本文結(jié)合雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的直流風(fēng)機(jī)探討分析海環(huán)境下風(fēng)機(jī)的防護(hù)措施、試驗(yàn)驗(yàn)證及設(shè)計(jì)分析，為雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的選型及防護(hù)提供借鑒和參考。

前 言

雷達(dá)設(shè)備長(zhǎng)期服役于海環(huán)境中，濕熱、鹽霧和霉菌對(duì)雷達(dá)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和電氣元器件的侵蝕破壞，會(huì)嚴(yán)重影響裝備的可靠性和服役壽命。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)：有50%以上的設(shè)備故障是由三防（防濕熱、防鹽霧、防霉菌）設(shè)計(jì)不當(dāng)或三防工藝不成熟而造成的。風(fēng)機(jī)作為雷達(dá)電子設(shè)備通風(fēng)散熱的關(guān)鍵核心器件，如若發(fā)生故障，會(huì)給雷達(dá)電子設(shè)備帶來(lái)性能影響甚至不可逆的損傷。因此，有必要對(duì)海環(huán)境下風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

本文結(jié)合雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的直流風(fēng)機(jī)，進(jìn)行風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)措施研究及分析，為雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的選型及防護(hù)提供借鑒和參考。

1風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

直流風(fēng)機(jī)主要由風(fēng)機(jī)葉片和風(fēng)機(jī)外框兩部分組成，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。內(nèi)/外軸承、襯套、繞組、印制電路板與風(fēng)機(jī)外框?yàn)橐惑w，轉(zhuǎn)軸與風(fēng)機(jī)葉片為一體，風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)軸通過(guò)彈簧、平墊圈、彈性擋圈與風(fēng)機(jī)外框連接，保持相對(duì)位置關(guān)系。彈簧設(shè)置在外軸承外側(cè)，靠平墊圈和彈性擋圈壓緊。

直流風(fēng)機(jī)葉片和風(fēng)機(jī)外框材質(zhì)一般為復(fù)合材料或金屬材料，且結(jié)構(gòu)件自身均做有相應(yīng)的表面處理和涂覆處理，海環(huán)境下相對(duì)不易產(chǎn)生腐蝕損傷；轉(zhuǎn)軸及軸承部分因風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，常注有潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油，海環(huán)境下亦不易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。直流風(fēng)機(jī)海環(huán)境下的環(huán)境防護(hù)重點(diǎn)為印制電路板，印制電路板上電子元器件、金屬件及電路在濕熱、鹽霧、霉菌環(huán)境下，經(jīng)常發(fā)生腐蝕，絕緣電阻下降，信號(hào)傳輸失真，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)故障。

交流風(fēng)機(jī)內(nèi)部設(shè)備組成及布局與直流風(fēng)機(jī)不同，不存在印制電路板，核心器件漆包線繞組均涂覆有較厚的絕緣漆，故交流風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)性能強(qiáng)于直流風(fēng)機(jī)。

2風(fēng)機(jī)防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1風(fēng)機(jī)防護(hù)措施

目前海環(huán)境下直流風(fēng)機(jī)環(huán)境防護(hù)措施主要有如下三種：

1) 直流風(fēng)機(jī)三防選型：考慮風(fēng)機(jī)的使用環(huán)境，設(shè)計(jì)階段選用具備三防能力的風(fēng)機(jī)，防護(hù)等級(jí)IP68；

2) 浸泡法三防處理：風(fēng)機(jī)進(jìn)行聚氨酯清漆浸泡，印制電路板形成三防鍍膜，提高印制電路板上元器件的三防性能；

3）真空氣相沉積法鍍絕緣膜：風(fēng)機(jī)采用真空氣相沉積法對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行絕緣鍍膜，成分為C型聚對(duì)二甲苯，提高風(fēng)機(jī)環(huán)境防護(hù)性能。

因此在低溫過(guò)程中需要保持設(shè)備的密封與箱內(nèi)的正壓。

2.2浸泡法工藝流程

1) 準(zhǔn)備：待處理風(fēng)機(jī)齊套，風(fēng)機(jī)表面標(biāo)記；加電測(cè)試，記錄風(fēng)機(jī)工作的電壓和電流值。

2) 清洗：風(fēng)機(jī)浸入無(wú)水乙醇，風(fēng)機(jī)印制電路板側(cè)朝下，無(wú)水乙醇沒(méi)過(guò)風(fēng)機(jī)印制板；浸泡約1min，手持風(fēng)機(jī)輕輕晃動(dòng)約1min，晃動(dòng)時(shí)保持風(fēng)機(jī)印制板始終浸泡在無(wú)水乙醇內(nèi)。

