船用電氣電子產(chǎn)品鹽霧試驗(yàn)方法研究

摘"要：本文討論了船舶上電氣電子產(chǎn)品在海洋環(huán)境中的耐腐蝕性測(cè)試，特別是中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的GD0192024《電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南》中規(guī)定的鹽霧試驗(yàn)，指出海水中高鹽分和潮濕氣候?qū)Υ秒姎怆娮赢a(chǎn)品造成的腐蝕問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)了鹽霧試驗(yàn)在評(píng)估產(chǎn)品耐腐蝕性方面的重要性。本文詳細(xì)分析了兩種鹽霧試驗(yàn)方法：Ka和Kb，討論了試驗(yàn)方法的細(xì)節(jié)，如鹽溶液配置、試驗(yàn)箱溫度設(shè)定、氣源要求、樣品擺放方式等，并指出了可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏差的變量。最后，強(qiáng)調(diào)了嚴(yán)格控制試驗(yàn)過(guò)程的重要性，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：鹽霧試驗(yàn)；船用電氣電子產(chǎn)品；鹽溶液配置；pH值；飽和桶溫度

Abstract：This"paper"discusses"the"corrosion"resistance"testing"of"electrical"and"electronic"products"on"ships"in"the"marine"environment，with"a"focus"on"the"salt"spray"test"specified"in"the"GD0192024"\"Guidelines"for"Type"Approval"Tests"of"Electrical"and"Electronic"Products\""issued"by"the"China"Classification"Society.It"points"out"the"corrosion"issues"caused"by"the"high"salt"content"in"seawater"and"humid"climate"on"marine"electrical"and"electronic"products，emphasizing"the"importance"of"salt"spray"tests"in"evaluating"product"corrosion"resistance.The"paper"provides"a"detailed"analysis"of"two"salt"spray"test"methods：Ka"and"Kb，discussing"the"specifics"of"the"testing"procedures"such"as"salt"solution"preparation，test"chamber"temperature"settings，air"source"requirements，and"sample"placement，as"well"as"identifying"variables"that"may"lead"to"deviations"in"test"results.Finally，the"paper"emphasizes"the"importance"of"strictly"controlling"the"testing"process"to"ensure"the"accuracy"and"reliability"of"the"test"results.

Keywords：Salt"Spray"Test;Marine"Electrical"and"Electronic"Products;Salt"Solution"Preparation;pH"Value;Saturation"Drum"Temperature

船舶上的電氣電子產(chǎn)品與陸地上的同類產(chǎn)品有著顯著不同，因?yàn)樗鼈儽仨氝m應(yīng)海洋環(huán)境的挑戰(zhàn)。海水中高鹽分和潮濕的氣候會(huì)產(chǎn)生大量氯離子，這些氯離子對(duì)導(dǎo)航設(shè)備、通信設(shè)備和雷達(dá)等船用電氣電子產(chǎn)品會(huì)造成腐蝕，從而影響產(chǎn)品的性能，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品失效。因此，通過(guò)鹽霧試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)這些產(chǎn)品的耐腐蝕性是至關(guān)重要的。中國(guó)船級(jí)社最近發(fā)布了GD0192024《電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南》（簡(jiǎn)稱“新指南”）［1］。在進(jìn)行中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證時(shí)，船舶企業(yè)需要遵循新指南中的規(guī)定進(jìn)行型式試驗(yàn)。盡管新指南詳細(xì)規(guī)定了鹽霧試驗(yàn)的主要參數(shù)，但試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)細(xì)節(jié)和變量的忽視可能會(huì)影響對(duì)產(chǎn)品抗腐蝕能力的準(zhǔn)確評(píng)估。

一、不同類型電子產(chǎn)品試驗(yàn)方法的選擇

在新指南1.3型式認(rèn)可試驗(yàn)條款中規(guī)定E類產(chǎn)品即安裝于“開敞甲板上”的產(chǎn)品需要進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，該指南區(qū)分了兩種鹽霧試驗(yàn)方法：鹽霧試驗(yàn)Ka和鹽霧試驗(yàn)Kb。鹽霧試驗(yàn)Ka是一種持續(xù)的鹽霧試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，噴霧設(shè)備始終以固定的壓力噴灑鹽溶液，確保試驗(yàn)條件持續(xù)不變；而鹽霧試驗(yàn)Kb則是一種結(jié)合了鹽霧環(huán)境和濕熱環(huán)境的交變?cè)囼?yàn)，對(duì)比鹽霧試驗(yàn)Ka，鹽霧試驗(yàn)Kb除了鹽霧條件，還引入了濕熱條件，并根據(jù)要求的嚴(yán)酷程度進(jìn)行周期變化。不同產(chǎn)品適用條款見表1。

