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电子设备防腐蚀设计

作译者：胡长明

出版时间：2021-11 千字数：558 版次：01-01 页数：316

开本：16开装帧： I S B N ：9787121422379

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纸质书定价：￥98.0

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第1章  绪论	（1）
1.1  电子设备腐蚀特点	（1）
1.1.1  电子设备结构特点	（1）
1.1.2  电子设备腐蚀失效模式	（3）
1.2  电子设备防腐蚀现状及需求	（5）
1.2.1  电子设备防腐蚀现状	（5）
1.2.2  电子设备防腐蚀需求	（7）
第2章  腐蚀影响因素	（8）
2.1  腐蚀的定义	（8）
2.2  常见腐蚀形态	（9）
2.2.1  金属的常见腐蚀形态	（9）
2.2.2  非金属的常见腐蚀形态	（10）
2.3  环境因素对材料腐蚀的影响	（12）
2.3.1  自然环境因素	（12）
2.3.2  工作环境因素	（15）
2.4  材料因素对腐蚀的影响	（17）
2.4.1  金属材料	（17）
2.4.2  高分子非金属材料	（21）
第3章  腐蚀的类型	（22）
3.1  腐蚀的分类	（22）
3.1.1  按环境分类	（22）
3.1.2  按机理分类	（23）
3.1.3  按形态分类	（23）
3.2  大气腐蚀	（24）
3.2.1  大气腐蚀机理	（25）
3.2.2  大气腐蚀影响因素	（25）
3.2.3  大气腐蚀控制	（26）
3.3  金属电化学腐蚀	（27）
3.3.1  电化学腐蚀机理	（27）
3.3.2  电化学腐蚀的影响因素	（29）
3.3.3  电化学腐蚀控制	（31）
3.4  高分子材料老化	（32）
3.4.1  高分子材料老化特征	（32）
3.4.2  高分子材料老化的影响因素	（33）
3.4.3  高分子材料老化控制	（34）
3.5  微生物腐蚀	（35）
3.5.1  微生物腐蚀机理	（36）
3.5.2  微生物腐蚀影响因素	（36）
3.5.3  微生物腐蚀控制	（37）
第4章  电子设备常用金属材料	（39）
4.1  金属材料选用原则	（39）
4.1.1  选择依据	（39）
4.1.2  选用原则	（40）
4.2  黑色金属材料	（42）
4.2.1  碳钢	（42）
4.2.2  低合金钢	（43）
4.2.3  铸铁	（45）
4.2.4  不锈钢	（47）
4.2.5  耐热钢	（50）
4.3  常用有色金属材料	（52）
4.3.1  铝及铝合金	（52）
4.3.2  铜及铜合金	（54）
4.3.3  钛及钛合金	（56）
4.3.4  镁及镁合金	（57）
4.3.5  锌及锌合金	（58）
4.4  电子封装材料	（58）
4.4.1  金属封装材料	（59）
4.4.2  金属基复合封装材料	（59）
第5章  电子设备常用非金属材料	（62）
5.1  非金属材料选用原则	（62）
5.2  塑料	（63）
5.2.1  概述	（63）
5.2.2  常用塑料的性能	（64）
5.2.3  常用塑料的选用	（65）
5.3  橡胶	（67）
5.3.1  概述	（67）
5.3.2  常用橡胶的性能	（68）
5.3.3  常用橡胶的选用	（69）
5.4  密封胶	（71）
5.4.1  常用密封胶的分类及性能	（71）
5.4.2  密封胶的选用	（72）
5.5  热缩套管	（73）
5.5.1  概述	（73）
5.5.2  热缩套管性能	（74）
5.5.3  热缩套管的选用	（75）
5.6  包装	（76）
5.6.1  包装方法及分类	（76）
5.6.2  包装材料	（77）
第6章  金属镀覆与化学处理	（81）
6.1  电镀层	（81）
6.1.1  锌及锌合金镀层	（81）
6.1.2  镉镀层	（84）
6.1.3  铜镀层	（87）
6.1.4  镍镀层	（89）
6.1.5  铬镀层	（91）
6.1.6  锡及锡合金镀层	（93）
6.1.7  银镀层	（95）
6.1.8  钯及钯镍合金镀层	（97）
6.1.9  铑镀层	（99）
6.1.10  金及金合金镀层	（100）
6.2  化学镀层	（103）
6.2.1  化学镀镍层	（103）
6.2.2  化学镀铜层	（105）
6.3  化学转化膜	（106）
6.3.1  钢铁化学氧化膜	（106）
6.3.2  铜及铜合金化学氧化膜	（108）
6.3.3  铜及铜合金钝化膜	（109）
6.3.4  铝及铝合金化学氧化膜	（111）
6.3.5  镁合金化学氧化膜	（112）
6.3.6  不锈钢钝化膜	（114）
6.4  电化学转化膜	（115）
6.4.1  铝及铝合金硫酸阳极氧化膜	（115）
6.4.2  铝及铝合金磷酸阳极氧化膜	（117）
6.4.3  铝及铝合金硬质阳极氧化膜	（118）
6.4.4  钛及钛合金阳极氧化膜	（119）
6.4.5  微弧氧化膜	（120）
6.5  其他镀覆层	（122）
6.5.1  热浸锌层	（122）
6.5.2  热喷锌/铝层	（123）
6.5.3  锌铬涂层（达克罗）	（125）
6.5.4  可控离子渗层（PIP渗层）	（127）
6.5.5  二硫化钼溅射膜	（128）

