三防基础培训

一、三防的基本概念

1、三防的定义：

防湿热、防霉菌、防盐雾腐蚀。（简称：防潮、防霉、防盐雾或三防）

2、对三防定义的理解

1）国外通称为 防腐蚀 技术

2）“三防”的真实含义：凡是由大气（候）环境或设备的平台环境而引起的设备所有故障都属于“三防”防护的范畴。而不仅限于防潮、防霉、防盐雾。

3、观念上的差距

a) 对三防重要性认识不够或缺少方法；

b) 只重视”工艺防护” 忽视 “三防设计”； c) 领导(技术) 找不到突破口或仅停留在技术层面上,未在管理上下功夫。

d) 认识上的 “滞后”绝大多数 “三防”问题是在产品研发后期或使用中发现, 由于“三防”不是直接创造 “效益”, 往往在前期被忽略, 而一旦发现问题, 只能事后补救.

二、重视三防设计

1、逐步完善并优化 “三防设计规范”；

2、逐步做到按规范设计；

3、避免设计的随意性。

4、第三层次----支撑性设计文件

1）关键工艺的工艺规范、作业指导书；

2）关键材料和结构设计的试验数据、研究报告；

3）产品、部件的质量控制、检测方法及三防试验数据；

4）产品售后的三防性能（市场返回的三防事故定性、解决方案、结果）；

5）外包件、结构件、外购件及辅料（粘接剂、套管、密封材料及标签等）的三防性能及质量控制；

6）其它有关三防质量控制的信息和文件。

三、三防设计

1、定义

根据电子设备寿命期环境剖面及三防等级要求,对其系统设备和某些特定单元及部件采取的防湿热,防霉菌,防盐雾腐蚀的设计思想,设计方法和防护工艺措施.

2、原则

a.将三防设计纳入到系统和设备的功能设计中,避免单纯的工艺防护和事后补救措施.

b.按规范设计，避免设计的随意性。

c.三防新设计,新工艺,新材料必须经试验、评审并制定典型工艺规范。

d.设备及关键部件的三防性能,须按军标中有关规定进行试验,以满足必需的环境适应性要求.。

e.跟踪设备在(使用)寿命期内所出现的三防问题。

3、相关术语

1）寿命期环境剖面（Life cycle environment profile----LCEP），LCEP用以表征设备在整个寿命期内会暴露于其中的环境或环境的综合，LCEP应包括以下内容：

a）从设备出厂验收、运输、贮存、使用、维修直到报废所遇到的环境应力 的综合；

b）每个寿命期阶段的环境条件相对和绝对限期出现的次数及频度的可能性。

C）LCEP是设备制造商在设计前应了解的信息,包括：

1使用或部署的地域；

2设备要安装、贮存或运输平台；

3有关相同或类似的设备在此平台环境条件下应用状况。

LCEP应由设备制造商的三防专家制定，是设备三防设计和环境试验剪裁的主要依据，它对要研制的设备在真实环境下的性能和幸存性方面的设计提供依据。它是个动态文件，一旦得到新的信息，它它应当定期修订更新。

LCEP应在设备的设计规格书中环境要求部分出现。

2）平台环境（Platform environment）

设备由于被连接到或装载于某一平台上后而经受的环境条件。平台环境是由此平台和任何环境控制系统诱发或强迫作用造成的结果。

3）诱发环境（Induced environment）

主要是指人为的或设备产生的某一局部环境条件，也指自然环境强迫作用和设备的物理化学特性综合影响造成的任何内部条件。

4）环境适应性（Environmental adaptability）

电子设备、整机、分机、元器件以及材料在预期的环境中实现其功能的能力。

5）环境类型和三防等级

环境类型

防护等级

环境(自然)类型的说明

C类：C恶劣环境如：海上舰船,岛屿或距离海岸,盐碱地3.7Km；冶炼，化工，皮革厂1~3Km 受有害物质（酸，碱，盐。“Ⅰ” 型表面和 “Ⅱ” 型表面，SO2 H2S 等）侵蚀。 防护等级

环境类型 民用 环境(自然)类型的说明 军品

二级 A类

A 温湿度受控的室内或被密封的有限空间内.