二、試驗(yàn)方法的細(xì)節(jié)分析

鹽霧試驗(yàn)根據(jù)使用試劑與方法不同主要有中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）、乙酸鹽霧試驗(yàn)（AASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS），其中中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）的定義是在受控環(huán)境條件下，將約5%的中性氯化鈉溶液進(jìn)行霧化的一種試驗(yàn)方法。本文討論的鹽霧試驗(yàn)Ka與鹽霧試驗(yàn)Kb皆屬于中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）。新指南鹽霧試驗(yàn)Ka與鹽霧試驗(yàn)Kb分別引用了國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)［2］與文獻(xiàn)［3］。與這兩份IEC標(biāo)準(zhǔn)相比，新指南中的試驗(yàn)條款較為簡(jiǎn)潔，特別是鹽霧Kb試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為28天，有些船企在將新產(chǎn)品送至船級(jí)社前會(huì)自行進(jìn)行初步測(cè)試，但往往發(fā)現(xiàn)自行測(cè)試的結(jié)果與船級(jí)社委托的專業(yè)第三方實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果不一致，需要整改與重新送檢，這不僅浪費(fèi)時(shí)間也增加成本。這種情況通常是由于未能妥善控制鹽霧試驗(yàn)中的變量所致。接下來(lái)，本文將結(jié)合IEC標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對(duì)新指南中這兩種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)條件進(jìn)行詳細(xì)分析，以探討可能引起結(jié)果偏差的變量。

在進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)，需要遵循新指南中對(duì)樣品預(yù)處理的要求。盡管新指南中鹽霧試驗(yàn)Ka方法提到了清潔樣品的必要性，卻未提供具體的清潔步驟。正確的清潔方法應(yīng)基于樣品的材質(zhì)、表面狀況和污染物類型來(lái)選擇，避免使用任何可能損害樣品表面的磨料或溶劑。清潔后，必須采取措施防止樣品再次受到污染，且應(yīng)避免用手直接接觸樣品。若樣品是從覆蓋層工件上切割下來(lái)的，切割時(shí)需特別注意不損壞附近的覆蓋層，并使用如涂料、石蠟或膠帶等適當(dāng)材料對(duì)切割區(qū)進(jìn)行保護(hù)，防止腐蝕從切割傷口處向內(nèi)蔓延，導(dǎo)致結(jié)果失真。對(duì)于鹽霧試驗(yàn)Kb，盡管新指南未明確預(yù)處理步驟，但仍需清除可能影響測(cè)試結(jié)果的污漬，并決定是否去除臨時(shí)保護(hù)層，如貼膜或膠帶。

在鹽霧試驗(yàn)中，鹽溶液配置至關(guān)重要，新指南中簡(jiǎn)要規(guī)定了試驗(yàn)溶液為“質(zhì)量百分比濃度為5%±1%的氯化鈉（化學(xué)純以上）溶液，鹽溶液的pH值在溫度為25℃±2℃時(shí)為6.5～7.2”，然而值得注意的是，IEC"60068211與IEC"60068252中對(duì)于制作鹽溶液的水與pH值調(diào)整有更詳細(xì)規(guī)定，需要滿足在溫度為25℃±2K時(shí)電導(dǎo)率不高于20μs/cm的蒸餾水或去離子水才能用于制作鹽溶液試劑。電導(dǎo)率主要表示的是水的導(dǎo)電能力，通常用來(lái)表示水的純凈度［4］，電導(dǎo)率的高低與水的純凈度成反比，為制備符合電導(dǎo)率要求的試驗(yàn)用水，在實(shí)驗(yàn)室中最常見的是配備超純水機(jī)（見圖1），但長(zhǎng)期使用超純水機(jī)需要注意更換濾芯和純水柱。配置的鹽溶液濃度為50g/L±5g/L，噴霧后收集的溶液濃度也應(yīng)為50g/L±5g/L，驗(yàn)證鹽溶液的濃度可使用鹽度計(jì)。由于在噴霧過(guò)程中，鹽溶液的二氧化碳損失可能導(dǎo)致pH值的變化，因此測(cè)量pH值的鹽溶液應(yīng)是試驗(yàn)箱噴霧后沉降收集的溶液，IEC標(biāo)準(zhǔn)中指定采用電勢(shì)測(cè)定法檢查pH值，常用設(shè)備為pH計(jì)，根據(jù)測(cè)得的pH值的高低添加分析純鹽酸、氫氧化鈉或碳酸氫鈉溶液進(jìn)行調(diào)整。需要注意的是，鹽酸與氫氧化鈉都具有毒性，應(yīng)由專業(yè)人員或在他們的指導(dǎo)下操作，并且平時(shí)存儲(chǔ)也需要按照實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)物品管理辦法進(jìn)行。

