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    不同類型濕熱試驗比較

    嘉峪檢測網        2024-04-24 08:31

    一、什么是濕熱試驗

    濕熱試驗主要用于:(1)探索潮濕環境對產品的影響(開發、設計階段的研究性試驗);(2)鑒定產品的防潮性能(研制、生產階段的質量檢查或型式試驗);(3)評價產品在潮濕環境下使用的安全可靠性(安全或可靠性試驗)。

    濕熱試驗一般有三種類型,其中,恒定濕熱試驗主要適用于一般電工電子產品,應力嚴酷度等級較低,試驗設備要求也不高。交變濕熱試驗適用于環境比較惡劣復雜的產品,軍標里的濕熱試驗其實也是交變濕熱,適用于復雜環境或可能將要使用到這類環境的軍工產品或通訊產品。交變濕熱或濕熱試驗對溫度、濕度、持續時間和循環周期的要求都比恒定濕熱嚴酷,軍標的濕熱試驗更嚴酷。所以,如果一個產品做過交變濕熱或軍標要求的濕熱試驗,就沒有必要再做恒定濕熱試驗了。一般重要關鍵的產品或軍工設備,在制訂可靠性試驗方案或編寫試驗大綱時,也不會選擇恒定濕熱試驗。三種濕熱試驗嚴酷度順序,從低到高為“恒定濕熱”小于“交變濕熱”小于“(軍標的)濕熱”。要注意,嚴酷度并不是項目越多越好。

     

    不同類型濕熱試驗之間比較

    濕熱試驗后判定的主要指標一般是檢查產品的電性能和機械性能,也檢查某些樣品的腐蝕情況。 

     

    二、濕熱試驗條件的物理現象

    在濕熱試驗中,溫度和濕度共同作用,會形成一些物理現象并使樣品表面或內部受潮。

    1、吸附現象:

    氣體分子(在濕熱試驗中指水蒸氣分子)在空間運動時可能碰撞固體物質(樣品)的表面,當一定數量的分子連續碰在固體表面,在它重新回到空間之前,要在固體(樣品)表面“停留”一定長的時間。這時,氣體在表面上的濃度高于它在空間中的濃度,從而產生凝結。這種氣體在固體表面上“停留”的現象稱之為吸附。因此,吸附也可以說是氣體在固體表面上凝結和蒸發的一個中間過程。根據實驗結果,氣體吸附量與固體物質的性質、溫度及平衡時氣體的壓力三者有關。溫度愈低、壓力愈高,則吸附量就愈大。物理吸附是由范德華引力引起的,吸附層一般為多分子層。吸附速度較快,吸附時所需能量也較小,一般在低溫下便能進行。在濕熱試驗中以物理吸附現象居多。

    2、凝露現象:

    凝露實際上也是水分子在樣品上的吸附現象,但它是在試驗溫度上升時產生的。在升溫階段,樣品表面溫度低于周圍空氣露點溫度時,水蒸氣便會在樣品表面凝結成液體形成水珠。在交變濕熱試驗的升溫階段,由于樣品的熱慣性,使它的溫度上升滯后于試驗箱的溫度。因此,表面便產生了凝露現象。這種表面凝露量的多少,取決于樣品本身的熱容量大小,以及升溫速度和升溫階段的相對濕度,在交變濕熱試驗的降溫階段,封閉外殼的內壁也會出現凝露現象。

    3、擴散現象:

    擴散是分子運動的一種物理現象。在擴散過程中,分子總是從濃度大的地方遷移到濃度小的地方。濕熱試驗時,空氣中水蒸氣向濃度較低的材料內部擴散的速度可以用菲克定律表示出來。所以,濕熱試驗中由擴散引起的潮氣侵入,除了取決于試驗條件中的絕對濕度與溫度,還與樣品的材質有關。

    4、吸收現象(也稱為流通現象)。

    水蒸氣進入材料內,一般都是通過空隙。水蒸氣通過間隙的速度取決于孔的尺寸。如果孔隙的尺寸小于水分子的直徑,水蒸氣便不能進入。由于水蒸氣在空間是與空氣混合存在的,所以它的進入速度與水蒸氣和空氣的混合比例也有很大關系。將水蒸氣和空氣比例為1:1時,相當于80℃空氣飽和狀態下的水氣量作為界限。高于這個界限的稱為高蒸氣壓力,低于這個界限的稱為低蒸氣壓力,然后將水蒸氣進入空隙的機理分別進行討論:

    ①低蒸氣壓力下水氣進入機理:在溫度和水蒸氣壓力都不變的情況下(相當于恒定濕熱試驗),水蒸氣進入空隙主要是由于擴散作用,其速度主要取決于空隙中的空氣阻力(滲透系數)和空隙尺寸(空隙的大小雖然也影響進入速率,但并不嚴重)。當溫度變化(相當于交變濕熱試驗)時,空隙兩邊的水蒸氣壓力差強迫含有水蒸氣的空氣通過。這時進入速率不但與空隙阻力和空隙尺寸有關,還與空隙兩端的水蒸氣壓力差也有關。由此可見,恒定濕熱試驗與交變濕熱試驗的作用機理是不一樣的。

    ②高蒸氣壓力條件下,水蒸氣進入速度與空隙直徑有關,當空隙直徑小于水分子的平均自由路程時,水蒸氣進入為分子流;當空隙直徑大于平均自由路程時,進入速度為粘性流,空隙直徑處于上述二者之間時為過渡流。在高蒸氣壓力下,水蒸氣進入速度隨空隙大小變化說明,如果提高溫度來加速潮氣進入,對不同空隙尺寸將會有不同的速率,其加速倍數將是不一樣的。