B类

B

一级 不受控的环境,偶尔会R.H 100%如 仓库,地下室,户外简单遮蔽等. 恶劣环境如：海上舰船,岛屿或距

离海岸,盐碱地3.7Km；冶炼，皮革厂1~3Km 受有害物质（酸，盐。 C类

C

6）环保设计----禁用物质的限量

序号

1

2 氯氟烃和碳卤化合物（一、二级臭氧耗损物） 禁用物质 石棉及石棉化合物 极限含量（PPm） 0 0

3

卤代二恶英和呋喃 0 4铅及其化合物(乙酸铅、硝酸铅、硫酸铅） 800 5

6 汞及其化合物 100 镉及其化合物 75

900 7 六价铬及其化合物

8

多溴联苯（PBB）及其衍生物如多溴联苯醚

（PBDE 多溴联苯氧化物（PBDO） 900

9

多氯联苯及其衍生物（PCTS） 5

四、三防失效案例

案例一

1、选材错误海上（舰船用）电子设备模块材料选用LY12（2A12），军检湿热240h，长白粉。（采用喷三防漆保护）。

海上使用一年后，漆层底部长白粉（误认为长霉）

应选用LF系列防锈铝合金或者LD31（6063）；不选硬铝。

2、铸铝在潮湿环境下腐蚀图片

案例二

电偶腐蚀a）钛合金天线行架与铝合金接触，在沿海工作不到一年，由于电偶腐蚀而散架，无法修复。

b）铝合金盖板与镀银件接触导致铝合金腐蚀。

c）镀银模块于铝合金底座接触，导致铝底座腐蚀。

d）镀银器件安装在铝合金面板上，湿热试验后导致铝面板腐蚀，器件外壳改为镀镍后，通过试验。

e）SMA高频连接器，用镀锌螺钉，在湿热环境6个月后，彩锌螺钉生锈，应选用不锈钢紧固件。

五、环境影响

1、温度

1）温度有利一面：高温对驱潮湿有利，并可防止凝露及露点的产生。

2）负面影响：当设备工作时会产生热量，机柜内部气压升高而气体外溢。而不工作时气温下降，则外部湿气及污染物会进入机柜内。

2、湿度1）设备和工程材料腐蚀过程中, 水是主要的介质. 当大气中RH＜20 %几乎所有腐蚀现象都停止. 因此防潮是三防中最重要的一环.

2）当RH达到60 % 时, 设备表面层会形成 2~4 个水分子厚的水膜.当有污染物溶入时, 会有化学反应产生.

3）当RH达到 80 % 时, 会有 5~20个分子厚的水膜, 各种分子都可自由活动

4）当有碳元素存在,可能产生电化学反应.

临界湿度` (Critical R·H ）-----一种物质明显吸收水份的湿度。

例如：

a）氯化钠：当在20℃ 时，CRH为 75 %

b）铁或钢：当在20℃ 时，CRH为 65 %

c）锌合金：当在20℃ 时，CRH为 70 %

水分子很小，足以能穿透某些高分子材料的网状分子间隙而进入内部或通过涂层的针孔而达到底层金属产生腐蚀。

3、潮湿和冷凝1）对电子设备而言，潮湿是以三种形式存在：雨水，冷凝和水汽。

2）水是电解质，能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生腐蚀。 3）当设备的某一处的温度低于“露点”（温度）时，该处表面：结构件或PCBA会有凝露产生。

4）影响电路板的主要是凝露和灰尘，当凝露的水分蒸发后，污染物就会以一圈的形式残留在电路板上，其中硫酸盐占的比例为25~60 %，这一圈将是吸附潮湿，腐蚀PCB及器件的源头。 5）潮湿同时是酶菌、盐雾的载体。

 潮湿+灰尘+盐雾.是PCBA最大的腐蚀剂.

4、湿热对设备的影响

1）破坏防护渡层，加速电化学腐蚀；

2）结构件锈蚀，影响外观及功能；

3）对电路板（PCBA）可产生电流泄漏、信号串扰、枝晶生长、导线断开；

4）绝缘材料受潮使绝缘电阻和耐压水平下降，造成短路、爬电、飞弧甚至于火灾。

5）射频接口对潮湿更敏感；

6）微波器件功率下降，甚至于失效；

7）EMIS衬垫/铝合金产生电化学腐蚀而EMC失效。

5、粉尘

1）粗尘：粗粉尘是直径在2.5~15微米的不规则颗粒, 一般不会引起故障, 电弧等问题. 但影响连接器的接触.