第7章  涂层及涂装	（130）
7.1  涂料概述	（130）
7.1.1  涂料组成	（130）
7.1.2  涂料分类	（134）
7.2  常用涂料及其性能	（135）
7.2.1  装饰防护性涂料	（135）
7.2.2  功能性涂料	（136）
7.3  涂层系统	（139）
7.3.1  涂层系统组成及功能	（139）
7.3.2  设计选用	（141）
7.3.3  结构设计工艺性要求	（142）
7.4  涂装工艺	（143）
7.4.1  涂覆标记基本组成	（143）
7.4.2  涂装工艺流程	（144）
7.4.3  涂装前处理工艺	（144）
7.4.4  常用涂料涂装方法	（146）
7.5  涂层质量控制	（152）
7.5.1  生产过程质量控制	（152）
7.5.2  涂层质量要求	（153）
第8章  敷形涂覆及密封处理	（158）
8.1  印制板组件敷形涂覆	（158）
8.1.1  印制板组件敷形涂层及其性能	（158）
8.1.2  印制板组件涂覆选用准则	（160）
8.1.3  印制板组件敷形涂覆工艺	（161）
8.1.4  印制板组件敷形涂覆质量控制	（163）
8.2  密封处理	（166）
8.2.1  密封处理种类及特点	（166）
8.2.2  密封处理工艺	（166）
8.2.3  密封处理质量控制	（170）
第9章  防腐蚀结构设计	（172）
9.1  系统防腐蚀设计	（172）
9.1.1  环境控制设计	（172）
9.1.2  密封设计	（175）
9.1.3  遮蔽设计	（184）
9.2  组合结构防腐蚀设计	（184）
9.2.1  异种金属接触界面的设计	（184）
9.2.2  连接结构设计	（187）
9.2.3  减少积水的组合结构设计	（192）
9.3  零件防腐蚀设计	（192）
9.3.1  边缘（棱）的设计	（193）
9.3.2  死角的设计	（193）
9.3.3  孔洞的设计	（193）
9.3.4  内腔结构的设计	（194）
9.3.5  避免应力腐蚀的设计	（195）
9.3.6  避免腐蚀疲劳的设计	（196）
第10章  典型对象和构件防腐蚀设计	（198）
10.1  典型对象防腐蚀设计	（198）
10.1.1  天线系统防腐蚀设计	（198）
10.1.2  伺服传动系统防腐蚀设计	（201）
10.1.3  冷却系统防腐蚀设计	（208）
10.1.4  方舱电站及UPS电源防腐蚀设计	（213）
10.1.5  其他典型对象的防腐蚀设计	（214）
10.2  典型构件防腐蚀设计	（216）
10.2.1  紧固件	（216）
10.2.2  电缆及装配	（217）
10.2.3  接插件	（218）
10.2.4  弹性件	（218）
10.2.5  安装面	（218）
10.3  典型电路防腐蚀设计	（222）
10.3.1  印制板组件	（223）
10.3.2  电接点和电连接件	（223）
10.3.3  波导及微波电路组件	（225）
10.3.4  电源及高压组件	（228）
第11章  腐蚀试验	（229）
11.1  概述	（229）
11.1.1  腐蚀试验的目的与任务	（229）
11.1.2  腐蚀试验的类型	（230）
11.1.3  腐蚀试验的选择	（231）
11.1.4  腐蚀试验的通用要求	（231）
11.2  重量法	（232）
11.2.1  原理与分类	（232）
11.2.2  失重法	（232）
11.2.3  增重法	（232）
11.2.4  腐蚀速度的计算	（233）
11.3  线性极化法	（233）
11.3.1  原理与分类	（233）
11.3.2  恒电流法	（233）
11.3.3  腐蚀速度的计算	（234）
11.4  三氯化铁孔蚀（点蚀）试验	（234）
11.4.1  原理	（234）
11.4.2  试验步骤	（234）
11.4.3  试验结果评价	（235）
11.5  盐雾试验	（235）
11.5.1  试验目的与范围	（235）
11.5.2  试验方法	（235）
11.5.3  试验程序	（236）
11.5.4  试验结果评价	（236）
11.6  湿热试验	（236）
11.6.1  试验目的与范围	（236）
11.6.2  恒定湿热试验	（236）
11.6.3  交变湿热试验	（237）
11.6.4  试验结果评价	（238）
11.7  工业气氛试验	（238）
11.7.1  试验目的与范围	（238）
11.7.2  二氧化硫试验	（238）
11.7.3  硫化氢试验	（239）
11.7.4  试验结果评价	（239）
11.8  酸性大气试验	（239）
11.8.1  试验目的与范围	（239）
11.8.2  试验程序	（240）
11.8.3  试验结果评价	（240）
11.9  霉菌试验	（240）
11.9.1  试验目的与范围	（240）
11.9.2  霉菌菌种选择	（240）
11.9.3  试验程序	（241）
11.9.4  试验结果评价	（241）
11.10  大气暴露试验	（242）
11.10.1  试验目的与范围	（242）
11.10.2  试验场点选择	（242）
11.10.3  试验试样	（243）
11.10.4  试样暴露方式	（243）
11.10.5  试验时间和期限	（244）
11.10.6  试验结果评价	（244）
第12章  防腐蚀仿真进展与探索	（245）
12.1  概述	（245）
12.1.1  腐蚀仿真的意义	（245）
12.1.2  腐蚀仿真的发展	（246）
12.1.3  腐蚀仿真的原理	（247）
12.2  腐蚀仿真数据库建设	（255）
12.2.1  概述	（255）
12.2.2  环境数据库建设	（256）
12.2.3  材料数据库建设	（262）
12.3  腐蚀仿真案例	（269）
12.3.1  建模过程	（269）
12.3.2  腐蚀仿真实例	（270）
第13章  电子设备防腐蚀展望	（279）
13.1  电子设备防腐蚀的重要性和长期性	（279）
13.2  电子设备防腐蚀挑战	（280）
13.3  电子设备防腐蚀展望	（281）
13.3.1  深化机理及影响因素研究	（281）
13.3.2  深化寿命评估与预测研究	（282）
13.3.3  深化耐蚀材料开发研究	（283）
13.3.4  深化防腐蚀新技术研究	（284）
13.3.5  加强防腐蚀设计多专业联动	（285）
13.3.6  加强全寿命周期防腐蚀综合管理	（286）
参考文献	（287）

