。233金属腐蚀的破坏形式金属腐蚀的破坏形式有全面腐蚀及局部腐蚀两种类型。如果腐蚀分布在金属整个表面上，则称为全面腐蚀，全面腐蚀可以是均匀的或是不均匀的。如果腐蚀是集中在某一定区域而表面上的其它部分却几乎未遭受腐蚀，则称为局部腐蚀。局部腐蚀又可分为斑状腐蚀、陷坑腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀和表面下腐蚀、选择腐蚀等。金属究竟发生哪种类型的腐蚀，决定于金属与环境的各种因素的综合作用。全面腐蚀对金属构件本身破坏程度
24、较小，但对具有表面装饰性的金属和金属镀层，或是在利用金属表面性质的情况下，这种腐蚀是最应避免的。局部腐蚀比全面腐蚀危害更大，因为往往在损失的金属量不大的情况下造成非常严重的机械性能的损坏，而且具有较大的隐蔽性。234 金属腐蚀对电子设备的危害性金属腐蚀的发生，必然影响到金属零部件、元器件的电性能，机械性能和防护性能，造成各种开关及接触件的接触不良，机械传动系统的精度降低；固定件的强度减弱；电磁元器件的参数改变等不良后果，同时，腐蚀产物还有可能造成电气上的短路、绝缘材料漏电而降低介质的电性能等，严重地影响了电子设备的性能参数，降低使用寿命，甚至使设备损坏。此外金属腐蚀还使得设备的维修、零件更换的
25、次数增加，以及为采取防腐蚀措施而增加生产工序等间接损失。实践证明，在热带、海洋、化工、工业气体等腐蚀性强的环境中，电子设备中的金属腐蚀极为严重。因此，做好防腐设计是保证电子设备具有高度可靠性的重要环节。24 金属的防腐蚀设计电子产品的防腐蚀设计主要是选用耐腐蚀材料、选择合适的防腐蚀覆盖层以及进行合理的结构设计。241 选择耐蚀材料1选材应遵循的原则根据设备的使用条件，选择具有耐蚀性能的金属材料对提高设备的抗蚀性能很有成效，但由于材料的使用还涉及到设备性能或零部件的功能所要求的物理、化学、机械、电气特性，以及其加工性能和经济性等，因此必须综合考虑。仅从防腐蚀角度出发，选材应遵循下列原则：（1）环
26、境因素和腐蚀介质是选材必须明确的条件。金属的耐蚀性能与所接触的介质有密切关系。选材时要知道腐蚀介质的种类、腐蚀强度、PH值以及影响腐蚀性的诸如环境温度、湿度变化等各种因素，以此作为选材的主要依据。（2）根据对保护程度的要求选材。对于那些一旦发生腐蚀则会带来严重后果、可靠性要求很高且不易维修更换的关键零部件，应选用高耐蚀性材料；而对于非关键零部件则可采用耐蚀性较低的材料，并辅以其它防腐措施，以获得较好的经济效果。（3）选材时应考虑与之相应的防腐措施，一种金属材料加上适当的防腐措施可以组成良好的耐蚀体系。（4）应注意材料的兼容性。不同金属相互接触有可能形成电偶腐蚀。表2.2列出了允许和不允许的电化
27、偶。（5）应考虑材料的加工性能、焊接性能，要注意其加工后是否会降低抗腐蚀性能。（6）在某些场合可考虑用非金属代替金属材料，如塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等，只要使用得当，都可成为设备的防腐材料。目前，在电子设备中广泛利用工程塑料制造机箱、面板、旋钮、支架、手柄等一般构件和齿轮、链轮、蜗轮、蜗杆等耐磨传动件。2大气环境中的选材在一般的大气环境中，作为电子设备的结构材料通常以钢铁（铸铁、普通碳钢、低合金钢）、铝合金为主，并进行适当的表面处理以增强其耐蚀能力。常用金属材料的防蚀处理有以下几种：l 铸铁、普通碳钢、低合金钢可以用金属镀层或油漆涂覆层加以保护。l 铝及铝合金采用电化学氧化处理或化学氧化处理。铸
