近日，海军航空大学王希彬团队以《航空电子电气缓蚀剂技术要求分析与对比试验研究》为题在《环境技术》2024年第7期上发表最新研究内容，第一作者为王希彬。

 

针对沿海等环境飞机电子电气设备腐蚀故障高发频发问题，总结分析了电子电气缓蚀剂国内外研究现状，提出了飞机电子电气缓蚀剂技术要求及脱水性、对绝缘导线影响、对电学性能影响等关键指标的检验方法，在此基础上开展四种常用电子电气型缓蚀剂理化性能、环境适应性及防腐性能、材料兼容性和相关电性能指标的对比试验。试验结果表明四种电子电气缓蚀剂的性能优劣，为优选出合适的电子电气型缓蚀剂产品提供了理论和试验依据。

 

引言

 

沿海飞机长期处于高温、高湿、高盐雾的服役环境中，加剧了电子电气设备及部附件的腐蚀，最终在电路上表现为性能不稳定、产生误动作、跳保险、设备不工作、甚至烧蚀起火，严重影响了飞机的使用性能、飞行安全性和可靠性，增加了维修保障工作量和难度,设备故障率显著提升。有数据表明海南地区机载电子设备的故障率是内陆的2～3倍，同一机型的同一种导航设备，在海南的故障率是沧州的3倍。

根据美国空军后勤中心(ALC)对20多种飞机的调查报告表明:腐蚀导致的飞行事故占总数的20%左右。腐蚀问题不仅严重危害飞机的飞行安全，还涉及经济性问题。2002年美国政府的统计显示，每年航空装备因腐蚀损失10亿美元。

 

在飞机上使用缓蚀剂是一种成本低、操作方便的减缓或抑制飞机腐蚀的方法。早在上世纪七十年代美国空军就十分强调缓蚀剂的研究和应用。对于机载电子电气设备而言，电子电气缓蚀剂成为其腐蚀防护与控制的重要手段，通过控制水分在机载电子电气设备内部聚集，从而抑制形成电解质溶液达到腐蚀控制的目的。目前，发达国家普遍使用水置换型缓蚀剂作为海洋环境中服役飞机重点腐蚀控制部位的附加防护材料，通过渗入设备内部或缝隙，将其表面水分置换出来并形成一层保护膜，从而抑制腐蚀的发生。美军MIL-PRF-81309H标准中涵盖了四种类型超薄膜水置换缓蚀剂的要求，对软膜缓蚀剂进行了规范，其中包含了航空电子电气缓蚀剂，即III型缓蚀剂。

 

国内飞机电子电气设备缓蚀剂的研究成果较少，孟凡巍等提出了飞机缓蚀剂技术要求体系,包含了缓蚀剂的一些电性能影响指标要求，为缓蚀剂标准的编制提供了理论支撑，但未包含电子电气设备专用缓蚀剂。邢新侠等按照MIL-PRF-81309F标准试验方法分析了电子电气缓蚀剂在不同使用温度、热老化时间和插拔次数下对印制电路板电性能的影响。张丹峰等分析了缓蚀剂对飞机电连接器腐蚀行为的影响，验证DJB 823缓蚀剂对飞机电连接器的防护性能。文献[10]按照MIL-PRF-81309F中测试规定,通过测量不同试验温度下试样接触电阻的变化率，评定低温环境下电子电气缓蚀剂对试样电性能的影响。

 

总之，国内机载电子电气设备缓蚀剂目前还没有统一的标准规范，其性能要求及检验方法通常参考MIL-PRF-81309H标准，但由于国内机载电子电气设备材料、工艺及缓蚀剂产品性能与美国不同，此外，我国热带海洋环境腐蚀条件与美国、俄罗斯、日本等国亦存在显著差异，使得我国飞机电子电气设备缓蚀剂的性能技术指标要求也应不同。

 

航空电子电气缓蚀剂技术要求分析

 

美军标准MIL-PRF-81309H中对电子电气缓蚀剂进行了规范。在借鉴MIL-PRF-81309H基础上，结合我国605所TFHS-20电子电气缓蚀剂规范、621所DZ-1电子设备缓蚀剂规范、GJB1300-1991 DJB-823固体薄膜保护剂等标准规范的内容及我国航空电子电气设备使用现状，借鉴文献[7]中的部分结果，通过分析研究形成航空电气电子缓蚀剂技术要求，包括理化性能（外观、闪点）、工艺性能及成膜性能（可喷涂性、油膜厚度、脱水性、磨蚀性等）、防护性能（耐中性盐雾、耐酸性盐雾等）及对金属、非金属的影响（金属腐蚀性等）。此外，电气电子设备缓蚀剂还有其独特电气性能要求，如耐电压、对电气电子元件电学性能的影响等。表1归纳了航空电气电子设备缓蚀剂的技术要求。