序一
电子机械工程的主要任务，是进行面向电性能的高精度、高性能电子设备机械结构的分析、设计与制造技术的研究。
高精度、高性能机电装备主要包括两大类，一类是以机械性能为主，将电性能服务于机械性能的机械装备，如大型数控机床、加工中心等加工装备，兵器、化工、船舶、农业、能源、挖掘与掘进等行业重大装备，主要是运用电子信息技术来改造、武装、提升传统装备的机械性能；另一类则是以电性能为主，将机械性能服务于电性能的电子设备，如雷达、通信、计算机、导航、天线、射电望远镜等，其机械结构主要用于保障特定电磁性能的实现，被广泛应用于陆、海、空、天等各个关键领域，发挥着不可替代的作用。
这两大类装备从广义上讲，都属于机电结合的复杂装备，是机电一体化技术重点应用的典型代表。机电一体化（Mechatronics）概念最早出现于20世纪70年代，其英文是由Mechanical与Electronics两个词掐头去尾组合而成的，体现了机械与电磁（气）技术不断融合的内涵演进和发展趋势。
伴随着机电一体化技术的发展，相继出现了诸如机电液一体化、流-固-气一体化、生物-电磁一体化等概念，虽然说法不同，但实质上基本还是机电一体化，目的都是研究不同物理系统或物理场之间的相互关系，从而提高系统或设备的整体性能。
高性能复杂机电装备的机电一体化设计从出现至今，经历了机电分离、机电综合、机电耦合三个不同的发展阶段。在高精度与高性能电子设备的发展上，这三个阶段的特征体现得尤为突出。
机电分离（Independent between Mechanical and Electronic Technologies，IMET）指电子设备的机械结构设计与电磁设计分别、独立进行，但彼此间的信息可实现在（离）线传递、共享，即机械结构、电磁性能的设计仍在各自领域独立进行，但在边界或域内可实现信息的共享与有效传递，例如，反射面天线的结构与电磁、有源相控阵天线的温度-结构-电磁等。
需要指出的是，这种信息共享在设计层面上仍是机电分离的，故传统分离设计固有的诸多问题依然存在，最明显的有两个，一是电磁设计人员提出的机械结构设计与制造精度的要求往往太高，时常超出机械的制造加工能力，而机械结构技术人员因缺乏对电磁知识的深入了解，只能千方百计地设法加以满足，带有一定的盲目性；二是工程实际中，有时又出现奇怪的现象，即机械结构技术人员费了九牛二虎之力制造出的产品，电性能又时常出现不满足的情况。相反，机械制造精度未达要求的产品，电性能又是满足的。原因何在，知其然而不知其所以然。因此，实际工程中，只好采用备份的办法，最后由电调来决定选用哪一个。这两个问题的长期存在，导致电子设备研制的性能低、周期长、成本高、结构笨重，成为长期制约电子设备性能提升并影响未来装备研制的一个悬而未决的瓶颈。
随着电子设备工作频段的不断提高，机电之间的相互影响越发明显，机电分离设计遇到的问题越多，矛盾也就越突出。于是，机电综合（Syntheses between Mechanical and Electronic Technologies，SMET）的设计概念出现了。机电综合是机电一体化的较高层次，它比机电分离前进了一大步，主要表现在两个方面：一是建立了同时考虑机械、电磁、热等性能的综合设计的数学模型，可在设计阶段有效消除某些缺陷与不足；二是建立了一体化的有限元分析模型，如在高密度机箱机柜分析中，可共享相同几何空间的电磁、结构、温度的数值分析模型。