在進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)，箱內(nèi)溫度需要設(shè)定為35℃。為了降低噴霧過(guò)程中二氧化碳損失對(duì)pH值的影響，應(yīng)當(dāng)將溶液加熱至35℃以上，或者使用剛煮沸后冷卻的水來(lái)制備溶液，大多數(shù)鹽霧試驗(yàn)箱都配備有飽和桶用于加熱溶液，加熱后的溶液再通過(guò)噴霧裝置噴灑入箱體內(nèi)，飽和桶的溫度通常是可調(diào)節(jié)的，飽和桶溫度的設(shè)置需要根據(jù)霧化壓力來(lái)確定，在標(biāo)準(zhǔn)IEC"60068211：2021中給出了飽和桶中熱水溫度推薦值，見表2。

鹽霧試驗(yàn)設(shè)備的氣源應(yīng)提供無(wú)污染的壓縮空氣，不能含有油水和灰塵等雜質(zhì)，常見方案是氣源如空氣壓縮機(jī)加上油水分離器、冷凍干燥機(jī)等干燥氣體的設(shè)備，安排人員定期給氣缸排水，氣源到試驗(yàn)箱的通氣管道也不宜過(guò)長(zhǎng)，一是容易導(dǎo)致壓力不足，二是為了輸送高壓氣體，一般采用金屬氣管，太長(zhǎng)的管道線路容易導(dǎo)致氣體遇冷凝結(jié)水汽，如果因?yàn)閳?chǎng)地原因需要鋪設(shè)長(zhǎng)管道，事先要選擇合適功率的氣源，鹽霧箱這端也需要加裝油水分離器等設(shè)備。氣源提供的噴氣壓力應(yīng)能滿足箱體內(nèi)鹽霧沉降量的要求，鹽霧試驗(yàn)箱一般配備2個(gè)或以上的收集漏斗，收集裝置直徑為100mm±2mm，收集面積為80cm2，鹽霧試驗(yàn)箱運(yùn)行24小時(shí)后查看收集溶液的沉降量，單個(gè)漏斗收集的溶液平均每小時(shí)應(yīng)在1mL到2mL之間。通過(guò)調(diào)試進(jìn)氣壓力滿足沉降量要求后，再根據(jù)表2選擇飽和桶加熱溫度值（見圖2）。

試驗(yàn)時(shí)樣品的擺放方式也不容忽視，對(duì)于鹽霧試驗(yàn)Ka，根據(jù)表1可知只有安裝于開敞甲板上的電機(jī)或變壓器產(chǎn)品需要進(jìn)行該項(xiàng)目試驗(yàn)，由于該類產(chǎn)品通常體積和質(zhì)量較大，新指南的1.3條款允許使用金屬部件進(jìn)行試驗(yàn)。在進(jìn)行金屬零部件的鹽霧試驗(yàn)時(shí)，樣品需使受試面與垂直方向成30°，確保樣品之間不相互接觸，避免噴霧裝置直接噴灑鹽霧到樣品上，這是為了鹽溶液不積蓄在金屬部件表面。而鹽霧試驗(yàn)Kb要求使用整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，并且要按照使用狀態(tài)放入鹽霧箱內(nèi)，以相同的狀態(tài)進(jìn)行鹽霧與濕熱存儲(chǔ)，在每個(gè)貯存周期的第7天，應(yīng)進(jìn)行整機(jī)的功能試驗(yàn)。

根據(jù)新指南鹽霧試驗(yàn)Kb要求進(jìn)行4個(gè)噴霧周期。每個(gè)周期連續(xù)噴霧時(shí)間為2小時(shí)，隨后是6天22小時(shí)的濕熱貯存期。在噴霧階段，除了樣機(jī)擺放方式要按正常的使用狀態(tài)擺放外，其他設(shè)置條件與鹽霧試驗(yàn)Ka一致。噴霧階段結(jié)束后，需要轉(zhuǎn)換到濕熱貯存階段，這可以通過(guò)使用具備濕熱功能的單臺(tái)鹽霧箱來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者手動(dòng)將樣品從鹽霧箱轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)濕熱試驗(yàn)箱。但需要注意的是，在手動(dòng)轉(zhuǎn)移的情況下，轉(zhuǎn)移時(shí)間不能超過(guò)2小時(shí)，且該時(shí)間包含在濕熱條件的6天22小時(shí)之內(nèi)。濕熱試驗(yàn)箱的試驗(yàn)用水也應(yīng)在溫度為25℃±2K時(shí)電導(dǎo)率不高于20μs/cm的蒸餾水或去離子水。