3) 去潮：風(fēng)機(jī)從無(wú)水乙醇內(nèi)取出，靜置5min后入烘箱45°去潮處理4h。

4) 測(cè)試：風(fēng)機(jī)加電測(cè)試，記錄風(fēng)機(jī)工作的電壓和電流值。

5) 三防處理：

① 按聚氨酯清漆防護(hù)噴涂通用工藝配置三防漆；

② 用壓敏膠帶保護(hù)風(fēng)機(jī)葉片；

③ 風(fēng)機(jī)印制電路板側(cè)朝下平放入容器內(nèi)；

④ 將配好的三防漆慢慢注入容器，液面沒(méi)過(guò)印制電路板約1mm，靜置1min；

⑤ 將風(fēng)機(jī)取出，滴漆約5min，用無(wú)紡布或綢布蘸取無(wú)水乙醇將風(fēng)機(jī)下表面的漆液擦除；

⑥ 室溫自然晾干4h；

⑦ 重復(fù)①～⑥工序操作；

⑧ 室溫固化24h。

6) 清潔處理：去除風(fēng)機(jī)葉片上的膠帶及表面多余物，并去除多余漆液。

7) 測(cè)試：風(fēng)機(jī)加電測(cè)試，記錄風(fēng)機(jī)工作的電壓和電流值。

2.3真空氣相沉積法工藝流程

1) 準(zhǔn)備：

① 待處理風(fēng)機(jī)齊套，風(fēng)機(jī)表面標(biāo)記；加電測(cè)試，記錄風(fēng)機(jī)工作的電壓和電流值；

② 待處理風(fēng)機(jī)工件架擺放整齊，避免相互碰觸；工件架放塞尺做陪測(cè)片；

③ 記錄環(huán)境溫度和濕度，溫度應(yīng)保持在25℃±10℃；濕度應(yīng)保持在20％～75％RH。

2) 稱料：按工藝要求稱取鍍膜厚度對(duì)應(yīng)Parylene C原材，記錄數(shù)據(jù)及原材料批號(hào)。

3) 沉積：

① 設(shè)備開(kāi)機(jī)，系統(tǒng)抽真空，同時(shí)打開(kāi)冷機(jī)；

② 真空控制器達(dá)到設(shè)置值，開(kāi)裂解爐和真空規(guī)管加熱，設(shè)置溫度，記錄時(shí)間和參數(shù)；

③ 當(dāng)裂解爐溫度顯示670～690，且真空達(dá)到并低于基壓時(shí)，打開(kāi)蒸發(fā)旋鈕，設(shè)置蒸發(fā)溫度110～120，記錄時(shí)間和各參數(shù)；保持40min～60min；

④ 將真空控制器設(shè)定值升高5，同時(shí)將蒸發(fā)溫度設(shè)定值升至180℃，記錄時(shí)間和各參數(shù)；保持此設(shè)置值15 min～25 min；

⑤ 將真空控制器設(shè)定值再升高5，記錄時(shí)間和各參數(shù)；保持此設(shè)置值15min～25 min；

⑥ 將真空控制器設(shè)定值再升高2，記錄時(shí)間和各參數(shù)；保持此設(shè)置值15min～25 min；

⑦ 將真空控制器設(shè)定值再升高1，記錄時(shí)間和各參數(shù)；此后進(jìn)入穩(wěn)定鍍膜階段，無(wú)需記錄數(shù)據(jù)，或記錄一次期間任意時(shí)刻的各參數(shù)；

⑧ 結(jié)束關(guān)機(jī)，將真空旋鈕旋至HOLD位置，關(guān)冷機(jī)。將裂解爐旋鈕旋至關(guān)閉；記錄時(shí)間和各參數(shù)；

⑨ 關(guān)閉蒸發(fā)旋鈕旋，停機(jī)，維持真空隔天卸架，或待裂解爐溫度降至400，且蒸發(fā)溫度降至75以下后，將關(guān)閉蒸發(fā)旋鈕，真空放氣，出爐，記錄時(shí)間和各參數(shù)；

⑩ 出爐時(shí)，移除腔體，取下工件架，戴手套逐層取出工件，置于周轉(zhuǎn)盒內(nèi)，并對(duì)有稱重標(biāo)記的工件進(jìn)行稱重。

4) 檢驗(yàn)：

① 外觀檢測(cè)保護(hù)膜層需完整，膜層表面沒(méi)有氣泡；

② 檢測(cè)膜層厚度需符合圖紙要求；

③ 風(fēng)機(jī)加電測(cè)試，記錄風(fēng)機(jī)工作的電壓和電流值。

2.4風(fēng)機(jī)防護(hù)小結(jié)

