防腐表面处理技术在铝波导中的新应用

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摘要： 某型船载电子设备馈线系统采用铝波导，铝波导具有重量轻的优点，但防腐性能要逊于铜波导。对于长期工作在户外海洋性恶劣气候环境下的船载电子设备，其铝波导的防腐设计尤为重要。本文通过实例介绍了一种应用于铝波导的实用、新型的防腐表面处理技术。

Abstract： Aluminum waveguide adopted in feeder system of ship borne electronic equipment has the advantages of light weight， but its anti-corrosion is less than that of the copper waveguide. For the aluminum waveguide of ship borne electronic equipment to worke in the long term under the outdoor ocean condition， anti-corrosion design is particularlyimportant. This paper introduces a practical anti-corrosion surface treatment technology newly applied in aluminum waveguide.

关键词： 铝波导；防腐表面处理；阳极氧化处理

Key words： aluminum waveguide；anti-corrosion surface treatment；anodic oxidation treatment

中图分类号：P755.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）34-0144-02

0 引言

电子设备馈线系统的传输线分为同轴线型或波导型。波导管通常采用铜材，有H62、H96、T2、TU1。某型电子设备为船载设备，为了减轻设备的重量，将波导材料由铜合金材料改为铝合金材料。铝合金波导管材料有6063、3A21，铝波导与铜波导相比，铝波导具有重量轻的优点，但防腐性能要逊于铜波导。

因此对于长期工作在户外海洋性恶劣气候环境下的船载电子设备，其铝波导的防腐设计尤为重要。本文通过实例介绍了一种实用的、新型的应用于铝波导的防腐表面处理技术。

1 铝波导的常规防腐表面处理

铝波导的常规防腐表面处理有镀银处理（Al/Ep・Ag15b/At・DJB-823）、镀镍银处理（Al/Ap・Ni-P（11）25・Ep・Ag15b/At・DJB-823）、化学导电氧化处理（Al/Ct・Ocd）三种。根据SJ20818-2002《电子设备的金属镀覆与化学处理》所述，这三种防腐表面处理的性能和特点如下：

1.1 铝波导的镀银处理

铝波导的镀银处理镀层为高频特性镀层，属于功能性镀覆，其防腐作用微乎其微。

1.2 铝波导的镀镍银处理

铝波导的镀镍银处理镀层兼顾了防护性和高频特性，但铝合金零件的镀镍银镀层属于阴极性镀层，在恶劣环境下，其防腐可靠性较差。

镀银、镀镍和6063、3A21铝合金在海水中的电位序如表1所示。

阴极性镀层的基体金属比镀层活泼，亦即镀层电位比基体高，当镀层具有孔隙或有局部破损时，就会通过腐蚀电池的作用，加速基体金属的腐蚀。二者电位差越大，腐蚀损坏越大。只有镀层完好无孔隙，才能对基体起保护作用。因此，阴极性镀层的保护特性，取决于镀层的孔隙率和厚度。

1.3 铝波导的化学导电氧化处理

铝波导的化学导电氧化处理是指在适当的溶液中进行化学处理，生成铬酸盐转化膜，具有一定的防腐蚀性和导电性。但其适用温度范围低于60℃。当超过60℃时，防腐性能大幅度下降。

2 原铝波导镀覆处理的防腐效果不理想

某型船载电子设备采用铝波导。波导管型号为BJ58，材料为6063。波导法兰形式为腰鼓形，材料为3A21。波导法兰与波导管间焊接采用手工火焰钎焊方式。这些铝波导虽然外表面进行了氟碳漆涂覆处理，但由于安装在船舶桅杆上，直接受到风吹、日晒、雨淋、海浪飞溅及盐雾蒸气等的影响，使用环境极为恶劣。起初设计时，馈线设计师未着重考虑铝波导的防腐性要求，只优先考虑满足高频特性要求而选择了铝波导镀银的镀覆处理。在研制过程中遭到质量工程师的质疑后，又在镀镍银处理、化学导电氧化处理这两种防腐表面处理中进行选择。由于该铝波导在使用中受到太阳的直接辐射，波导温度可能超过60℃，因此最终选择了镀镍银的镀覆处理。