    綜上所述,水蒸氣通過吸收現象的進入,取決于溫度和水蒸氣壓力(絕對濕度)及材料的材質。

    5、呼吸作用:

    我們將封閉樣品內空腔中溫度變化引起的內外空氣交流,稱之為呼吸作用。在交變濕熱試驗的降溫階段,由于溫度急劇下降,引起封閉空腔內的空氣溫度下降或空腔內壁的凝露都會使腔內壓力降低,形成抽吸現象,吸入外界的潮濕空氣,因此,降溫階段的呼吸作用吸入潮氣量的多少,與溫度變化速率和絕對濕度有關。這種呼吸現象不僅僅發生在試驗溫度交變時,當具有封閉外殼的樣品,如封閉型旋轉電機在間歇運動過程中,殼內線圈發熱或冷卻的反復交替變化,也會發生呼吸作用。在潮濕條件下使用的電機產品,由于這種呼吸作用吸入潮氣,長期凝結成水在殼內積聚起來,也是屢見不鮮的。 

     

    三、潮濕對不同類型的樣品產生的劣化效應

    樣品受潮的形式一般有二種:一種是表面受潮,它通常是由凝露和表面吸附引起的;另一種是體積受潮,它是由水蒸氣擴散和吸收現象引起的。有時吸附在樣品表面的水分達到一定程度,也會加快體積受潮的速度。對有空腔的封閉類型的樣品,其內部雖然不直接接觸高濕條件,但由于試驗溫度的變化造成的呼吸作用,會使外部的潮氣通過間隙或裂縫進入內部,造成內部受潮。同時,擴散和吸收現象也可以使潮氣通過縫隙進入封閉殼內。此外,對于某些有機材料的外殼,當擴散現象所引起的吸潮達到穩定以后,潮氣便可以穿過外殼滲透進入殼內。表面和體積受潮造成樣品的劣化效應,指機械性能(尺寸和強度)和非機械性能(電性能和其他性能);兩種變化。

     

    四、濕熱試驗條件與實際潮濕環境間的關系

    濕熱試驗的溫濕度條件一般是模擬實際環境中較為罕見的條件,且其作用持續時間也比實際環境中要長得多。所以從模擬性來說,它較自然條件嚴酷,對樣品是有加速作用的。根據上面討論的幾種物理現象所引起的受潮機理可以看出,不同材料和結構的樣品,試驗結果是不完全一樣的。所以,一個普遍通用的人工濕熱試驗方法要求取統一的加速系數是困難的。只有對某一特定或單一性質的樣品,經過分析和試驗比較后,才能確定一個較為合適的加速系數。濕熱環境的分級與試驗嚴酷等級的對應關系,是多年來沒有完全解決的問題。人工濕熱試驗方法的嚴酷等級是由試驗條件和試驗周期數組成的。試驗條件一般對應于樣品實際使用環境條件,而試驗周期數的選擇比較復雜。通常,試驗周期數是根據樣品的特征及濕熱對其主要機理影響綜合分析以后確定的。一般要與自然或現場運行試驗的結果對比,找出相互之間的關系后,才能選擇合適的周期數。但是,到目前為止,即使在國際上也尚未得出一個普遍適用的數學模式,來表達人工濕熱試驗與自然條件間的關系。所以,雖然在試驗方法標準中推薦了優先選用的周期數,但在實際應用中,仍然存在著許多問題。

    濕熱試驗周期的多少是產品長期貯存周期最可靠的依據?,F有認識表明,特別是在庫存中,影響腐蝕的基本的和最重要的因素是庫房中的相對濕度。在相對濕度低時,隨溫度的增加,腐蝕速度增加并不快。它們遵循著這樣一個經驗關系式:

    式中:A——銹蝕度

    H——相對濕度(%)

    t ——大氣溫度(℃)

    k ——與金屬材料的種類有關的常數

    按這個關系式,可得到不同金屬材料在不同條件下的銹蝕度。按這個關系式,大氣中相對濕度(H)為65%時,銹蝕度A=0,也就是說金屬材料在這種條件下不會銹蝕。但相對濕度大于65%時,金屬就會銹蝕,并隨濕度、溫度的增加,銹蝕度急劇增加。

    無論是長期貯存還是加速腐蝕試驗,另一種常見的是點狀基體腐蝕。大多數是由于浸漆、包裝生產過程中的磕碰、熔洞過程中的“夾雜”(大多數為夾鐵)、沖壓過程中由于磕碰、劃傷造成的“夾灰”,而在表面處理前未能發現修復的表面。因而點狀銹蝕也是最難杜絕的一種腐蝕源。交變濕熱試驗中降溫階段的呼吸作用,對某些類型的樣品來說是較為明顯的,因此,在試驗方法中特別強調了降溫速度和濕度的問題。交變濕熱中較大的溫度變化幅度、降溫時較高的相對濕度以及高濕持續作用時間長,會加劇絕緣受潮。 

     

    五、濕熱試驗的意義

    恒定濕熱通過先升溫再升濕(先降濕再降溫)的方法避免產生凝露,主要是通過高溫高濕環境下樣品對水汽吸附、吸收和擴散等作用,造成產品失效。

    交變濕熱則是在高濕條件下,利用溫度循環引起的凝露和干燥的交替過程,使進入樣品內部的水汽產生呼吸作用,從而使腐蝕過程加速。 

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    來源:Internet

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