机载显示器的三防设计

李素平++丰新龙

摘 要：环境因素影响着机载显示器的稳定性和可靠性，因此环境因素是机载显示器在使用、运输和存储中考虑的重要因素。针对机载显示器在三防方面存在的问题及面临的诸多失效形式，从结构设计技术、工艺防护技术及电路板组合件的防护技术等方面进行分析，对提高机载显示器三防能力进行研究。

关键词：三防；结构；工艺

中图分类号： TP2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-148-2

0 引言

机载显示器对各类环境条件反应敏感，尤其是潮湿、盐雾、霉菌。目前，在机载显示器的使用和三防试验过程中暴露出各式各样的问题，其中很多产品无法顺利通过GJB150或GJB150A《军用装备实验室试验方法》要求的三防试验，出现材料腐蚀、镀层腐蚀以及产品部分性能失效的现象。据相关部门统计，在我国南海海域环境条件下，军用电子设备的故障中80%与海洋环境因素有关。可见，航空产品的环境适应性极大地影响着我国的经济效益和军事效益。

1 结构设计的三防措施

三防技术已不单纯是一项工艺技术，而是一个综合性的概念，涉及到电路、结构、工艺和质量管理等诸多方面。可以说，机载显示器的三防性能是设计和制造出来的，要提高三防能力，必须从产品设计方案阶段开始就注入三防设计的概念。三防设计概念的注入，可以保证产品从零部件到整机都具有环境适应性。三防工艺可以弥补设计过程中在三防方面的不足或难以避免的问题，提高产品抵抗环境变化的能力。

1.1 材料的选择及防护

和其它航空产品一样，材料选择是机载显示器三防设计过程的第一步，也是最关键的一步。在结构设计过程中，在满足强度要求的情况下，应尽可能选用耐腐蚀性好的金属材料和不长霉菌又耐老化的非金属材料。同时考虑到经济因素，机载显示器的金属材料优先选用防锈铝（5A06）和不锈钢（1Cr18Ni9Ti）。例图，碳钢零件在没有镀层的情况下三防性能特别差，不适合用于航空产品。近年来，机载显示器正朝着轻型化方向发展，在今后的设计中，产品中许多零部件都将采用工程塑料等非金属材料制成，更要注重材料的三防问题。

在正确、合理地选用材料的同时，还应通过对材料辅以适当的工艺防护措施以提高材料耐环境变化的能力，如通过涂覆镀层（金属层或非金属层）。选用材料时，还应了解材料的相容性问题，掌握材料的腐蚀机理，防止不同材料彼此接触、相互影响而引起腐蚀、老化或失效。因此，根据材料的相容性合理选择镀层也是非常重要的一步。例如不锈钢螺钉与铝合金壳体在湿热试验过程中发生电化学腐蚀，产生氧化铝，因此不锈钢材料一定要经过钝化或电抛光处理。

设计中应尽量选用同一种金属材料，或者选用电位相近的材料，因为两种材料的电位差越大，腐蚀越严重。镀层损伤后也会发生腐蚀。

1.2 结构设计

在实际设计工作中，结构设计和材料选择同等重要，多数三防问题都能通过合理的结构设计来避免。在结构设计中应注意以下几个方面。

1.2.1 要避免积水

产品的结构及外形应尽可能简单，减少孔、槽设计，在有可能留存湿气或形成积水的空间一定要注意排气、排水问题。若无法合理设计排气排水措施，一定要注意电路板的安装方向和导线束的防护。如图1所示，导光板上的导线束通过液晶屏下方与壳体之间的间隙插合到电路板上，湿热试验过程中液晶屏下方与壳体之间容易积水，导致导线束与电路板之间的接插件发生短路，产品部分功能丧失。为避免此类问题发生，在产品设计初期就应当注意导线束位置，可以选择通过从液晶屏侧面或上方与壳体之间的间隙插合到电路板，同时电路板上的接插件相应的调整位置。