2）细尘： 细尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒, 细尘落在PCBA（单板）上有一定的附着力，须通过防静电刷才可除去。

3）细尘的腐蚀性很大，尤其是当含有腐蚀性的酸、碱、盐时，当RH大于60%时，能透过阻焊膜或敷形涂层将铜导线腐蚀断开。 粉尘+盐雾+湿热对PCBA的腐蚀最大-----C类区域常见的案例。

5.1粉尘的成份

1大气中的污染物有三种存在形态：以气体形式（H2S）；悬浮的有机或无机酸（硫酸、盐酸）；离子悬浮棵粒物。所有这三类形态都依赖于潮湿才起腐蚀作用。

2气态腐蚀物在大气存在时间很短，会产生化学反应或被地表吸收。而悬浮的颗粒吸附离子污染物沉降于电子设备的内部而造成故障。这是野外电子设备失效的共同之处。

3细尘中可溶性盐类的含量：不同地域 含量差别较大，沿海和被污染环境最高含量可达20%以上。

5.2细尘的成份分析

沿海某城市的一次细尘分析

物质

含量％

含碳有机物 ３１硫酸根离子 ２８碳元素物 ９ＮＨ４ ＮＯ３ 未知物 ８ ６ １８

6、污染物来源

１）硫酸根离子

酸雨---主要是燃煤产生SO2导致酸雨。

铅---酸蓄电池的排放气体（化工厂、电镀厂的排放物）。

2）卤素（氯离子）的来源

海洋大气环流，海风夹带的盐雾可深入大陆20~50Km，悬浮于空气被风扇带入设备内部。

土壤中含有盐碱（地）或在盐湖沙漠区域，沙尘中含有盐碱。

7、粉尘的危害及防护

1)粉尘的危害性

由于粉尘沉降在PCBA表面, 产生电化学腐蚀, 故障率增加.

粉尘+湿热+盐雾对PCBA损害最大, 沿海、沙漠（盐碱地）、淮河以南霉雨季节化工、矿区附近地区，电子设备故障最多。

2） 粉尘的防护

密封或半密封

防尘网-----必需定期更换（须有备件及操作规程）

定期清洁处理（刷除或清洗）

8、盐雾的形成

1）盐雾是海浪、潮汐及大气环流（季风）气压、日照等自然因素造成，会随风飘落至内陆，其浓度随离海岸距离而递减，通常离海岸1Km处为岸边的 1 % （但台风期会吹向更远）。

2）盐雾的危害性：

使金属结构件镀层破坏；

加速电化学腐蚀速度导致金属导线断裂、元器件失效。

9、类似的腐蚀源

1）手汗中有盐、尿素、乳酸等化学物质，对电子设备回产生与盐雾同样的腐蚀作用，因此在装配或使用过程中应戴手套，不可裸手触摸镀层。

2）焊剂中有卤素及酸性物，应进行清洗，并控制其残留浓度。

10、有害气体

1)大气中污染物存在的形式

以气体形式,如 H2S SO2 O3 CO NH3悬浮的有机酸和无机酸；

离子悬浮棵粒；

这三种形态都依赖于潮湿才能起腐蚀作用。

2)局部微环境的有害气体

橡胶、塑料、油漆、PVC导线、包装材料释放的有害气体； 有害气体：H2S SO2 乙酸、甲醛、有机气氛、挥发性有机硅类气氛等。

RTV硅橡胶固化时释放的有害气体，在密封机箱内, 禁用双组份缩合型硅橡胶；慎用RTV单组份硅橡胶。

10.1有害气体的危害性

1) 银层变色：H2S、SO2及其它含硫气氛在潮湿和紫外线作用下使镀银件产生化学反应生成Ag2S。

2）加速银离子迁移：在潮湿和有电位差的条件下，银离子会发生迁移，而H2S、SO2会加速其迁移，结果是厚膜电路引线间短路而造成灾难性后果。

3）镀层

阴极镀层：在潮湿条件下通过孔隙腐蚀底层金属；在电路板有电位差情况下会产生枝晶生长、造成短路、电弧和潜在的失火源。 阳极镀层：对镀锌等阳极镀层会破坏钝化膜从而加速腐蚀。

4）贵金属触点“中毒”

11、霉菌

1）霉菌的危害

霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降, 损坏而失效.

霉菌的代谢产物是有机酸, 影响绝缘性及抗电强度而产生电弧. 长霉表面影响外观.

2)防范

尽量选用不长霉的材料;

如必须加防霉剂需考虑其它因素.

12、昆虫、噬齿动物（鼠害）

1）啃噬电缆,破坏结构,破坏绝缘.

2）垫窝引起短路.

3）鼠尿引起腐蚀：在实际案例中, 由鼠害导致的设备失效比想象的要多.