自21世纪初以来，电子设备呈现出高频段、高增益，高密度、小型化，快响应、高指向精度的发展趋势，机电之间呈现出强耦合的特征。于是，机电一体化迈入了机电耦合（Coupling between Mechanical and Electronic Technologies，CMET）的新阶段。
机电耦合是比机电综合更进一步的理性机电一体化，其特点主要包括两点：一是分析中不仅可实现机械、电磁、热的自动数值分析与仿真，且可保证不同学科间信息传递的完备性、准确性与可靠性；二是从数学上导出了基于物理量耦合的多物理系统的耦合理论模型，探明了非线性机械结构因素对电性能的影响机理。设计是基于该耦合理论模型和影响机理的机电耦合设计。可见，机电耦合与机电综合相比具有本质不同，有了质的飞跃。
从机电分离、机电综合到机电耦合，机电一体化技术发生了鲜明的代际演进，为高端装备设计与制造提供了理论与关键技术支撑，而复杂装备制造的未来发展，将不断趋于多物理场、多介质、多尺度、多元素的深度融合，机械、电气、电子、电磁、光学、热学等融于一体，巨系统、极端化、精密化将成为新的趋势，以机电耦合为突破口的设计与制造技术也将迎来更大的挑战。
随着新一代电子技术、信息技术、材料、工艺等学科的快速发展，未来高性能电子设备的发展将呈现出两个极端特征，一是极端频率，如对潜通信等极低频段，天基微波辐射天线等应用的毫米波、亚毫米波乃至太赫兹频段；二是极端环境，如南北极、深空与临近空间、深海等。这些都对机电耦合理论与技术提出了前所未有的挑战，亟待开展如下研究。
第一，电子设备涉及的电磁场、结构位移场、温度场的场耦合理论模型（Electro- Mechanical Coupling，EMC）的建立。因为它们之间存在着相互影响、相互制约的关系，需探明它们之间的影响与耦合机理，廓清多场、多域、多尺度、多介质的耦合机制，多工况、多因素的影响机理，并表示为定量的数学关系式。
第二，电子设备存在的非线性机械结构因素（结构参数、制造精度）与材料参数，对电子设备的电磁性能影响明显，亟待探索这些非线性因素对电性能的影响规律，进而发现它们对电性能的影响机理（Influence Mechanism，IM）。
第三，机电耦合设计方法。需综合分析耦合理论模型与影响机理的特点，进而提出电子设备机电耦合设计的理论与方法，这其中将伴随机、电、热各自分析模型及它们之间的数值分析网格间的滑移等难点的处理。
第四，耦合度的数学表征与度量。理论上讲，任何耦合都是可度量的。为深入探索多物理系统间的耦合，有必要建立一种通用的度量耦合的数学表征方法，进而导出可定量计算耦合度的数学表达式。
第五，应用中的深度融合。机电耦合技术不仅存在于几乎所有的机电装备中，而且在高端装备制造转型升级中扮演着十分重要的角色，是迭代发展的共性关键技术，在装备制造业的发展中有诸多重大行业应用，进而贯穿于我国工业化与信息化的整个历史进程中。随着新科技革命与产业变革的到来，尤其是随着以数字化、网络化、智能化为标志的智能制造的出现，工业与信息技术的深度融合势在必行，而该融合在理论与技术层面上则体现为机电耦合理论的应用，由此可见其意义深远、前景广阔。
本丛书是在上次编写的基础上，做进一步修改、完善、补充而成的，共15本，较上次有了增加。同时，本丛书的另一特点是，将作者及其团队在电子设备领域的科研与工程实践经验、体会，有机地融入书中，以期对工程技术人员能有较高的参考与借鉴意义。
希望本丛书的出版将对我国电子机械工程技术的发展起到积极的促进作用。

