Тема 5.3 Способы защиты металлических деталей. Герметизация. Примеры конструкций электронных средств.

 

Выбор способа защиты металлических деталей и узлов с учетом требований по электропроводности корпуса изделий.

 В качестве конструкционных материалов для деталей и узлов радиоэлектронной аппаратуры широко применяют металлы. Номенклатура металлов необычно велика: это различные марки углеродистых сталей, алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, медные сплавы (латуни и бронза) и многие другие материалы.

В процессе эксплуатации поверхности металлических деталей радиоэлектронной аппаратуры под влиянием влаги и атмосферных загрязнений могут разрушаться; это разрушение называют атмосферной коррозией. Атмосферная коррозия происходит под тонкой пленкой влаги на поверхности изделия в присутствии кислорода, воздуха. Из-за малого количества воды концентрация ионов в растворе оказывается значительной. Смывания продуктов коррозии не происходит, они остаются в месте разрушения, сцепляются с поверхностью, поэтому химическая стойкость металлических изделий определяется защитными свойствами продуктов коррозии.

На алюминиевых, титановых и магниевых сплавах, на бронзе (особенно бериллиевой) быстро возникает окисная пленка, которая существенно замедляет химическую (атмосферную) коррозию, т. е. эти металлы (сплавы) обладают хорошей коррозийной стойкостью. Но коррозию алюминия вызывают фенол (входящий состав фенольных пластмасс) и фунгициды на основе ртутных соединений (применяются в тропикоустойчивой радиоэлектронной аппаратуре против плесени).

Латунь не требует защиты только при средней влажности воздуха, коррозирует в контакте с термореактивными пластмассами и ртутными соединениями (фунгицидами).

Детали из малоуглеродистой стали легко подвергаются атмосферной коррозии. При этом скорость коррозии существенно зависит от температуры: при повышенной температуре (20 – 60 °С) коррозия возрастает в пять раз, поэтому детали из малоуглеродистой стали можно применять только после нанесения на них защитного покрытия. Исключение составляют нержавеющие стали.

Второй причиной быстрого разрушения поверхностей металлических деталей может быть контактная коррозия, которая возникает при воздействии влаги на место соединения двух разнородных металлов. Влага с содержащимися в ней газами и солями различных веществ образует электролит. Разнородные металлы при взаимодействии с электролитом по-разному отдают ему свои электроны.

Таким образом, в результате взаимодействия двух разнородных металлов и электролита образуется гальванический элемент и по детали текут токи, величина которых зависит от разности электронных потенциалов двух металлов. При этом металл, имеющий более отрицательный потенциал, ведет себя как анод в гальванической ванне и разрушается.

Если на поверхность детали нанести покрытие из металла, имеющего более отрицательный потенциал, чем у основного металла детали, то при воздействии влаги в первую очередь будет разрушаться металл покрытия, а основной металл детали разрушаться не будет. Такое покрытие называется анодным и оно хорошо защищает материал детали от коррозии.

Покрытие, материал которого имеет более положительный потенциал, чем у основного металла детали, называют катодным. Такое покрытие защищает металл от коррозии только механически. При образовании в слое покрытия даже незначительного разрушения (например, царапины) и проникновения в него влаги начинается контактная коррозия, при которой разрушению подвергается металл, имеющий более отрицательный электронный потенциал, т.е. металл детали. При катодном покрытии разрушение детали может идти даже интенсивнее, чем при отсутствии покрытия.

Наиболее широко применяемые металлы имеют электродные потенциалы от минус 1,55 В (магний) до плюс 1,5 В (золото), и чем дальше в электрохимическом ряду напряжений разнесены друг от друга металлы, т.е. чем больше между ними разность потенциалов, тем больше вероятность контактной коррозии.

Металлы с близкими электрохимическими потенциалами могут применяться в контакте друг с другом.

Алюминий-магний является нежелательной парой. При контактных соединениях коррозируют магниевые сплавы. Магниевые сплавы в сильной степени подвержены контактной коррозии со всеми металлами, поэтому зону соединения надо тщательно защищать от влаги несколькими слоями грунта, шпаклевки и краски.

Алюминий-сталь могут использоваться в контакте благодаря небольшой разности потенциалов.

Пара алюминий-медь недопустима. Даже в слабоагрессивной среде контакт алюминиевых сплавов с медными вызывает сильную коррозию алюминия. Анодирование алюминия не исключает коррозии. Контактирование алюминиевых сплавов с латунями и бронзами также должно быть исключено.

Пары титановые сплавы-алюминиевые допустимы при всех случаях, за исключением погружения в морскую воду, где титан усиливает коррозию алюминия.

Очень важно правильно подобрать материалы для клепаных соединений. Нельзя допускать, чтобы заклепки имели более отрицательный потенциал по сравнению с материалом соединяемых деталей, и чтобы разность потенциалов была чрезмерно большой. Например, соединения деталей из магниевых сплавов целесообразно производить заклепками из алюминиево-магниевого сплава АМ-5 типа дюральалюминия, содержащих медь и вызывающих сильную коррозию алюминиевых сплавов.

Таким образом, для защиты деталей от разрушения их поверхности покрывают материалами более стойкими к воздействию разрушающих факторов.

По назначению все покрытия можно разделить на защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначены для защиты от коррозии, старения, высыхания, гниения и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия наряду с обеспечением защиты деталей придают им красивый внешний вид.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают их от влияния особых сред.

Все покрытия по способу получения разделяют на металлические и неметаллические.