28、造铝合金采用油漆涂层保护。l 铜及铜合金在大气中容易变色。当变色会影响其导电性能或外观要求时，可以根据不同的使用条件和使用要求，采用光亮酸洗、钝化处理、金属镀层或油漆层加以保护。l 锌合金制造的零件，可以采用磷化、钝化、金属镀层或油漆层防护。l 镁合金制造的零件，可以采用阳极氧化或化学处理并涂覆油漆层保护。3海水腐蚀环境中的选材对大型海洋工程结构，通常采用价格低廉、制造方便的低碳钢和普通低合金钢，并辅之以涂料和阴极保护措施。对强度要求高的可采用低合金高强度钢。环境腐蚀条件比较苛刻，普通钢铁材料难以满足防腐蚀要求，材料用量又不很大时，应采用高耐蚀材料，如耐海水不锈钢、铜合金、镍基合金和钛合金。2
29、42 防腐蚀覆盖层金属材料的表面防腐蚀覆盖层主要有金属镀层、金属表面化学处理和有机覆盖层等三种。1 金属镀层通过电镀、化学镀、热喷涂、热浸镀、真空镀等方法，在需要防护的基体金属表面行成金属镀层保护膜。（1）金属镀层的分类 按照使用目的，可把金属镀层分为下列几种：主要用来防止金属制品腐蚀的防护性镀层。例如在海洋性气候条件下，钢铁制品上的镉镀层等。不但能防止腐蚀，而且能赋予金属制品某种经久不变的光泽外观的防护装饰性镀层。此类镀层大都为多层镀覆，即先镀以与基体金属结合牢固、耐蚀性强的“底层”，再镀以主要赋予装饰性能的“表层”，甚至还有“中间镀层”。例如广泛使用的铜、镍、铬电镀层。导电性镀层。如镀银，
30、用来提高零件表面的导电性能。其他镀层。如磁性镀层，耐磨和减摩镀层等。 根据镀层与基体金属之间的电化学关系，又可分为下列两种：如果镀层金属的电位比基体金属的电位低，当镀层有缺陷（针孔、划伤等）而与基体金属形成微电池时，镀层将作为阳极，对基体金属（阴极）起电化学保护作用，这类镀层叫做阳极镀层。完整而又致密无孔的阳极镀层对基体金属尚有机械保护作用。如果镀层金属的电位比基体金属电位高，则叫做阴极镀层。显然，阴极镀层当它完整无缺时，对基体金属也有机械保护作用，但镀层破损后，则会加速基体金属的腐蚀。获得金属镀层的方法有：电镀、化学镀、热喷镀、热浸镀、热渗镀、真空镀等。（2）常用金属镀层为达到保护基体的目的
31、，金属镀层应满足的要求是：镀层金属在环境介质中耐蚀性良好；与基体金属结合牢固；有良好的机械物理性能；镀层完整，空隙小；有一定厚度和均匀性。钢铁材料常用的镀层有：镀锌、镀镉、镀铬、镀镍、镀锡铅合金、镀铜等。锌镀层属于阳极镀层，在一般气候条件下具有良好的保护性，故被广泛采用，锌镀层的钝化膜大大提高了其防腐蚀能力，故镀锌时一般都要进行钝化处理。镉镀层在一般大气条件下，属于阴极镀层，其保护性不如锌镀层，但在盐雾和海洋气候条件下，属于阳极镀层比锌镀层耐腐蚀，故多用于海上和沿海用的电子设备。铬镀层对铁虽是阳极镀层，但防腐蚀能力差。其最广泛的用途是作为零件的装饰性镀层，而且一般用铜和镍镀层作为底层和中间镀层