試驗(yàn)結(jié)束后，鹽霧試驗(yàn)Ka與鹽霧試驗(yàn)Kb對(duì)樣品的處理方式存在不同之處。對(duì)于鹽霧試驗(yàn)Ka有以下步驟：首先，需要用流動(dòng)的水輕輕去除樣品表面的鹽類沉積物。其次，在蒸餾水（可以用超純水機(jī)制造的純凈水代替）中漂洗，注意水溫不應(yīng)超過(guò)35℃。再次，將樣品放置在正常的大氣環(huán)境中，讓其恢復(fù)1～2小時(shí)（鹽霧試驗(yàn)Kb結(jié)束后則應(yīng)將實(shí)驗(yàn)設(shè)備放置在正常大氣條件下，讓其恢復(fù)4～6小時(shí)，條件允許的話，可以將其放入大氣箱中）。從次，立即進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)量和性能試驗(yàn)。最后，在暴露完成后，應(yīng)檢查樣品，以確認(rèn)其任何惡化或侵蝕（如果有的話）僅限于表面。

三、鹽霧試驗(yàn)需要的設(shè)備及物料要求

通過(guò)閱讀上文可知，在鹽霧試驗(yàn)中，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性不僅依賴于鹽霧試驗(yàn)箱本身，還涉及一系列輔助設(shè)備的配合使用。制造試驗(yàn)用水需要超純水機(jī)來(lái)確保水質(zhì)達(dá)到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，配置鹽溶液濃度需要電子稱和鹽度計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)濃度，調(diào)整鹽溶液pH值需要pH計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)整沉降量需要合適功率的氣源，擺放樣品時(shí)需要傾角儀確定樣品擺放的角度。若進(jìn)行交變?cè)囼?yàn)，鹽霧箱需要具備濕熱試驗(yàn)功能，或者配備符合要求的濕熱箱。在化學(xué)試劑方面，需要使用化學(xué)純以上的氯化鈉、分析純鹽酸、氫氧化鈉或碳酸氫鈉溶液，這些試劑的質(zhì)量直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為了保障試驗(yàn)設(shè)備的精度和可靠性，建議每年由有資質(zhì)的計(jì)量單位或公司對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)量校對(duì)。這樣可以確保設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間使用后仍然保持準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

四、結(jié)論

鹽霧試驗(yàn)作為一種常用的腐蝕測(cè)試方法，通過(guò)模擬海洋環(huán)境中的鹽霧條件，對(duì)電氣電子產(chǎn)品材料的抗腐蝕性能進(jìn)行評(píng)估。這種試驗(yàn)方法能夠提供一種相對(duì)快速和簡(jiǎn)便的方式來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品在海洋環(huán)境中的耐久性。雖然它不能完全模擬實(shí)際使用條件下的所有腐蝕因素，但它仍然是一種有效的篩選工具，可以幫助制造商識(shí)別潛在的腐蝕問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施來(lái)改善產(chǎn)品的抗腐蝕性能。

然而，為了確保鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。這包括確保試驗(yàn)設(shè)備的正常運(yùn)行，選擇合適的鹽霧濃度和溫度，以及正確處理和準(zhǔn)備測(cè)試樣品。只有在這些條件下，才能準(zhǔn)確了解產(chǎn)品的實(shí)際性能，并據(jù)此進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］GD0192024《電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南》［Z］.2024.

［2］IEC"60068211"Environmental"testingPart"211：Test"methodsTestKa：Salt"mist［Z］.2021.

［3］IEC"60068252"Environmental"testing""Part"2：TestsTest"Kbsalt"mist，cyclic（sodium"chloride"solution）［Z］.2017.

［4］趙杰，張靜.pH計(jì)和電導(dǎo)率儀的水分析解決方案分析［J］.電子世界，2016（1）：119121.

基金項(xiàng)目：由福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院科技計(jì)劃項(xiàng)目（KY202331A）資助

作者簡(jiǎn)介：葉俊杰（1992—"），男，漢族，福建漳州人，本科，中級(jí)職稱，研究方向：環(huán)境可靠性。