南海海洋环境下关键电器设备腐蚀环境净化技术研究

阮红梅，黄建业，陈 川，黄海军，王 俊，揭敢新

（中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663）

南海海洋环境下关键电器设备腐蚀环境净化技术研究

阮红梅，黄建业，陈 川，黄海军，王 俊，揭敢新

（中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663）

南海海洋大气环境下，电器设备腐蚀问题形势非常严峻，严重影响生产任务和财产安全，非常有必要对电器设备采取有效的防护措施。开展了电器设备服役微环境腐蚀严酷度量化表征方法研究以及南海海洋环境下电器设备腐蚀环境净化技术研究，采用适当的腐蚀环境净化技术为关键电器设备内部提供洁净的空气，从而实现对电器设备的有效保护。

南海海洋环境；电器设备；腐蚀严酷度量化表征方法；腐蚀环境净化技术

前言

南海海洋环境最大的特点就是高温、高湿、高盐雾，电器设备长期处于这种恶劣大气环境当中，如果防护措施不到位就会造成电器设备内部元器件的快速污染、腐蚀，进而使这些元器件的品质快速下降，大大缩短其使用寿命，严重威胁到电器设施的安全运行。在元器件受到污染及腐蚀的同时，也往往意味着电器绝缘性能的严重下降，进而严重威胁到人身与设施的安全。与此同时，电器设备相对精密，一旦出现故障，很难进行维修，严重时甚至需要全部翻新，其环境失效维护成本通常较高[1,2]。因此非常有必要对电器设备采取有效的防护措施。

南海海洋环境下，电器设备腐蚀失效是一个比较复杂的问题，与很多因素有关，如材料选型不当，电器设备结构设计不合理，霉菌、温度、湿度、盐雾等环境因素的影响，其中电子元器件服役微环境是影响电器设备腐蚀失效的最直接也是最关键的问题[3,5]。为了更好解决电器设备的腐蚀失效问题，必须对南海海洋环境下电器设备服役微环境的腐蚀严酷程度进行有效评估，摸清电器设备内部元器件存在的主要问题，并基于电器设备实际服役工况微环境数据采取有针对性的防护措施。为此我们开展了电器设备服役微环境腐蚀严酷度量化表征方法研究以及南海海洋环境下电器设备腐蚀环境净化技术研究，采用适用的腐蚀环境净化技术为关键电器设备内部提供洁净的空气，从而使之免受腐蚀侵害。

1 南海海洋环境下关键电器设备服役微环境腐蚀状况分析

电器设备的工作环境腐蚀性相对微弱，金属表面形成的腐蚀产物膜在100-2 000 Å，金属挂片的重量变化在0.001 g的量级，再加上附着在挂片表面的灰尘的影响，通过称重法测量腐蚀产物膜重量，误差较大。为此我们开发了高精度铜表征测试片，该测试片具有纯度高、含氧量低、组织均匀等特点，在微腐蚀环境下，能够准确表征腐蚀环境严酷度，腐蚀产物膜厚度理论测试精度可以达到1 Å，能够对微量腐蚀环境进行分析，可以用于表征电器设备实际服役微腐蚀环境。

为了摸清南海海洋环境下某关键电器设备实际服役微环境，我们将铜测试片置于电器设备内部进行为期1个月的监测，1个月后铜表征测试片表面形成一层明显的腐蚀产物膜，如图1（a）所示。在扫描电子显微镜下观察腐蚀产物膜，可以看到腐蚀产物膜比较平整，表面有一些小颗粒，如图1（b）所示。采用EDS分析腐蚀产物膜中的元素组成及其含量，详细见表1。腐蚀产物膜中的主要组成元素是Cu和O，原子百分比分别是70.83 %、26.58 %；由于空气中的盐雾沉积到铜表征测试片上，所以腐蚀产物膜中还含有0.99 %的Cl元素。

通过电解还原法分析铜表征测试片表面的腐蚀产物膜，测得电位(E)-时间(t)曲线如图2所示。由此判断腐蚀产物膜的主要成分为CuO，通过计算得到腐蚀产物膜厚约2 447 Å。铜表征测试片的腐蚀速率为2 447 Å /月，根据ISA 71.04-2013，可以判定南海海洋环境下某关键电器内部环境的腐蚀性等级属于GX级，即微环境十分严酷，电器设备面临腐蚀风险性极大，迫切需要采取有效的防护措施对其进行保护。