聚氨酯清漆浸泡法或真空氣相沉積法均能夠使風(fēng)機(jī)印制電路板表面產(chǎn)生三防鍍覆膜層，且風(fēng)機(jī)三防處理前后運(yùn)行電流基本一致，上下偏離值均在5%以內(nèi)。風(fēng)機(jī)印制板處理前后實(shí)物如圖2所示。

圖2 某直流風(fēng)機(jī)印制板實(shí)物圖

3風(fēng)機(jī)環(huán)境試驗(yàn)

為驗(yàn)證直流風(fēng)機(jī)三防處理后，環(huán)境防護(hù)措施能否滿足裝備使用要求，取某型直流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化鹽霧試驗(yàn)驗(yàn)證其三防性能。

3.1試件規(guī)格

進(jìn)行強(qiáng)化鹽霧試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)試件規(guī)格如表1所示。

3.2試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)根據(jù)強(qiáng)化鹽霧試驗(yàn)方法進(jìn)行，具體試驗(yàn)條件如下：

3.2.1 試驗(yàn)條件

1) 軍標(biāo)一般鹽霧試驗(yàn)條件

試驗(yàn)按GJB 150.11A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第11部分：鹽霧試驗(yàn)》中規(guī)定的條件和方法進(jìn)行，共進(jìn)行96h。

2) 強(qiáng)化鹽霧試驗(yàn)條件

已知海黃銅要求滿足鹽霧試驗(yàn)500h的要求，不銹鋼材料要求滿足鹽霧試驗(yàn)1000h的要求。試驗(yàn)選取進(jìn)行480h（ 10個(gè)循環(huán)）鹽霧試驗(yàn)。

3.2.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法遵循GJB150.11A-2009規(guī)定。

1) 預(yù)處理

對(duì)試件表面進(jìn)行預(yù)處理，以確保試件表面沒(méi)有污染物。

2) 初始檢測(cè)

檢查試件外觀并照相記錄。

3) 試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)設(shè)備中的安裝

試驗(yàn)樣件懸掛于樣品架上，樣品周圍的空氣應(yīng)保持自由循環(huán)，并確保試驗(yàn)箱內(nèi)沉降量收集器放置的位置不會(huì)收集到從試件上滴落的液滴。

4) 試驗(yàn)

① 調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱溫度為+35℃，并在噴霧前將試件保持在該條件下2h；

② 連續(xù)噴霧24h，期間保證鹽溶液的沉降率為(1～3）ml/(80cm2h）；

③ 在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件溫度(+15℃～+35℃）和相對(duì)濕度不高于50%的條件下干燥試件24h；

④ 重復(fù)一次步驟②和步驟③；

⑤ 共進(jìn)行10個(gè)循環(huán)（480h）。

5) 鑒定

受樣件品外表面經(jīng)鹽霧試驗(yàn)后外觀要求：

① 非金屬材料無(wú)明顯的泛白、膨脹、起泡、皺裂以及麻坑等；

② 結(jié)構(gòu)件金屬無(wú)明顯發(fā)暗變黑；

③ 金屬結(jié)合處無(wú)嚴(yán)重腐蝕；

④ 金屬防腐層輻射面積不超過(guò)金屬防護(hù)層面積的30%；

⑤ 涂漆層除局部邊棱處外，無(wú)氣泡、起皺、開(kāi)裂或脫落，且底金屬未出現(xiàn)腐蝕。

3.3試驗(yàn)過(guò)程

鹽霧試驗(yàn)過(guò)程試件實(shí)物如圖3所示。

圖2 試件005鹽霧試驗(yàn)圖片

3.4試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)后風(fēng)機(jī)加電測(cè)試額定電流變化判定風(fēng)機(jī)性能狀態(tài)，共分為風(fēng)機(jī)空載（前后無(wú)遮擋）和風(fēng)機(jī)負(fù)載（進(jìn)風(fēng)口遮擋）兩種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。為保證風(fēng)機(jī)試件三防前、三防后及鹽霧試驗(yàn)后3種不同情況下測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，根據(jù)三定原則，所使用的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試人員保持不變，測(cè)試結(jié)果如表2和表3所示。

根據(jù)表2和表3強(qiáng)化鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，各風(fēng)機(jī)試件在鹽霧試驗(yàn)96h、240h、480h后，保持風(fēng)機(jī)電壓24V不變，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流與三防試驗(yàn)后的運(yùn)行電流基本一致，上下偏離值在5%以內(nèi)，可以判定在480h鹽霧試驗(yàn)后，各風(fēng)機(jī)試件的印制板尚未被鹽霧腐蝕損壞，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。