32、，才能防止基体金属遭受腐蚀。常用金属镀层的特性、用途和选用可查相关手册。2金属表面化学处理 金属表面化学处理是利用化学或电化学的方法使金属表面生成某种化合物而形成覆盖层（化学转化膜），以达到防腐蚀的目的。这种保护膜实际是金属或镀层金属表层原子与介质中的阴离子相互反应，在其表面生成具有良好附着性的氧化膜或金属盐膜。（1）发兰（发黑） 在钢铁零件上用化学方法形成一层氧化膜的过程称为发兰。氧化膜主要由磁性氧化铁（Fe3O4）组成，呈黑色和深兰黑色故又称为发黑，其光泽美观，有较大的弹性和润滑性，但厚度较薄，抗蚀能力差。多用于不能电镀或油漆的零件，有时也作装饰性保护层。为了提高氧化膜的抗蚀能力，可在发兰
33、处理后再进行油漆处理或增加磷化处理。（2）磷化处理将钢铁零件放入磷酸盐溶液中进行浸泡，使零件表面形成一层磷酸盐膜的过程称为磷化处理。磷化后产生的磷化膜厚度远远超过发兰膜的厚度，其抗蚀能力为发兰膜的210倍，若在磷化膜上涂漆，防蚀能力还可大大提高。磷化膜的另一优点是具有较高的电绝缘性，同时它与基体金属的结合很牢固，可作为电机及变压器用的硅钢片的绝缘层。金属经磷化处理后，其原有的机械性能及磁性等基本保持不变。（3）钝化处理将金属零件放入以铬酸或重铬酸盐为主要成份的钝化溶液中进行处理，使零件表面形成一层稳定性较高的铬酸盐膜（称钝化膜）的过程称为钝化处理。钝化膜能提高金属零件的抗腐蚀能力和增加其美观，
34、但焊接性能和导电性能均稍有降低，因而只适宜作为在良好和一般条件下短时间防腐措施。铜及其合金和铁的锌镀层常选用钝化处理。（4）氧化处理氧化处理多用于铝及铝合金，铜及铜合金。氧化处理有化学氧化和电化学氧化两种。化学氧化是将零件放入碱性或酸性溶液中（分别称为碱性氧化和酸性氧化）进行处理，使其表面形成一层氧化膜的过程。这层氧化膜质地致密、具有良好的吸附能力，但质软不耐磨，耐腐蚀性能较差，故不宜单独使用，一般作为涂漆的底层。 电化学氧化是将零件放在电解液中，在外加电流的作用下零件作为阳极进行电解而在其表面形成一层氧化膜的过程，有时也称为阳极氧化。这种方法获得的氧化膜较厚，具有较高的化学稳定性和较强的吸附
35、能力，提高了零件的抗腐蚀能力。另外，这层氧化膜具有较高的硬度、较好的电绝缘性，而且耐磨，还是一种很好的绝热和抗热保护层。若在氧化处理后再涂漆则可进一步提高其耐蚀能力。3有机覆盖层 有机覆盖层也称有机涂层，是由有机成膜物质构成的覆盖层，包括涂料、塑料、橡胶和沥青涂层等。（1）涂料涂覆涂料（过去称油漆）涂覆是一种对金属和非金属制品进行防腐蚀和装饰的最简单的方法。在电子设备中应用最广泛。涂料具有一定的流动性，能在物体表面形成一层连续的薄膜，该膜能自行进行物理和化学变化，从而变成牢固地附着于物体表面的一层坚实的外皮，这层外皮对被涂覆的物体具有防腐与美化装饰作用。此外，某些涂料涂覆层还赋予零件以绝缘、耐
36、高温、保护色等特殊性能。 由于涂料涂覆层的耐磨性较差且较厚，所以，涂料涂覆主要用于机械作用不大、没有摩擦、公差要求不高、不焊接的表面。（2）塑料涂覆塑料涂覆是指利用有些塑料材料具有耐腐蚀性能的特点，将其制成分散液或悬浮液，然后通过特殊的工艺手段，让它们在基体材料表面形成防护膜。塑料涂覆膜的耐蚀性能与塑料本身的耐蚀性能有关，由于目前塑料种类很多，故通过采用塑料涂覆的方法往往可以获得许多特殊性能的表面，如绝缘、装饰等。由于塑料涂覆时往往需要经过干燥、塑化等高温工艺，所以，进行塑料涂覆的零件、部件均应能承受高温，否则就应选用其他涂覆方法。243 防腐蚀的结构设计金属防腐蚀除使用覆盖层外，还应从产品结
