浅析仪器仪表机箱三防设计技术

王美静

摘要：仪器仪表的使用环境复杂多样。我国南方和沿海地区使用的仪器仪表，既要保证长期无故障工作，又要经得起湿热、盐雾等恶劣环境的考验，因此进行三防设计是不可缺少的技术措施。所谓三防设计，是指防潮、防霉、防盐雾的设计。据相关统计，超过50%的机器故障是由三防设计不当或三防技术不成熟造成的。但在南海的环境条件下，电子设备80%的故障与整个设备所处的环境因素有关。

关键词：三防设计;机箱;海洋环境

一、合理的选择机箱材料

仪器仪表的“三防”能力，主要取决于机箱结构材料本身的性质。因此，正确、合理地选用机箱材料，是开展“三防”设计的基础。对于直接暴露在海洋环境中的仪器仪表，应该选用耐蚀性较好的材料，例如耐蚀钢、不锈钢、防锈铝等材料。在日常机械结构设计中，许多设计人员经常选用硬铝材料，但研究表明，铝和铝合金材料的耐蚀性能依次为：纯铝>防锈铝>锻铝>压铸铝>硬铝，由此可见，常用的硬铝材料的耐蚀性最差，特别是耐海洋大气腐蚀的性能更差。因此，在设计时应尽量选用LF系列防锈铝或者6063铝合金。如因特殊原因不得不采用耐蚀性较差的材料时，应对材料采用阳极氧化结合涂覆的措施，进行加强防护的设计。即便是对于采用不锈钢和防锈铝的情况，也应当尽可能增加有机涂层，减少金属或镀层的裸露。对于应用于海洋环境、需严格控制成本的一般类型的仪器仪表，通常采用价格低廉、制造方便的低碳钢和普通低合金钢，并辅之涂料和阴极保护措施。对强度要求高时，可采用低合金高强度钢。对于可能会遭受海水或雨水飞溅的部位，可采用特种涂料或金属喷涂层进行保护。对于环境腐蚀条件比较苛刻、普通钢铁材料难以满足防腐蚀要求、材料用量又不是很大的情况，可选用高耐蚀性材料，如不锈钢06Cr17Ni12Mo2（316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）、022Cr17Ni12Mo2N（316LN），但使用不锈材料时一般还应进行钝化处理。

选用材料时，机箱设计人员还应熟悉材料的腐蚀机理和相溶性，防止材料间相互作用引起腐蚀和老化。材料选择的基本原则是：对于直接暴露在自然环境中或受自然环境直接作用的两种不同金属，其接触电位差不应大于0.25V;对于不直接暴露在自然环境中的两种不同金属，其接触电位差不应大于0.5V，如果所选用材料不能满足电位差要求，还需要对接触面采取保护措施。

二、防腐蚀结构设计

为防止仪器腐蚀，在产品设计阶段就应当进行合理的防腐蚀结构设计。防腐蚀结构设计通常采用密封结构、优化设计、表面涂覆等手段。

1.密封结构的设计。实践证明，在仪器仪表的机箱、机柜的结构设计中，优先采用密封方式是防止潮湿、盐雾、霉菌长期影响的最有效方法。密封，就是将电子设备的部件、零件、元器件或一些复杂的装置，甚至整机安装在不透气的密封盒内，使之和外界隔绝。在机箱机构设计中，凡是允许和能够实现密封的地方，采用密封技术是一种使仪器仪表适应恶劣环境的理想方法。密封结构可以分为不可拆卸密封和可拆卸密封。对于需要经常修理、维护的设备，较多的采用可

拆卸密封结构设计。这种密封设计一般是在机箱接缝处设计有凹槽，在机箱装配时采用导电弹性衬垫填在接缝的凹槽内，并用螺钉紧固，使其变形量为20%～30%，从而填满接合处的漏缝，可同时达到水汽密封和连续导电的目的，这种方法对密闭小型设备尤其适合。在开展设计时应注意导电弹性衬垫的选材，既要满足仪器仪表温度使用环境的要求，又要满足GJB150枟军用装备实验室环境试验方法枠标准中规定的霉菌试验的要求。对于采用不可拆卸方式的密封，应在螺纹连接、铆接和焊接等结合面的缝隙处，以及断续焊、点焊等的焊缝周边涂敷HM-108或XM-2811密封胶进行密封，使水和潮气无法进入机箱内。