2 南海海洋环境下关键电器设备腐蚀环境净化技术研究

图1 铜表征测试片在电器设备内部环境监测1个月后的形貌

表1 铜表征测试片表面腐蚀产物膜中的元素及其含量

图2 铜表征测试片腐蚀产物膜电解还原曲线

目前有关电器设备的腐蚀环境净化技术主要从材料、工艺、结构等方面着手，如选择耐蚀性优异的元器件材料；采用特殊工艺如表面涂覆、喷三防漆等提高电路板的耐蚀性；改善电器设备结构如增加电器设备 IP防护等级等[6]。这些腐蚀环境净化技术均能一定程度上提高电器设备的耐蚀性，使得电器设备内部电子元器件免遭腐蚀侵害。但是这些技术不仅成本高，防护效果有限，而且还受一些产品特点的限制，如接插件这类金属元器件由于考虑电性能的影响，只能采用某类导电性高的材料且不能采用过多的表面处理防护技术，因此必须采取更为有效的防护措施对电器设备进行整体防护，才能从根本上解决电器设备的腐蚀失效问题。

腐蚀环境净化技术作为电器设备防护的新型防护技术之一可使以上难题迎刃而解，这种净化技术主要通过盐雾净化过滤器对设备内部环境进行有效控制，直接改善电器设备内部的服役微环境，使相应的电器设备、零部件及元器件处于相对理想的微环境条件下，进而实现对其进行有效防护的目的[7]。下面将从实验室净化效果测试和现场应用两方面介绍腐蚀环境净化技术。

2.1 试验室盐雾净化过滤器净化效果测试

盐雾净化过滤器采用具有渐进结构的超疏水性过滤材料，提高过滤效率和容尘量的同时，不会导致压差的快速上升。设备初始压差在100~120 Pa 之间，可过滤尺寸处于2~10 μ m 之间海盐粒子，净化后电器设备内部腐蚀等级可以达到G1 等级。为了测试盐雾净化过滤器对高浓度盐雾的过滤效果，我们开展了以下几项测试：

首先，持续向盐雾净化过滤器加JIS 15号测试灰，直到压降达到初始压降的两倍时为止。如图3(a)所示，测试灰被过滤器拦截，出风面上没有测试灰，说明盐雾净化过滤器能够很好的过滤空气中的粉尘。

然后用加湿器模拟高浓度盐雾，可以看到，盐雾在进风面形成液滴，而且液滴没有透过出风面，如图3(b)所示。

再将过滤器烘干（40 ℃），此时，进风面上的液滴变成固体颗粒，出风面上没有任何固体颗粒，如图3(c)所示。

最后将过滤器放在40 ℃、95 %RH的恒温恒湿室内，部分盐粒吸潮变为液滴。此时，过滤器仍保持良好的疏水性，出风面上没有任何水滴渗透，如图3(d)所示。

这些试验结果表明，盐雾净化过滤器能有效地过滤掉空气中的高浓度盐雾。

图3 盐雾净化过滤器净化效果测试

2.2 盐雾净化处理系统在南海海洋环境下电器设备的应用

为了进一步测试盐雾净化过滤器的净化效果，我们将其应用到南海海洋环境下某电器设备，该设备前期已通过铜测试片表征其内部腐蚀性等级为GX级。根据电器设备结构等综合特征为其定制盐雾净化处理系统，采取内部循环风的方式对内部进行盐雾净化处理。通过合理设计风管，以把净化风均匀地配送到各个位置，从而对电器设备内部的腐蚀环境进行有效的控制，实现对电器设备内部进行较好的保护。

为了对盐雾净化处理系统净化效果进行有效的评估，我们采用铜表征测试片对净化后的电器设备内部环境进行为期一个月的监测，一个月后铜表征测试片表面如图4(a)所示，铜表征测试片表面光亮，肉眼观察不到明显的腐蚀产物膜。在扫描电子显微镜下观察铜表征测试片表面，可以观察到少量腐蚀斑点，如图4(b)所示。采用EDS分析腐蚀产物膜中的元素组成及其含量，详细见表2。腐蚀产物膜中的主要组成元素是Cu和O，原子百分比分别是82.27 %、15.06 %，没有发现Cl元素。