37、构设计上加以考虑，金属结构设计是否合理，对于接触腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的敏感性影响很大。 1 合理的结构形状l 结构形状应尽可能简单和合理。l 防止参与水分和冷凝液的积聚。2 防止电偶腐蚀发生电偶发生一般应满足下列条件：两种金属必须有一足够的电位差；两种金属必须直接接触并处于同一电解液中；溶液必须含有溶解氧（或酸）。因此，在设计上如果能够采取措施使上述条件中的任何一个得不到满足时，即可大大减轻或避免电偶腐蚀的发生。这些措施主要有：l 不同金属和合金应当避免直接接触。当两个金属件相接触时尽可能采用同种金属，当必须使用不同材料时，应选金属活泼性相差较近的材料。l 在两种不同的金属材料偶接处加入第
38、三种金属，使两种金属间电位差降低。 l 当不可避免需要异种金属接触时，一定要采取大阳极小阴极的结构形式。l 防止电偶腐蚀最普遍的方法是在两金属间隔入一个不吸水的有机材料绝缘物，如合成橡胶、聚四氟乙烯等，并对接触部位进行妥善的防水密封。l 可以采用一种可靠的耐蚀涂料系统保护不同金属偶接部位，防止其与周围介质直接接触，以便电偶腐蚀保持在一可接受的水平。3防止其他类型的局部腐蚀l 防止缝隙腐蚀 在电焊、铆接、螺纹紧固甚至是绝缘垫圈下面等缺氧处容易产生氧的浓度差腐蚀电池，这种现象叫缝隙腐蚀，缝隙腐蚀常发生在不锈钢、镍、铅等通常认为是耐蚀的金属上，且不易发现，因此危害性较大。应避免在湿度较大的条件下采用
39、点焊、铆接结构。同时，在缝隙处应加上密封涂覆。l 为防止应力腐蚀，除了注意选择在给定的环境介质不具有应力腐蚀敏感性的金属材料之外，在结构设计上应注意尽量降低外应力、热应力、应力集中，应避免各种切口、尖角、焊接缺陷等的存在。l 在易发生腐蚀和最大腐蚀部位加厚构件尺寸。对易腐蚀损坏而必须经常维修、更换的零部件，结构上应保证其易于修理。降低金属件的表面粗糙度，对提高它的抗腐蚀能力有利。 25 高分子材料的老化与防老化高分子材料主要指塑料、橡胶、涂料等，它们以其良好的耐蚀性、绝缘性、一定的强度、良好的加工成型工艺、较好的装饰性和各自特有的性能而被广泛地用于电子设备的制造中，尤其是工程塑料的广泛应用，使
40、设备更趋于轻型化、小型化并大大提高了其环境适应能力。与金属材料一样，高分子材料在使用时也会出现腐蚀变质现象，我们把高分子材料在加工、储存和使用过程中，物理、化学性质和机械性能逐渐恶化的变质现象称为老化。 251 老化及其特征高分子材料的老化是由于其化学组成、分子结构和物理状态等内因和经受光、热、电、机械应力、氧、臭氧、化学介质等外因作用而引起的。一般把高分子材料在化学介质或化学介质与其它因素共同作用下的变质现象称为化学老化；而把高分子材料在大气环境中所发生的性能恶化称为大气老化或环境老化。电子设备防腐设计中主要以防止大气老化为主。1高分子材料老化的外部因素引起高分子材料老化的外部因素主要有以下