段宝岩
中国工程院院士
中国电子学会电子机械工程分会主任委员
2021年10月

序二
材料与设备的腐蚀与防护水平是国家文明和繁荣程度的反映，腐蚀与防护安全关系到国民经济健康发展、国防建设和国家长治久安，具有重要的战略意义和现实意义。随着科学技术进步，信息化与智能化呈现出飞速发展的态势，电子技术与电子设备在国计民生中发挥着举足轻重的作用，设备本身与应用行业范围不断拓展，并且覆盖海、陆、空、天各个空间范围，由此带来对愈加精密电子设备的愈加严酷的环境防护考核要求，因此电子设备的腐蚀防护水平，同样也具有重要的战略意义和现实意义。
该书作者所在单位是我国最早从事雷达等复杂电子技术及设备研究的研究所，专业技术实力突出，数十年来成功研制出包括我国第一部精密测控雷达、第一部大型相控阵远程预警雷达、第一部机载有源相控阵预警雷达、第一部舰载多功能相控阵雷达等在内的数百项尖端电子设备，对包括环境适应性设计在内的复杂电子设备设计、制造有深刻的认识，积累了丰富的经验。特别是基于电子设备结构设计、工艺设计专业齐全，产品应用覆盖地域范围全面，具有长期应用考核经历的优势，在电子设备耐恶劣环境腐蚀防护结构、工艺设计、制造及管理方面形成了一套行之有效的设计原则和规范性成果。
该书针对先进电子设备的腐蚀防护设计，从腐蚀因素分析、腐蚀机理分析、原材料耐腐蚀性分析及选用、腐蚀防护工艺及选用、防腐蚀结构设计的全方位角度提炼总结了已有成果和经验，以复杂电子设备的典型部件和结构为对象给出了融合腐蚀防护结构设计、工艺设计要点的实施案例，并且对防腐蚀仿真设计和发展方向进行了探索和展望。这些内容实用性强，对电子设备设计制造行业具有较强的参考借鉴价值，也可作为高等学校机械电子工程设计专业教学的参考资料。
我在阅读了该书之后，深感该书针对性强、专业性强、多专业结合度好，在国内腐蚀防护领域书籍中具有鲜明的特色，是一本不可多得的好书。希望该书的出版，对总结电子设备防腐蚀经验、加强学术交流起到推动作用，以共同促进我国腐蚀防护技术水平的不断提升。
侯宝荣
中国工程院院士          
2021年10月   