2.优化结构设计。在仪器仪表机箱的结构设计中，通过优化结构设计也可有效提高防腐蚀能力。在机箱设计时，应注意以下几点：（1）由于机箱零部件的棱角或边沿部分在涂覆时，其涂层一般相对较薄，容易出现针孔等缺陷，使潮气、盐雾易于渗入，从而引起腐蚀。因此对机箱零部件的棱角或边沿，应尽量设计成圆角。另外，还可以采用提高机床加工精度和零件表面光洁度，减少机箱表面的凹凸不平等方法，来提高零部件的抗腐蚀性。（2）在机箱结构设计时，应避免形成积水结构，如焊接结构应采用连续焊缝设计，尽可能消除缝隙和凹坑结构，防止积水、灰尘和盐雾。（3）优选钣金结构或整体成型的结构形式，避免采用点焊、铆接、螺纹紧固等结构形式，以避免缝隙的形成。（4）在可能积水和留存湿气的空间应开设排水孔和排气孔。有发热元件的密闭设备，必须要考虑安装防水透气阀来完成设备的防水透气设计，避免采用气密式设计。

三、表面镀涂处理工艺

表面镀涂处理就是通过镀覆或涂装的方法在设备及其零件表面覆盖一层涂层，使之与周围介质隔离开来，从而达到防护的目的。為了保证零件的防护能力，通常多采用镀层和涂层双重保护。对于采用钢、铜、铝等不同材料的结构件，应选用不同的处理工艺。

1.对于钢制件，防止海洋环境腐蚀最常用的方法就是表面采用涂防护漆涂层保护。在加工过程中，可按照以下原则选择防护漆：a）底漆，可选择环氧富锌防锈漆，厚度（60～80）μm;b）中间漆，可选择环氧云铁中层漆，厚度（120～140）μm;c）面漆，可选择芳香族聚氨酯面漆，厚度（80～100）μm。

2.铜制结构件通常采用表面氧化处理，形成的氧化膜硬度和耐蚀性均高于金属本身。对于铜导电制件，表面镀覆应首选镀银，其次为镍和铬。如果经济条件允许的情况下，应保证银镀层达到（8～12）μm，再对其喷涂1%（0.01g/ml）DJB-823固体薄膜保护剂，这样就可以通过恶劣环境下的三防试验。

3.对于铝制结构件，当表面处理时对有导电需求的应选用化学导电氧化的方法，即在铝表面形成一层极薄且致密可导电的氧化膜，从而大大提高铝及其合金的耐蚀性和耐磨性;无导电需求的，可选用阳极氧化处理，即在铝表面生成一层较厚不导电的氧化膜，并可着多种色彩。

4.对于连接件、紧固件等，应采用热渗锌或达克罗等工艺处理的方式。采用达克罗工艺比热渗锌工艺的防护效果要好，但存在表面硬度差的缺点。紧固件所配套使用的弹性垫圈也可以采用热渗锌处理。如果需要考虑经济性，降低成本，可考虑对尺寸M5以内（含）的螺栓、螺钉件采用不锈钢材料，M5以上的连接件采用渗锌处理的方式。

5.对电气接插件类零件，可在两金属接触面涂覆具有良好三防性能、电性能及润滑性能的DJB-823固体薄膜保护剂，这样既可保证导电的需要，又能防止潮气或盐雾的入侵。

6.在进行任何涂覆之前，所有表面部位都应预先清除污垢、焊剂、可见锈迹、油脂、砂粒、氧化皮和氧化物以及其它污物，以防止它们影响表面处理层、底镀层或终端层的附着力。

总之，仪器仪表机箱的三防设计，是确保仪器仪表三防性能和系统功能的重要基础，也是工程研制过程中的一个难点。在多种不同仪器仪表设备的结构设计中，利用所述三防设计技术及方法，提高了所设计产品的环境适应性和可靠性，成功通过了各种三防试验，产品的三防性能满足了用户使用要求。

参考文献：

[1]李宁.浅谈电子设备的三防设计.2019.

[2]范广宴.关于仪器仪表机箱三防设计技术.2020.