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环境适应性与可靠性(连载)-化学活性物质类试验

发布日期:
2021-08-05

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3.3 化学活性物质类试验;

化学活性物质一般指的是化学反应活性(即反应能力)较高的物质,常见的有溶液中的离子、.自由原子和自由基等。对产品影响较大的有盐雾、SO2H2SNO2、氨气、臭氧等。

3.3.1盐雾试验

    盐雾是指大气中由含盐雾小液滴所构成的弥散系统。海边或者盐碱地地区盐雾含量较高,其中海边主要是因为海浪的拍打产生泡沫,再由风吹过后带进空气中形成大气盐核,从而产生盐雾,风速越大盐雾含量越高。这些盐雾随着上升气流可以达到2000多米的高空,也可以随风飘到数公里以外的陆地。海洋每年向陆地输送约2.72*10^10T的盐核量,而盐碱地则是含盐的泥土被风刮起并粉碎后带入空气,随风上升到天空形成干盐尘或盐雾,据实测河北内地测得的盐核量比山东等沿海量还多,但由于天气干燥,所以不一定形成盐雾。

失效机理

    盐雾对金属材料表面的腐蚀是由于含有氯离子穿透金属的氧化层和保护层与内部金属发生化学反应引起的。

    盐雾产生的失效有三种,分为腐蚀、电效应和物理影响。腐蚀主要原因是水中的盐电离形成酸碱,容易发生电化学;而电效应主要原因是盐的沉积造成电子设备损坏、产生导电层和绝缘材料与金属的腐蚀;物理效应则因为机械部件的运动部件干涉或者卡死和电解导致表面起泡与脱落。

    涂层结构腐蚀,盐雾经过漆面老化点、工艺薄弱点,与内中金属结构产生化学反应核。这个是对产品失效的最主要影响。

    板级电路腐蚀,一般出现在孔环板边四周,由于这个地方内应力比其它位置大,内应力的位置电位相对会比较高,内应力小的位置其电位就低,构成原电池腐蚀。

    芯片内部腐蚀,盐雾起作用较少,芯片基本密封,起作用是芯片工作温度、湿度、功率、工作时间等。      

环境适应性与可靠性(连载)-化学活性物质类试验

试验标准

    盐雾试验主要参考IEC 60068-2-11GB/T2423.17,MIL-STD-810G Method 509,ASTM B117,ASTM G85,ASTM D610,ISO 4628-3,ISO 3768。其中ASTM B117是第一个盐雾试验标准,后续很多国家和行业协会都制定了各自的盐雾试验标准,现在盐雾试验已经被众多的行业广泛采用。

    盐雾试验分为中性盐雾试验(人造海水盐雾试验和氯化钠溶液盐雾试验)、酸性盐雾试验(醋酸盐雾试验和铜加速醋酸盐雾试验)和交变盐雾试验。一般使用为中性盐雾试验。

    NSS试验(中性盐雾)适用于以下表面处理:电镀锌、热镀锌、达克罗、各类工艺漆;

    ASS(醋酸盐雾)腐蚀速率为NSS3倍左右;适用于镀锌等最后加钝化膜产品、各类工艺漆;

    CASS(钢加速醋酸盐雾)腐蚀速率为NSS8倍左右;适用于:电镀铜、镍、铬的表面处理验证、各类工艺漆。

    交变盐雾:中性盐雾加恒定湿热,用于有腔体的整机产品,通过湿度环境渗透,使盐雾不但在表面产生,在内部也产生。

    盐雾试验的影响因素主要有:温度、湿度、PH值、盐雾浓度、样品放置角度和溶液杂质。

1、温度:试验温度为35,此温度是腐蚀影响最强。试验温度的升高,产品表面腐蚀速度加快。当温度升高时,产品表面液膜中的离子迁移加快,氧扩散速度也大大加速。温度升高10度,腐蚀速度将提高2~3倍。但到了35度以后腐蚀速度反而随着温度的增大变弱。这是因为溶液浓度在一定的情况下,由于氧气在溶液中的溶解度是与温度成反比了。