前言
电子技术是当今发展最为迅速的技术之一，电子设备是当今应用最为广泛的产品之一。在电子设备越来越深入应用到国民经济和社会生活方方面面的背景下，对其性能指标、环境适应性和可靠性的要求也越来越高。现代化精密电子设备特点鲜明，不同于其他机械设备或工程设施，后者的腐蚀过程相对漫长、腐蚀影响相对局部和非致命、腐蚀现象相对直观可见，而精密电子设备一个元器件、一个引脚、一个焊点的腐蚀失效就可能造成整个设备失能，且腐蚀造成后果的时间更短、部位更隐蔽，因此对电子设备防腐蚀必须高度重视。
电子设备防腐蚀是一项系统工程，涉及基础材料、基础器件和设备、制造工艺、结构设计、电信设计等多个学科门类，涉及产、学、研、用等研究设计制造链条上的所有环节，也涉及产品论证、设计、制造、使用、退役的全寿命周期所有阶段。其中，防腐蚀设计是产品防腐蚀能力实现的源头。编者所在单位是我国最早从事电子技术及设备研究的研究所，成立七十余年以来完成了数百项尖端电子设备研发，取得了丰硕的成果。在这一过程中，积累了丰富的电子设备防腐蚀设计经验，并经过结构、工艺专业协同形成了行之有效的设计原则和规范。
国内针对防腐蚀的著作很多，但专门针对电子设备防腐蚀设计的著作极少。编写本书的目的是，针对电子设备在腐蚀影响因素、腐蚀现象和腐蚀机理上的特点，系统性地总结提炼本单位乃至国内电子行业截至目前在防腐蚀领域取得的成果、经验和新进展，从结构形式选择及结构设计、金属及非金属材料选用、防腐蚀工艺选用及实施、质量控制及考核评价等环节提出设计原则和选用依据，供从事电子设备结构设计、制造加工、维修维护和技术管理工作的人士进行参考，从而促进我国电子设备设计制造行业防腐蚀整体水平和产品可靠性的提升。同时，也希望通过本书引起国内电子行业对电子设备防腐蚀快速变化发展趋势的高度重视，进一步加强行业协同、学科协同、产学研用协同，大力突破当前依然存在的防护技术、材料、器材等短板，满足越来越严格的使用需求。
在本书的编写过程中，学习、借鉴了国内防腐蚀领域一大批德高望重的权威学者和深耕专业的行业专家的学术成果及学术观点，正是他们及国内防腐蚀领域各方人士的持续奉献和不懈努力，使我国防腐蚀技术水平不断提升，在此向他们表示敬意和谢意！
本书由南京电子技术研究所首席专家胡长明研究员担任主编，陈旭、王伟、吴礼群担任副主编。本研究所结构工艺部防腐蚀专业技术人员参与编写。全书共13章，其中第1章由陈旭编写，第2章由贾雪编写，第3章由朱理智编写，第4、10章由梁元军编写，第5章由王伟编写，第6、11章由侯彬编写，第7、8章由杨军华编写，第9、13章由胡长明编写，第12章由吴礼群编写。全书由陈旭整理并定稿，胡长明研究员对全书进行了审定。
由于作者在工作领域及专业领域上的局限，本书难免存在很多不足之处，恳请各位防腐蚀专家、电子设备结构工艺专家和行业人士及读者朋友们提出批评和建议。让我们共同努力，把我国的电子技术、电子设备做得更好、更精、更美！

胡长明    
江苏·南京  
2021年3月22日

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