通过电解还原法分析铜表征测试片表面的腐蚀产物膜，测得电位(E)-时间(t)曲线如图5所示。由此判断腐蚀产物膜的主要成分为Cu2O和CuO，通过计算得到Cu2O的厚度为49 Å，CuO的厚度为103 Å，腐蚀产物膜总厚度为152 Å，所以铜表征测试片的腐蚀速率为152 Å/月。根据ISA 71.04-2013，南海海洋环境下某电器设备内部环境在采用盐雾净化处理系统后的腐蚀性等级由净化前的GX级提升至G1级，即电器设备内部环境良好，不会对设备造成影响。由此可见，采用盐雾净化处理系统后，能有效过滤掉空气中的盐雾，电器设备内部环境得到了明显的改善，腐蚀性明显降低。

3 结论

1）南海海洋大气环境下，电器设备面临的腐蚀问题形势非常严峻，直接导致电器设备故障率显著增加，甚至可能造成数据采集差错、控制动作失当，造成意外事故，元素 重量 原子百分比 百分比C K 0.58 2.67 O K 4.38 15.06 Cu L 95.04 82.27总量 100.00

图4 盐雾净化处理系统后，铜表征测试片对电器设备内部环境监测1个月后的形貌

图5 盐雾净化处理系统后，铜表征测试片腐蚀产物膜电解还原曲线

严重影响生产任务和财产安全。非常有必要对南海海洋大气环境下电器设备服役微环境进行有效的评估，并基于电器设备实际工况环境数据提出有针对的腐蚀防护措施。

2）高精度铜表征测试片具有纯度高、含氧量低、组织均匀等特点，腐蚀产物膜厚度理论测试精度可以达到1 Å，能够对微量腐蚀环境进行分析，可以用于表征电器设备实际服役微腐蚀环境。

3）南海海洋环境气候下，关键电器设备在含有盐雾的空气中易发生腐蚀，盐雾净化处理系统作为一种新型防护技术，可以通过对设备内部的微环境进行有效的控制，直接改善电器设备内部的服役微环境，进而对电器设备进行有效的防护。

[1] 梁彩凤, 侯文泰.大气腐蚀与环境 [J].装备环境工程, 2004, 1(2):49-52.

[2]杨万均,肖敏,张燕,等.舰面电子设备机柜防护失效分析与对策研究[J].装备环境工程, 2012,9 (6): 83-87.

[3]卓惠荣.电器产品的防霉、防锈技术 [J].电工电气,1995(2):7-10.

[4]陆锦铭.电气防腐[J].中国井矿盐, 1980(2):34-35.

[5]吴学明.户内外防腐蚀电工产品防护技术综述 [J].环境技术, 1992(1) : 40-44.

[6]阮红梅, 吴坤培, 王俊,陈川, 黄海军,骆汉英,揭敢新.气相防锈技术在电器设备防腐中的应用[J].装备环境工程, 2015, 12(4): 32-37.

[7]薛旭, 陈捷俊.海洋性大气环境当中户外电器设备的防护新思路科技资讯, 2013(16) :106-109.

Research on Corrosion environment Purifi cation Technology on the Electrical Equipment in the South Marine Environment

RUAN Hong-mei, HUANG Jian-ye, CHEN Chuan, HUANG Hai-jun, WANG Jun, JIE Gan-xin
(State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, Guangzhou 510663)

Electrical equipment corrosion problem is very serious in the south marine environment.It seriously affects the production task and property safety.It is important to take effective protective measures on electric equipment.In this paper, It researches that the severe corrosion degree of quantitative characterization methods of electrical equipment service environment and corrosion protection technology of electrical equipment in the south marine environment.To achieve effective protection of electrical equipment, the proper corrosion environment purification technology is used to provide clean air for key electrical equipment.

south marine environment ; electrical equipment; severe corrosion degree of quantitative characterization method; corrosion environment control technology

TG174.2

A

1004-7204（2016）05-0110-05

阮红梅（1986－），女，湖北随州，硕士，助理工程师，从事工业产品的环境适应性技术研究。

广东省中国电器院风电装备腐蚀控制关键技术院士工作站（2013B090400023）项目资助