流动混合气体腐蚀试验应用与分析

张亮

1.常州检验检测标准认证研究院，江苏 常州 213164 2.国家半导体照明产品质量监督检验中心 (江苏 )，江苏 常州 213164

摘要：腐蚀大气对金属零部件及材料的长期腐蚀，不仅会影响产品的外形美观，降低产品的电性能和机械性能，而且会导致有接触点和连接件的产品的接触不良，严重时还会引起飞弧或击穿，为了及时地发现早期产品的设计缺陷，往往需要进行流动混合气体腐蚀试验。气体浓度的精度控制是试验的核心环节，本文介绍了一种可控浓度的流动混合气体腐蚀试验方法，保证试验箱恒定温湿度的同时，实现了气体浓度稳定且控制精度高，用于对电子部件本身及接触点耐腐蚀性早期筛查，可最大限度地满足试验及客户的测试需求。

关键词： 电子产品；环境试验；气体腐蚀；接触电阻

1. 引言

随着工业化的发展，汽车尾气、工业气体的排放导致大气中含有不同浓度的硫化物、氮氧化物等有害气体，这些气体加速了电子部件的老化程度，用肉眼可以观察电气接触部件、接触点有明显腐蚀痕迹，导致电气部件接触点接触电阻变大，从而影响电子产品使用寿命和使用可靠性。为了最大限度模拟样品在腐蚀气体下的加速作用，气体腐蚀的控制精度是试验顺利实施的关键，本文介绍一种新型的流动混合气体腐蚀试验方法，通过数字式微量气体定量泵实现了流量高精度的控制，而且不会出现试验设备本身腐蚀的情况，加大了试验设备的使用寿命和对混合气体控制精度。

2、高精度流动混合气体浓度控制方法

整套系统试验设备图1所示。本试验设备主要由固定浓度的气源（图2）、恒温恒湿箱（图3）、数字式微量气体定量泵（图4）及废气处理装置（图5），这4部分组成。气源中的原气通过减压电磁阀送入气袋中，气袋存储原气，数字式微量气体定量泵装置通过一定的转速从气袋中抓取一定量的气体送入恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱中放入处理后需要试验的样品，这样不同气体与样品在试验箱中混合，达到目标气体浓度的效果。恒温恒湿箱中气体的浓度我们只要从气体定量泵上调节，转速越快，浓度就越高，反之越低。图5装置抓斗大小和速度是恒定的，抓斗流量为Q=1000L/h，而且始终在工作，保证恒温恒湿箱处于负压状态，避免箱体中气体泄漏。废气经废气处理槽NaOH化学反应及活性炭吸附后排出室外，可以做到对大气零污染。

图1 图2 图3

图4 图5

3. 流动混合气体常用标准

GB/T 2423.51-2020环境试验 第2部分：试验方法 试验Ke：流动混合气体

GB/T 37180-2018气体分析 校准用纯气和混合气体的使用指南

GB/T 34710.2-2018混合气体的分类 第2部分：腐蚀性分类

GB/T 34710.1-2017混合气体的分类 第1部分：毒性分类

JIS C60068-2-60-2018环境试验 第2-60部分: 试验 试验Ke: 流动混合气体腐蚀试验

JIS C5402-11-7-2006电子设备连接器 试验和测量 第11-7部分:气候试验.试验11g：流动的混合气体腐蚀试验

JIS C60068-2-60-1999 环境试验.第2部分：试验 试验Ke：流动混合气体腐蚀试验

JIS C0048-1999 环境试验 第2部分：试验 Ke试验:液动混合气体腐蚀试验

3. 计算方法与试验步骤

以GB/T2423.51-2020标准中要求每小时换气速率为3～10次，该设备的试验箱容积为180L，我们已知Q=1000L/h，此时换气速率为5.6次，满足GB/T2423.51-2020标准的要求，我们需要的目标浓度可以通过以下公式进行计算得出，我们以GB/T2423.51-2020标准中表1为例，实现方法4的试验条件。

PPb(10^-9)等级试验条件：

方法4中包括四中常见的气体H₂S、NO₂、Cl₂和SO₂，不同的试验方法对应不同电子产品在不同腐蚀气体环境中加速腐蚀程度。

q=Q×(C_i/S)，其中C_i为目标浓度(10^-9)，S为实测气源浓度，q为所求控制流量装置数值。因为Q=1000L/h=1m³/h，则q=1.0×(C_i/S)。需要注意的是，S气源浓度由出厂标定，查看气瓶自带合格证得出，但在试验前和使用过程中，都需要对气源浓度进行复验，方法可以通过检支管量测，保证气源的准确度是实现混合气体试验精准的关键。

3. 高精度流动混合气体浓度试验同步验证

标准GB/T2423.51-2020要求在样品试验时，同步放入铜片对其试验方法进行验证，铜片增加的重量验证混合气体试验的有效性。一般铜片由仪器设备厂家提供，或按规格进行购买，铜片尺寸为30mm×30mm×0.3mm，计算表面积为0.18dm

²，再对铜片进行称重，可以得出初始重量。在试验时，被试验样品跟铜片同时放入试验箱中进行规定时间的试验。试验后再对其铜片进行称重，增加重量记录为t/[mg/(dm².d)]，对应方法4中t的取值范围在1.2～2.4之间，那么可以验证混合气体腐蚀试验是有效的，反之我们应该从气源、混合浓度、数字式微量气体定量泵设置参数、试验箱温湿度设置等上面查找原因。

3. 结论

混合气体腐蚀试验箱能满足一般性电子部件的腐蚀性试验，控制气体浓度和精度也能达到理想效果，但较大部件和整机很难实现，主要是受制于箱体空间和混合气体均匀度。高浓度的混合气体在试验后箱体会被污染，再做低浓度混合气体试验时影响混合气体浓度，造成试验结果偏离，而且在一段时间内很难处理和恢复，更换试验箱体显然是不经济的，所以我们在设计试验方案时应当加以考量。同时箱体留有多路气体通道，便于今后改装，实现4路以上气体同时混合。

数字式微量气体定量泵装置比传统的电磁阀流量计控制精度更高，调节也很简便，但要定期进行保养，添加石蜡油或饱和食盐水。除了从流量控制精度上考虑外，还应考虑如何保证原气供应稳定性、环境的温湿度、以及试验样品的前期处理。

参考文献：

[1]刘凯，石雄毅. 流动混合气体腐蚀试验技术研究[A]. 电子产品可靠性与环境试验，2020.

[2]全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会.环境试验 第2部分：试验方法 试验Ke：流动混合气体腐蚀试验：GB/T2423.51-2020[S]. 北京：中国标准出版社，2020.