2、湿度:湿度的高低,决定空气中的水含量。湿度低,相对产品腐蚀速度就慢;而湿度高,则产品在腐蚀速度成倍提高。在相同温度的条件下,腐蚀速度与相对温度的增加成正比。

3、盐溶液浓度 :试验中要求5%的浓度。

4、样品放置角度:在盐雾试验中,温度/盐溶液浓度是恒定的,金属的腐蚀作用是根据盐雾的沉降。在一定的角度范围,样品角度会影响水平面上的投影面积,使盐雾沉降量更大。因此有效试验样品的放置角度与垂直方向呈15~45放置。

5、试验时间:24h\48h\96h...根据产品的工作环境和时长进行选择,室外产品一般选择30天盐雾试验。

 

3.3.2 混合腐蚀气体试验

空气中的腐蚀气体主要包括二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气等。腐蚀气体的来源主要包括:矿物燃料的燃烧,煤、石油等都含相当量的硫元素,这些矿物如果不经过硫元素的处理,燃烧时会产生大量的二氧化硫;硫化氢主要来源于石化与钢铁工业、腐败的有机物质、污水、动物的巢穴,腐败的有机物质在厌氧型的硫酸盐还原菌的作用下分解产生硫化氢气体;二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放,比如机动车尾气、锅炉废气的排放等;氯气主要来自制浆与造纸工业。

气体腐蚀试验可以通过对温湿度和气体浓度等条件的控制,模拟产品在大气环境和工作场所中可能产生的失效,评估各种有害气体对产品所造成的影响。

失效机理

二氧化硫:

1、较强的还原剂,对一般的非金属表面涂覆层与非金属材料有很强的腐蚀能力;对金属材料表面的腐蚀是由于含有氯离子穿透金属的氧化层和保护层与内部金属发生化学反应引起的。

2、形成强酸,对一般的非金属表面涂覆层与非金属材料有很强的腐蚀能力。

3、生成的亚硫酸和硫酸,直接破坏金属制品表面的氧化物薄膜,引起电化学腐蚀等多种腐蚀效应。

硫化氢:

1H2S一旦溶于水,便立即电离,使水具有酸性。

2、硫化氢的水溶液可以和金属活动性顺序中排在氢前面的金属单质反应。

3、硫化氢对铜和银都具有强烈的腐蚀作用。

二氧化氮:

1、二氧化氮有较强的氧化性。

2、对一般的橡胶腐蚀性很大,尤其是二烯类橡胶如天然胶、顺丁胶、丁苯胶等。

3、二氧化氮一旦溶于水,生成硝酸,对金属具有腐蚀性。

氯气:

1、氯气具有较强的氧化性,氯气被还原成氯化物,能够穿透金属表面的氧化保护层。氯气遇水反应生成盐酸和次氯酸。

2、金属都并非纯净物,有其他杂质,可以形成原电池.活泼金属为负极,不活泼金属为正极,而HCl溶液为电解液发生原电池腐蚀。

3、氯气可与硫化氢、二氧化硫发生协同效应。

试验标准

1990年早期,专业组织如IEC TelcordiaASTMEIAISO开始对混合气体腐蚀试验制定相关的标准与规范

在气体腐蚀试验中,通常使用铜片作为参比试片,铜片试样应与实验样品一起进行暴露腐蚀实验,以验证实验与标准规定的各种限定产生的符合性。铜片试样的增重将作为这种符合性的度量。

IEC 60068-2-60/GB-T 2423.51

一、铜片的清洁程序:

1.以不锈钢或铂为阳极,在电解电压5V~10V下,在1mol/L的氢氧化钠溶液中进行阴极除油15s~30s

2.自来水冲洗,去离子水冲洗

3.浸入10%的硫酸溶液中活化20s~30s

4.自来水冲洗,去离子水冲洗

5.酒精冲洗

6.热空气干燥(约50

二、试验程序:

当试验气体中不含氯或测量氯浓度的方法不受到试验气体中干扰时,应采用以下程序:

1.调节温度与湿度

2.导入腐蚀气体并稳定

3.使温湿度和气体浓度稳定。(最长不应超过24h

4.注入气体气体使其稳定,试验期间,温度、湿度和气体浓度应保持在规定范围内。

5.试验结束后,停止通入其他气体。

6.取出试样。

备注:氯浓度测量时,应以试验气体中的全部氯作为氯气浓度(不仅是氯气)。

当试验气体中含氯或测量氯含量的方法受到其他试验气体的干扰时,应采用以下程序:

1.调节温度与湿度

2.导入氯气并稳定

3.使温湿度和氯浓度稳定。(氯气浓度初期与试验样品具有高的初始化学反应和吸附速率,因此至少保持2h,最长不应超过24h

4.注入气体气体使其稳定,试验期间,温度、湿度和气体浓度(氯气除外)应保持在规定范围内。

5.试验结束后,除氯气外,停止通入其他气体,测量氯浓度。

6.取出试样。

三、条件参数:

试验时间优选4d7d 10d 14d 21d

环境适应性与可靠性(连载)-化学活性物质类试验

    其中,方法1可用于金包浮层的孔蚀试验。也可用于检测暴露于轻微污染环境中的表面镀金接触件(如洁净的电信中心)。

    方法2和方法4适用于中度腐蚀环境下使用的电工电子产品的检测,包括电信中心、办公环境、工业仪器设备室。

    方法3适用于腐蚀严重的环境,如工业场所。

    Telcordia GR-63-CORE

    一、铜片的清洁程序:

    清洗方法1

1.将铜片浸泡在装有2%热的碱性水溶液的烧杯中(pH 7.5-10),然后将烧杯放入超声波清洗仪中清洗510分钟。

2.从溶液中取出铜片,并在流动的自来水在冲洗515秒钟。接着立即进入下一步。

3.将铜片垂直悬挂在在由一份浓盐酸和3份去离子水混合的溶液中,并保持2分钟。

4.在铜片表面未干前,将铜片立即放置在以下一种溶液中:a)垂直悬挂在流动的去离子水中15秒,b)将铜片放置在去离子水中,并搅拌15秒。接着立即将铜片放入第二杯去离子水中。

5.在铜片表面未干前,将铜片立即垂直悬挂在装有甲醇的烧杯中,并将烧杯放置在超声波清洗仪中,保持3060秒钟。

6.取出铜片并立即在纯氮气或干净空气中吹干。

7. 10分钟后将清洗后的通过铜片放置在带瓶盖的玻璃瓶中保存。

清洗方法2

1.将铜片浸泡在正已烷溶液中2分钟,允许悬挂滴干10秒。

2.将铜片浸泡中Alphametals Lonco flux-3355-11(或相等效的溶剂)中15秒,允许10秒滴干。

3.用去离子水冲洗铜片两次,每次15秒。

4.用甲醇冲洗铜片15秒,并干燥。

5.铜片干燥过程中,将铜片放置在一玻璃瓶中,敞口放置10分钟。

6.铜片干燥后,将瓶盖盖上。

铜片在进行试验前后均要称量其重量。在称量前等待至少1小时,使铜片适应称量环境和称量仪器。每片铜片应该至少称量3次,每次称量误差范围为10 μg。如果误差范围超过了10 μg,铜片要重复称量直至得到稳定的重量。铜片称量后,将铜片放置到试验箱中,并记录称量数值和时间。在试验过程中,允许在适当的间隔时间取出铜片,在铜片反复称量过程中要保证有30分钟的平衡时间。

二、试验程序:

1.将铜片和样品放置到试验箱中。

2.通入Cl2到试验箱中。

3.调节Cl2的通入速率保证Cl2浓度符合要求,同时调节换气速率使得Cl2

浓度误差在要求的范围内。

4.记录Cl2的浓度值。

5.通入NO2, SO2, and H2S三种气体。

6.调节NO2, SO2, and H2S三种气体的通入速率保证三种气体符合要求,同时调

节换气速率使得三种气体浓度误差在规定的范围内。

7.记录NO2, SO2, and H2S三种气体的浓度值。

8.开始10天的试验