在小批量生产阶段，工艺部门按照GJB150.11A-2009《军用装备实验室 第11部分：盐雾试验》中要求，对两件经镀镍银镀覆处理的铝合金直波导进行了盐溶液的浓度为5%±1%，时间为96h的盐雾试验后，发现铝波导多处存在基体腐蚀、镀层开裂变形现象。因此，镀镍银镀覆处理的铝波导其防腐性能无法满足长期工作在户外海洋性恶劣气候环境下的要求。

寻找既满足微波传输性能要求又满足防腐性能要求的实用铝波导防腐表面处理技术，成为设计部门高度重视的问题。

3 硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理技术在铝波导上的新应用

3.1 铝波导的硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理技术的应用探索

铝合金零件进行硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭（Al/Et・A（S）20・Cs）处理后，阳极氧化膜厚度为18～23μm，防腐性能非常优越。铬酸盐封闭后的氧化膜与有机物的结合力良好，是涂料的良好底层，防腐性能优于其他的氧化膜。但阳极氧化膜不导电，绝缘性能非常好，主要应用于户外防腐性能要求高的铝合金结构件。

起初馈线设计师认为对铝波导进行硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理后，波导表面不导电，不能进行微波传输。法兰面不导电，波导法兰对接后会引发高频打火问题。但经技术部门查阅、搜索相关技术资料，并分析和讨论后，认为对铝波导进行硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理也不无可能，理由如下：①铝波导的阳极氧化膜对于微波而言可能是真空的，射频电流可以在阳极氧化膜下的铝基体表面上通过；②铝波导法兰间的阳极氧化膜作为介质，波导法兰连接后相当于变成了平板型电容器，射频电流通过电容器是可以导通传输的。

3.2 电性能试验

基于以上两点分析，技术部门生产了两件硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理的铝波导试验件，并对两件铝波导进行了驻波、插损性能测试，测试结果为驻波、插损性能均与铜波导相当。将这两件铝波导接入整机馈线系统进行了大功率工作试验，发射机输出的占空比为3.2%，脉冲峰值功率大于60kW，整机设备正常工作，也未发生打火现象。

3.3 成功应用

根据电性能试验结果，同时按照GJB150.11A-2009《军用装备实验室 第11部分：盐雾试验》对硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理的铝波导进行了480h的盐雾试验，试验后未发现腐蚀现象。据此，技术部门将铝波导的防腐涂覆处理更改为硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理（Al/Et・A（S）20・Cs），并对已完成生产的铝波导全部进行褪镀返工，重新进行Al/Et・A（S）20・Cs处理。

铝波导采用Al/Et・A（S）20・Cs处理具有以下优越性：

①防腐性能好，抗化学腐蚀、电化学腐蚀性能优越。

②表面处理周期短，成本低。Al/Ap・Ni-P（11）25・Ep・Ag15b/At・DJB-823处理生产成本为50元/dm2，Al/Et・A（S）20・Cs处理生产成本仅为2元/dm2，具有明显的经济性。

目前，经Al/Et・A（S）20・Cs处理的铝波导已应用于60多套整机设备中，装船近50套。在海上实际使用考核3年多后，至今未发现表面腐蚀、打火等相关问题出现。而早期流出的一两只镀镍银处理的铝波导，近期检查发现表面存在严重腐蚀现象（图1）。

4 结束语

将用于铝合金结构件防腐表面处理的Al/Et・A（S）20・Cs处理技术成功地应用于传输微波的铝波导上，是一种实用的新应用，它具有防腐性能优越、成本低的优点，具有极高的推广应用价值。采用该技术处理后的铝波导装入船载电子设备后，确保了船载电子设备的可靠性，降低了电子设备的全寿命周期费用。

参考文献：

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[2]阎国平.铝合金表面化学氧化的应用[J].材料保护，1997（05）.

[3]左尚志，李荻.国内外铝合金剥蚀研究的现状[J].材料保护， 1994（12）.