表1 航空电气电子设备缓蚀剂技术要求

 

电子电气缓蚀剂技术要求检验方法

 

文献[7]明确了飞机缓蚀剂的技术要求及检验方法，其中就包含了一些电气电子缓蚀剂性能指标的检验方法。但是，考虑飞机电子电气设备专用缓蚀剂的特点，其通常为水置换型缓蚀剂，脱水性成为重点关注的关键指标之一；因为电子电气设备往往通过电连接器及线缆与其他设备进行信息传输，在喷涂电子电气缓蚀剂时可能接触到绝缘导线，因此需考虑缓蚀剂对绝缘导线的影响；另外，电子电气缓蚀剂对电子电气元件电性能的影响也是应重点考虑的性能指标。这些指标的检验方法与文献[7]不同，有其独特的特点。

 

1、脱水性

 

文献[7]和美军标MIL-DTL-85054D、MIL-PRF-81309H中均通过人造海水置换性试验来表征缓蚀剂的脱水性，但文献[7]中采用的GJB 5025附录B中合成海水溶液配置较为复杂，试验程序较为繁琐，因此采用以下简单的脱水性试验来检验电子电气缓蚀剂。

1.试样准备 

试验材料选用45钢，试样尺寸50mm×100mm×（1～3）mm，试样上端中间部位可有安装孔，准备3片试样。试样用砂纸打磨，无水乙醇或丙酮清洗，热风吹干，置于干燥器中待用。

 

2.试验程序 

试验程序如下：

a)取50mL的电子设备缓蚀剂于磨口锥形瓶中，再加入5mL去离子水，盖上盖子，上下倒置约十次，使其混合均匀，倒入培养皿中备用；

b)将3片钢试样充分浸入去离子水中后，垂直提起并用定性滤纸吸取底部余水，将试样水平浸入培养皿中，从试样提起到浸入的时间不应超过5s；

c)试样在培养皿中静置15s后提起，在室温下悬挂15min；

d)在23±3℃下将试样水平放置于底部盛有去离子水的干燥器中1h，然后取出用汽油或丙酮清洗，热风吹干后检查。

 

2、对绝缘导线的影响

 

考虑到电子电气缓蚀剂用于电连接器等电子元器件时，有可能喷涂到连接器周边的绝缘导线上，因此应开展电子电气缓蚀剂对绝缘导线的影响。文献[7]仅对AF250 氟塑料导线进行相容性试验，美军标MIL-PRF-81309H中仅对聚酰亚胺线缆绝缘导线进行相容性试验，考虑到军用飞机上常用的绝缘导线材料为聚酰亚胺、聚烯烃和聚四氟乙烯等，因此采用电子电气缓蚀剂作为试验溶液，试验材料采用聚酰亚胺、聚烯烃和聚四氟乙烯的导线，按照GJB 8622-2015中4.5.10的方法测试。

 

3、对电子电气元件电性能的影响

 

对电子电气元件电性能的影响是电子电气缓蚀剂产品检验的核心，美军标MIL-PRF-81309H采用了一对电连接器MS3116-16-26S和MS3112-16-26-P进行接触电阻测量试验，文献[7]采用了MIL-PRF-81309H中的检验方法，但未给出连接器的型号，这将会导致对电子元器件接触电阻变化量小于5mΩ的指标不能对所有连接器都满足（3.3试验结果）。用于电子元器件的DJB823保护剂接触电阻技术指标为涂与不涂接触电阻变化不大于10％，经实际试验（见3.3试验结果）其指标可在5%以内。

此外，印制电路板也是常用的电子电气元件，也应考虑电子电气缓蚀剂对其电学性能的影响。

 

1.对电连接器的影响

将J599系列连接器20MWB995A和20MWB99PA型号插头座连接好，测量每对插针和插孔之间的接触电阻值；将插头插座拆开，每隔2h涂覆缓蚀剂1次，共喷3次，在室温下放置24h；再将连接器连好，测量插针和插孔之间的接触电阻值，得到涂覆前后接触电阻的变化量，变化量不超过5%即认为无显著影响。

 

2.对电路板的影响

1）试验件

包含1 套模拟印制电路板及 2 个边缘连接器组成，电路板和连接器均为铜镀镍镀金，模拟电路板大约7.62cm长×3.05cm宽、约1.4mm厚的板材进行双面电镀铜，并采用金相摩擦进行精饰以获取一条（0.17±0.01）μm标准粗糙度的均衡中心线。边缘连接器上有 50 个触点，连接后接触应力在 100～250 g 之间。一个或更多的边缘连接器应焊接至电路板上以便于测量（图1为一示例板）。每个连接器装配件使用之前应测试初始接触电阻，缓蚀剂选取不少于10个触点进行接触电阻测试。