41、几方面：（1）阳光照射 对高分子材料老化影响最大的因素是阳光中的紫外线。紫外线的波长短、能量高，对高分子材料有强烈的破坏作用。紫外线作用在有氧的环境中，将使高分子材料产生氧化反应，导致其高分子链的断裂，同时还引起分子间的交联从而产生老化。因此，多数高分子材料是不耐紫外线作用的。（2）温度 在高温下，高分子材料受热使其分子的势能增高而处于激发状态，其化学键易发生裂变而产生老化。（3）氧和臭氧 高分子材料吸收热和紫外线能量时，一些高分子化学键变为不稳定的激发状态，氧便可与其反应并引起自动催化氧化反应，导致其高分子链的断裂、交联，从而发生老化。臭氧对高分子材料的作用与氧一样，主要是起氧化反应，然而，
42、由于臭氧的稳定性比氧差，因而其对高分子的破坏性更大。（4）水分 水分起了光氧化的催化剂作用，加速高分子材料的老化。因此，在湿热地区高分子材料容易老化。另外，高分子材料的加工成型形式、材料中的杂质含量及材料自身组成结构对其老化也会产生影响。通常认为高分子材料的老化是在上述因素的综合作用下发生的。2高分子材料发生老化现象的特征高分子材料发生老化现象有很多特征，但归纳起来主要有以下四个方面：（1）外观变化 如变色、龟裂、银纹、发粘、变硬、变软、变脆、变形、失光、粉化、起泡、剥脱等。（2）物理性能变化 如密度、导热系数、透光率、透气率、分子量等变化。（3）力学性能变化 如拉伸强度、伸长率、冲击强度、弯
43、曲强度、剪切强度、硬度、弹性、附着力、耐磨强度等改变。（4）电性能变化 如绝缘电阻、介电常数、介质损耗、击穿电压等改变。在评定高分子材料老化性能时，不同的材料使用不同的性能指标，表2.1是评定塑料、橡胶、涂料老化时所采用的一些常用指标。表2.1 评定高分子材料老化性能的常用指标材料种类评 定 指 标塑料脆性、断裂伸长率、冲击强度、分子量、介质损耗、羰基含量、体积电阻和表面电阻（对绝缘材料）橡胶扯断强度、扯断伸长率、定伸强度、永久变形、应力松弛、蠕变、交联度、裂纹、体积电阻、介电损耗（电性能对绝缘材料）涂料漆膜外观（失光、变色、粉化、起泡、脱落、生锈、长霉等）、击穿电压、介电损耗、表面电阻、体积
44、电阻（电性能对绝缘材料）252 高分子材料的防老化 高分子材料的防老化可以从以下几方面采取措施：1添加防老化剂防老化剂是一类能够防护和抑制光、热、氧、臭氧、重金属离子等外因对高分子材料产生破坏的物质。添加防老化剂可以改善材料的加工性能，延长材料的储存和使用寿命，方法简便而效果显著，是当前高分子材料的防老化的主要途径。2物理防护物理防护主要是在防护表面涂覆一层防护层，起阻缓甚至隔绝外因的作用。具体包括涂漆、金属喷涂、浸涂和涂布防老化剂等。3合理选材根据零件的使用环境条件，选择相应的耐老化材料。例如，对于室外使用的塑料制品，可选用聚碳酸脂、改性聚苯已烯、有机玻璃、氟塑料等耐气候材料。4改进成型工艺和后处理工艺改进成型加工和后处理工艺也是提高高分子材料制品的质量和延长其使用寿命的方法之一。塑料制品成型前的原料干燥、增强材料（如玻璃纤维）的表面处理、冷却速度、成型后的热处理等，橡胶的塑练、混练、成型、硫化等工序，正确选择处理方法和合理确定工艺参数对防老化都具有重要作用。成型后的塑料制品中，或多或少都存在残余的内应力。如果内应力相当大，则会使塑料制品在使用过程中发生翘曲、龟裂和性能严重变坏，成型后进行退火热处理，可以消除残余内应力，预防过早产生开裂（特别是有金属嵌件的制品）。19 / 19