由圖4可知，隨著鹽霧試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的逐漸增加，風(fēng)機(jī)表面白色晶體(主要成分為NaCl)累積的越來(lái)越多，風(fēng)機(jī)印制板的元器件表面逐漸被白色晶體覆蓋，元器件被鹽霧腐蝕的概率也隨之增加。從實(shí)際風(fēng)機(jī)測(cè)試結(jié)果可以得出，240h鹽霧試驗(yàn)和480h鹽霧試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)的印制板尚未被鹽霧腐蝕，仍然可以正常工作。

4風(fēng)機(jī)防護(hù)分析

海環(huán)境下直流風(fēng)機(jī)三種防護(hù)措施：直流風(fēng)機(jī)三防選型、浸泡法三防處理、真空氣相沉積法鍍絕緣膜，三種防護(hù)措施在實(shí)際設(shè)備使用過(guò)程中針對(duì)不同規(guī)格的直流風(fēng)機(jī)，均存在一定的問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)問(wèn)題分析如下。

4.1直流風(fēng)機(jī)三防選型

直流風(fēng)機(jī)三防選型能夠滿足海環(huán)境下裝備的正常使用需求，且防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。但直流風(fēng)機(jī)三防選型最主要的問(wèn)題是成本較高，通常是普通風(fēng)機(jī)價(jià)格的3-5倍。

4.2浸泡法三防處理

風(fēng)機(jī)浸泡法三防處理同樣能夠滿足海環(huán)境下裝備的正常使用需求，印制板可防水濺但風(fēng)機(jī)浸水后損壞，無(wú)法達(dá)到風(fēng)機(jī)整體防水。這是因?yàn)槭芟抻趪娡抗に嚧嬖诓僮骶窒扌裕L(fēng)機(jī)印制板某些部位存在噴涂不可達(dá)問(wèn)題，如芯片/模塊底部、隱藏焊點(diǎn)部位等，如果噴涂不可達(dá)部位沒(méi)有有效的防護(hù)措施，印制板長(zhǎng)期處于高鹽霧、高濕熱、高霉菌環(huán)境中，極易造成腐蝕、短路等嚴(yán)重后果，降低產(chǎn)品可靠性。

4.3真空氣相沉積法鍍絕緣膜

真空氣相沉積法鍍絕緣膜環(huán)境防護(hù)性能最好，風(fēng)機(jī)浸水后仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖4所示。但針對(duì)不同規(guī)格直流風(fēng)機(jī)，真空氣相沉積法鍍絕緣膜后，風(fēng)機(jī)一定程度上會(huì)出現(xiàn)停轉(zhuǎn)、異響等現(xiàn)象。這是因?yàn)槟壳帮L(fēng)機(jī)鍍膜工藝采用整體鍍膜方式，經(jīng)鍍膜風(fēng)機(jī)拆解分析可知：

1) 真空氣相沉積法鍍絕緣膜法能夠提升直流風(fēng)機(jī)三防性能，效果因風(fēng)機(jī)規(guī)格、形式不同略有差異；

2) 風(fēng)機(jī)因型號(hào)規(guī)格不同，風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式不同，鍍膜的效果及鍍膜帶來(lái)的停轉(zhuǎn)、異響問(wèn)題也有不同；

3) 風(fēng)機(jī)鍍膜過(guò)程如無(wú)合理的拆解恢復(fù)或防護(hù)措施，整體鍍膜會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)內(nèi)部、轉(zhuǎn)軸端面、或內(nèi)外軸承內(nèi)部等位置同時(shí)進(jìn)行鍍膜（見(jiàn)圖5），增大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)、異響問(wèn)題發(fā)生；

4) 風(fēng)機(jī)如能合理拆解和恢復(fù)，僅對(duì)印制板進(jìn)行鍍絕緣膜處理，則風(fēng)機(jī)鍍膜后無(wú)停轉(zhuǎn)、異響等現(xiàn)象。

5結(jié)論

海環(huán)境下直流風(fēng)機(jī)三種環(huán)境防護(hù)措施：直流風(fēng)機(jī)三防選型、浸泡法三防處理、真空氣相沉積法鍍絕緣膜，均能不同程度的提升風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)性能。同時(shí)，受限于不同的風(fēng)機(jī)規(guī)格及工藝方法，三種環(huán)境防護(hù)措施又均存在各自的局限性。

海環(huán)境下風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同的使用場(chǎng)景及工藝規(guī)程，選擇不同的環(huán)境防護(hù)措施。本文對(duì)雷達(dá)裝備海環(huán)境下風(fēng)機(jī)的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)能夠提供一定的借鑒和參考意義。

引用本文：莊緒法，李培培，唐冉，關(guān)楠楠.海環(huán)境下風(fēng)機(jī)防護(hù)措施研究[J].環(huán)境技術(shù)，2021，230(02):35-40.

專家簡(jiǎn)介：莊緒法，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：雷達(dá)結(jié)構(gòu)總計(jì)設(shè)計(jì)。