图1 具有双面连接器和一个模拟PC板插槽的双边PC板

2）缓蚀剂涂覆

缓蚀剂仅在模拟印刷电路板表面涂覆，缓蚀剂采用自喷罐进行喷涂，模拟印刷电路板双边应采用板长度为15cm~20cm单程喷涂，并且3s~4s内应涂覆7.5cm长度板。在插入至边缘连接器之前涂覆板应反转（接触边朝上）并沿着非接触边缘保持垂直状态10min。

 

3）接触电阻测试

测试时应采用安装的边缘连接器将印刷电路板双面连接至一套数据扫描系统，测试在ASTM B539规定条件即开路电位为50mV、直流电10mA下的每个接触点接触电阻。

 

航空电子电气缓蚀剂的对比试验

 

通过开展DJB 823、WD-1、TFHS-20、DZ-1四种航空电子电气型缓蚀剂理化性能、环境适应性及防腐性能、材料兼容性和相关电性能指标的对比测试，提出能够满足飞机在特定环境下使用性能的要求，优选出合适的电子电气型缓蚀剂产品。

 

1.缓蚀剂

 

从国内外选取了四种电子电气类的缓蚀剂作为本次试验的测试品，见表2和图2所示。产品均为自喷罐型，样品在试验前应充分地摇匀，从喷雾罐中得到缓蚀剂在烧杯里在室温下静置30min以上，以使推进剂完全消散。

 

图2 四种待测缓蚀剂实物图

表2 待测试的缓蚀剂

 

2.试验项目

 

•耐酸性盐雾

•绝缘击穿电压

•功能渗透性

•中性盐雾

•氢脆（1840kg/150h）

•与绝缘导线的兼容性

•对丙烯酸树脂或聚碳酸酯的影响

•对聚氨酯涂料的影响

•对电连接器影响

•对电路板影响

 

3.试验结果

 

通过性能测试，四种电子电气缓蚀剂的技术要求符合性结果见表3所示。

表3 四种电子电气缓蚀剂的技术要求符合性

从表3结果可以看出：

1）对于绝缘击穿电压、功能渗透性、氢脆试验、耐中性盐雾、与绝缘导线的兼容性、对丙烯酸树脂或聚碳酸酯的影响、对聚氨酯涂料的影响七项试验，四种电子电气缓蚀剂都能够有效的满足技术指标的要求；

 

2）对于耐酸性盐雾测试，四种电子电气缓蚀剂都不能满足技术要求，试验样件都出现严重的腐蚀程度，表明电子电气缓蚀剂耐酸性盐雾能力均很差，同时也说明本文提出的酸性盐雾的指标太过苛刻，应适当降低指标；

 

3）对于电连接器影响测试，WD-40缓蚀剂有50%的数据满足要求，TFHS-20缓蚀剂有90%的数据满足要求，DJB-823缓蚀剂100%全部满足要求，DZ-1缓蚀剂有80%的数据满足要求。结果说明只有DJB-823缓蚀剂完全满足要求，TFHS-20缓蚀剂对电连接器的影响较小，WD-40缓蚀剂和DZ-1缓蚀剂对电连接器的影响较大；对于电路板影响测试，WD-40缓蚀剂只有20%的数据满足要求，TFHS-20缓蚀剂有80%的数据满足要求，DJB-823缓蚀剂有80%的数据满足要求，DZ-1缓蚀剂有60%的数据满足要求。结果说明DJB-823缓蚀剂和TFHS-20缓蚀剂对电路板触点的影响较小，WD-40缓蚀剂和DZ-1缓蚀剂对电路板触点的影响较大。说明接触电阻变化不超过5mΩ的要求过高，可适当调整为变化量不超过5%，将电子电气缓蚀剂对电子电气元件电学性能影响的指标设定为5%以内。

 

结论

 

本文针对我国航空电子电气设备在沿海等环境下腐蚀故障高发频发现状，阐明电子电气缓蚀剂是一种经济有效的腐蚀防控手段，进而总结了电子电气缓蚀剂国内外研究现状，提出了航空电子电气缓蚀剂技术要求及关键性能的检验方法，对常用的四种电子电气缓蚀剂进行了对比试验，并分析其性能优劣。本文的研究为航空电子电气缓蚀剂在腐蚀防护与修理中的应用提供了理论和试验基础，对提升飞机电子电气设备腐蚀防控效能具有较大的工程应用价值。

 

注：文献[7]：孟繁巍,金晓桥,王凯. 军用飞机缓蚀剂技术要求及检验方法研究[J].航空标准化与质量, 2021,(8):8-13.

 

引用本文：

 

王希彬,郁大照,王琳,邱实,姜国杰.航空电子电气缓蚀剂技术要求分析与对比试验研究[J].环境技术,2024,42(07):200-206.

 

 

 

来源：环境技术核心期刊

关键词： 缓蚀剂 航空电子电气