Металлические покрытия – покрытия, нанесенные горячим способом (гальванические, диффузионные), и металлические на диэлектриках. Неметаллические покрытия – покрытия лаками, эмалями, грунтовками, а также противокорозийное покрытие пластмассами.

Выбор того или иного вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального значения и условий эксплуатации.

 

Основные свойства некоторых металлических и химических покрытий

Цинковые покрытия с дополнительным хромированием применяют преимущественно для деталей из стали. Покрытия без хромирования используют в тех случаях, когда детали подвергаются пайке, или если поверхность должна быть электропроводной. Покрытие хорошо выдерживают изгибы, развальцовку и плохо выдерживает запрессовку.

Кадмирование применяют для защиты стали, меди и ее сплавов. Для защиты алюминия и его сплавов кадмиевое покрытие наносят на подслой никеля. Для улучшения защитных свойств применяют дополнительное хромирование. Кадмиевое покрытие имеет прочное сцепление с основным металлом, обладает высокой пластичностью, хорошо выдерживает развальцовку, штамповку и протяжку, хорошо паяется, обеспечивает хорошую защиту деталей, работающих в морских условиях.

Никелирование применяют как защитное и декоративное покрытие для деталей из стали, меди, алюминия и его сплавов, а также для повышения поверхностной твердости (износостойкости) деталей. Защитное покрытие на медные и алюминиевые детали наносят, как правило, на подслой никеля, на остальные детали – на подслой из меди и никеля. Износостойкие покрытия наносят без подслоя.

Покрытия сплавом олово–свинец используют для защиты от коррозии стальных, медных и алюминиевых деталей, подвергающихся пайке. Данный сплав наносят на сталь и медь непосредственно, а на алюминий и его сплавы – на подслой никеля. Покрытие этого сплава мягкое, хорошо выдерживает гибку, вытяжку.

Серебрение применяют главным образом для повышения электропроводности и улучшения пайки меди и ее сплавов. На стальные детали серебро наносится на подслой меди, для алюминиевых – на подслой никеля и меди. Покрытие обладает высокой коррозийной стойкостью на чистом воздухе и в морских условиях. Поверхности, покрытые серебром, обладают высокой отражательной способностью.

Золочение применяют для снижения переходного сопротивления контактирующих деталей, а также сохранения постоянных электрических параметров токопроводящих частей изделия. Покрытие характеризуется высокой химической стойкостью (не окисляется в агрессивных средах) и высокой электропроводимостью.

Покрытие палладием применяется для серебряных, медных и никелиевых контактных деталей с целью повышения их износоустойчивости. Палладий хорошо защищает серебро от окислений в условиях воздействия сернистых соединений.

 

Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные покрытия представляют собой пленкообразующие органические вещества, наносимые в один или несколько слоев на защищаемую поверхность. Лакокрасочные покрытия химически более инертны, чем покрытия из металла, а поэтому обладают лучшими антикоррозийными свойствами, но меньшей механической прочностью по сравнению с металлическими. Основой лакокрасочного покрытия является органическое пленкообразное вещество и пигмент (красящее вещество), а все применяемые лаки и краски в некоторой степени проницаемы для воды и кислорода. Серьезные препятствия диффузии создаются лишь в некоторых покрытиях, имеющих хорошую адгезию и наносимых в несколько слоев. Для тяжелых условий, как правило, следует применять лакокрасочные покрытия горячей сушки, образующие твердую поверхность.

Лакокрасочные покрытия наносят на грунтованную поверхность. В радиопромышленном комплексе используют лаковые грунты типа АЛГ-1 и др. Для стальных деталей применяют фосфатирующие грунты типа ФЛ-ОЗ-К и др. Толщина грунта должна быть не менее 0,04 мм. Для выравнивания загрунтованной поверхности производят шпаклевание пастообразной массой, состоящей из пигментов, наполнителей и лаков. Максимальная толщина шпаклевки не должна превышать 0,4 мм. На шпаклеванную поверхность наносят лакокрасочные покрытия, толщина которых находится в пределах 0,1÷0,2 мм.

 

Герметизация

Наиболее эффективным методом защиты радиоэлектронной аппаратуры от внешней среды является герметизация отдельных элементов, узлов, устройств.

В большинстве случаев герметизация предназначается для защиты изделия от газов и влаги, хотя она может использоваться для защиты и от других внешних воздействий (например, от пыли).

По назначению герметизация может быть подразделена на следующие группы:

- пылезащитная,

- водозащитная,

- влагозащитная,

- вакуум-плотная.

Пылезащитная герметизация предназначается для защиты узлов, блоков и аппаратов от проникновения в них пыли. Проникающая способность мелкодисперсной пыли достаточно большая, поэтому швы защищаемой конструкции должны быть очень плотными.

Водозащитная герметизация для обычных условий эксплуатации выполняется без больших затруднений. Если объект рассчитывается для работы при повышенном давлении, водонепроницаемые конструкции одновременно обладают и достаточно хорошей пылезащитной функцией.

Влагозащитная герметизация рассчитывается на такую плотность швов, при которой они не должны пропускать влажного воздуха.

Вакуум-плотная герметизация предполагает не только хорошую защиту от влажного воздуха, но и от агрессивных газов. Такая защита является наиболее сложной и дорогой, поэтому она целесообразна только в тех случаях, когда другие способы не могут обеспечить требуемых качеств.

 

Лекция 4

Раздел 6. Расчет удароизоляции, размерные цепи, защита от радиации