13、太阳 辐射( 紫外线、臭氧)

1)光老化：是对户外产品中非金属材料的重要试验项目, 很多材料（如橡胶、塑料）在户外会因紫外线、臭氧作用而降解、失效。

2）实验方法：大气暴露试验：真实、简单、环境多样性、但试验周期长。

人工加速试验：快速、与大气暴露试验有较好的对应关系。

3）加速实验

材料：紫外线 ASTM G53 使用UVB310nm 4h/60℃； 4h/50℃ 共1000h。

臭 氧 ASTM D518 暴露70 h。

试样：氙 灯 GB 12527—90（附录A） 1006 h

臭 氧 GB 12527—90（附录A） 70 h

合格：不降解、无龟裂、强度变化±30 %

六、C类环境的防护

1、C类环境的特点

1）腐蚀介质：盐雾、盐碱粉尘、有害气体及酸雾、酸雨。

2）C类环境的典型地区

•东南沿海、海岛、舰船；

•沙漠（盐碱湖）、盐碱湿地及周边。

•化工厂、皮革厂、矿山、冶炼厂、火电厂周边；

•海外：东南亚、西亚、中东、印度及加勒比沿海地区

这一带区域或高温、高湿、高盐雾。昼夜温差大或环境污染严重。

处于该区域的通讯电子设备、安装结构件、紧固件、天馈系统属于C类环境“Ⅰ”型面。在该环境剖面，金属的腐蚀速度比一般地区高几倍~几十倍。

2、C类环境的选材

C类防护主要依靠材料的选择（用于Ⅰ型结构件）

可选材料

铝合金

不锈钢

碳 钢

其它金属

1）不锈钢的选用

选用奥氏体材料如：

1Cr18Ni9，

0Cr18Ni9；

0Cr17Ni12Mo2

2）奥氏体不锈钢无磁性；

要求钝化处理，通过中性盐雾试验 48小时 无腐蚀；

紧固件须定点供货；

选用 可优选 可优选（奥氏体） 慎选 慎选，须配合严格 主要用途及防护工艺 主体结构材料.a 化学氧化喷户外粉(漆)； 紧固件、主体结构、附件。钝化或喷漆 安装附件。简单的主体构件。热浸锌、喷漆。 配套件，表面应喷漆或用套管防护。

每枇次应进行盐雾试验检测。

３)非金属材料的选用

涂料：喷粉选用聚酯料；

油漆选用丙稀酸或丙稀酸/聚氨脂, 氟碳涂料。密封材料：橡胶-----硅橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。

密封胶：RTV硅橡胶。

防水胶带-----EPR。

塑料：要求耐候性好、耐紫外线及耐低温。如：PC、PET、PVC 等。 (选用PC时应注意：应力开裂的问题。)

3、C类环境的防护

1)结构形式的要求及安装后工艺处理

要避免凸出的棱角和尖锐的切边（应打磨成圆角）再进行防护处理。 安装件的折弯半径应是板厚的1倍以上，以避免应力太大而产生应力腐蚀。

避免缝隙腐蚀；采用连续焊，在焊接部位须喷二道底漆及二道面漆（尽量减少针孔率）。

2）安装后的涂漆工艺：

a）当Ⅰ型面上有导电连接部位时，应尽可能设计成永久性连接：即在装配完成后涂覆有机涂层或灌注密封胶。

b）C类环境中现场安装后，须在所有装配紧固件部位及漆层破损处进行补漆处理。

3）倒圆角：C类环境下，所有Ⅰ型面结构件的金属外部棱边应该倒成圆角，以利于获得适当厚度的涂敷层（电镀或热浸锌层、喷粉层或喷漆层的厚度）。金属的锐边上涂层是达不到设计要求的厚度。通常倒圆角半径在3.18mm左右。

4、紧固件的防护

a） 紧固件的组合：

螺钉、螺母、垫圈及弹垫的材料与镀层应和防护方法相一致。不允许采用碳钢氧化发黑的弹垫。

b） 组装处理：

湿装配：螺孔内涂H06--2底漆再装配；

c） 螺钉涂厌氧（LOCT-271 不可拆卸），（ LOCT-222 可拆卸） d） 组装后涂漆：采用B01-6 丙稀酸清漆涂于接合处使漆渗入螺纹的缝隙。

金属结构件材料 (镀层) 电镀锌 (钝化层) 铝合金化学氧化 紧固件材料 (镀层) 镀锌或锌镍合金 (钝化) 锌/铬膜（达克罗） 金、银 镍、化学镍 奥氏体不锈钢（钝化）