1.2.2 要避免缝隙腐蚀

尽量避免铆接、螺纹连接等形式，优先选用钣金结构或一体式结构形式，减少零件和接缝数量，同时在缝隙处加以密封处理（加密封橡胶条）。一体式结构设计同时也便于装配和维修。

1.2.3 异种金属接触时应在两种金属之间放置绝缘衬垫

异种金属尤其是电位差较大的异种金属接触时，应在其中一种金属上镀涂允许与另外一种金属相接触的金属镀层，或者在两种金属之间放置绝缘衬垫，但此时应考虑兼顾电磁兼容性要求。

1.2.4 尽可能避免引起应力集中的结构形式

尽可能避免引起应力集中的结构形式，防止产生应力腐蚀而导致裂开。对于由于应力集中而需要经常维护或更换的零组件，应在设计时保证易于维修和更换。

1.3 工艺设计

除了从材料选择和结构设计方面采取措施，还应从工艺方面采取适当防护措施，进一步提高机载显示器的三防能力。工艺方面进行三防设计通常是指零组件表面的化学覆层或金属、非金属覆层。防锈铝通常采取化学氧化或阳极氧化处理来达到防护的目的。化学氧化膜除了有较强的耐腐蚀性和吸附能力外，还能导电。阳极氧化膜具有多孔性和绝缘性。不锈钢通常采用钝化处理。三防漆的种类很多，性能各异，漆的选用应根据其性能、适用范围以及产品的外观要求和实际使用环境而定。机载显示器的外壳通常采用丙烯酸漆，电路板组合件通常采用聚氨脂漆，这两种漆具有突出的三防性能，且附着力强，耐热性高。

为提高镀层的工艺性，在零件设计过程中，在不影响零件强度和使用功能的前提下，要有足够的圆角过渡，避免尖角结构设计。

1.4 生产过程中的质量控制

在生产过程中由于工艺方法和操作的不合理会对产品的三防性能产生较大的影响，因此在生产过程中要严格按照相关工艺文件的要求执行或操作，同时注意以下几个问题：

①生产过程中采用的加工工艺不能降低材料本身的三防性能。

②加工过程中零件表面不应有超出规定的划伤、腐蚀或残留有腐蚀物等有害物质，零组件在搬运过程中要适当采取防护措施。

③加工、装配后的零组件需要进行清洁，去除多余物。

④严格控制工艺方法的实施过程。例如，机载显示器外壳喷涂的黑色三防漆要在零组件化学氧化后24h内喷漆。

2 电路板的三防技术措施

各电路板组合件是机载显示器的核心组件，其三防主要是采取喷涂三防漆（聚氨酯绝缘清漆）的方式，不仅可以提高三防能力，还可以增强元器件抗振、抗冲击的能力。电路板喷涂三防漆会增加分布电容，会影响精密电路原有的参数和特性，此类问题必须在设计阶段考虑。对于机载显示器的电路设计，经过试验验证，三防漆的影响可忽略。

由于机载显示器调试工作量大，周期长，目前，为避免调试工作中更换元器件对三防漆的影响，喷涂三防漆的工序在产品调试完成后进行，造成电路板组合件喷漆前受污染严重，清洗很难彻底，影响漆层喷涂质量。同时，由于部分结构安装件的遮挡，使个别元器件的焊点处无法得到充分的漆层保护，导致湿热试验中电路板组件发生短路现象。在今后的设计和工艺实施过程中，要尽量避免这些不足，提高电路板组合件的可靠性。

3 结束语

从三防设计的理论研究到工程应用，三防设计的内涵发生了很大变化，已从早期单一的工艺防护发展到现在的方案设计、电路设计、结构设计。现在的三防设计是以提高产品的可靠性和环境适应性为目标。可以说，机载显示器的三防问题是研制过程中的一个重点，也是一个难点，需要从设计、工艺、生产、质量的各个环节进行控制，同时不断增强员工的三防设计理念，才能使机载显示器的三防技术得到显著提高，缩短试验周期，降低试验成本，提高我国的经济效益和军事效益。