[转帖]俄、美光电军品表面处理的设计

今天，无论军品还是民品，表面精饰在产品中越来越发挥着不可忽视的作用，它不仅赋予产品装饰性的外观，更重要的是还起着防腐防锈、延长产品使用寿命，并对部分零部件具有特殊功能作用。笔者在接触、消化、分析俄方和美方资料及样品中，感到国内光电行业在表面处理设计与工艺上与俄罗斯、美国还有差距和许多不足之处，现将我们的看法列出，供光电产品表面处理行业在今后发展中参考。
1. 对俄、美方产品表面处理的设计分析
（1）广泛采用耐腐蚀性高的镀镉层
　　镀镉层属阳极镀层。钢铁件上的镀镉层在室温和干燥的空气中几乎不发生变化，但在海洋和潮湿高温大气环境中易氧化，生成一层薄膜覆盖于表面，能防止金属被氧化。从防护角度出发，隔镀层对钢铁基体起着机械和电化学双重保护作用，因此被航空、航天、航海及无线电和电子产品所采用，其防蚀性能大大优于锌镀层，这便是俄美在产品外露件上广泛采用镉镀层的原因所在。我国光电行业部分光学厂家早已取消了镀镉工艺，主要原因是镀镉工艺有毒，镉污染危害大，废水处理困难，镀液成本高（约为镀锌的5倍），因而在设计上往往用镀锌层代替。而镀锌层的耐蚀性能大大低于镉镀层，镀锌件产品往往在库存或装配过程中、在环境试验（特别是盐雾试验、湿热试验）中、在使用和存放过程（特别是沿海条件）中都不同程度地发生粉化、退色、长白毛等现象，产品在海洋潮湿环境中使用情况更为严重。而我国现在的军用光电产品的使用环境主要在沿海地区，因此，建议在海洋气候条件下尽可能选用镉镀层，不应用镀锌层代用，同时，在工艺上，还要采取镀镉后磷化、喷涂有机膜层的措施，使之在海洋气候条件下，有足够的防护效能。
（2）电子元器件和焊接件采用锡铋合金镀层
　　俄、美方产品上的导电片、卡线夹、接线片、插孔触片、线座等电子元器件上广泛采用锡铋合金镀层，镀层中铋的质量率在2%左右，这对于国内通常采用镀锡层、铅锡层而言是一个重要的突破。镀锡层具有良好的导电焊接性能，但锡镀层从－13℃起结晶开始发生变异，到－30℃将完全转变为一种非晶型的同素异构体（α锡或灰锡，俗称锡瘟），显然，这对于电子元器件是一个极大的危害，而锡铋合金镀层能有效地制止这种变异。同时，锡铋合金镀层是理想的焊接镀层，其焊接性能比镀锡层好；锡铋合金镀层表面结晶致密，空隙率小，故抗氧化能力增强；锡和铋的熔点相差不大，所形成的低共熔点锡铋合金，降低了焊接的工作温度，可防止对热敏感元器件产生的热应力伤害。因此，锡铋合金镀层在国外已广泛应用于工业上。而我国这方面的研究工作在90年代初刚起步，1998年才有这方面的论文报道, 目前还未寻找出一种使镀层结晶细致，耐温范围宽的络合添加剂。用锡铋合金镀层取代锡镀层，应成为军用光电行业产品在电子元器件上表面处理的发展方向。
(3)在铝质零件上视需要采用黑色阳极氧化
　　在我国光电行业中，只要遇到铝件表面处理，99％以上的零件都会设计成Al／Et·A（S）St3·Cl（BK），即硫酸阳极氧化、着黑色。在光电行业通俗说成黑色阳极氧化。俄、美方产品中，除与光学系统接触件及在光路中镜体类零件为达到遮光效果，采用黑色阳极氧化工艺技术外，对于铝硅铸件，一般都不采用或慎用。在本体、壳体等外部铸件一般采用阳极氧化·铬酸盐封闭工艺，有些部件还采用铝的铬酸盐化学转化处理，其效果不错。这就克服了铝硅铸件因气孔、砂眼、疏松、缩孔等疵病在黑色阳极氧化中所出现的白斑、花斑等现象。这种质量疵病是我国光电行业表面工程技术上的难题，曾采用多种方法而未能消除。其实这种黑色膜对产品功能也无作用。同时，视需要不同还采用铬酸阳极氧化、硬质阳极氧化、热水封闭等方法。为了提高零件气密性、强度及密封微小铸造缺陷而在铸件上普遍采用真空浸渍处理方法。显然，俄、美方的设计者是有的放矢，而不是盲目选用，这应引起我们设计者的借鉴。
（4）关于氧化—磷化
　　氧化磷化是俄方在光电产品上一种传统工艺技术，其目的是解决精铸件在钢铁氧化中因夹渣，疏松、缩孔产生碱液渗透，使零件在装配或使用过程中产生泛碱、冒白霜等质量问题。我国光学行业在60年代初期，曾采用过这种技术，后逐渐被淘汰，被一种称为黑色磷化的工艺技术所替代。黑色磷化膜层结晶细致，厚度5μm左右，不影响零件尺寸精度及粗糙度，耐蚀性能是钢铁氧化膜的5倍以上，能有效地解决精铸件在氧化中的泛碱、冒白霜等质量问题。但在应用中发现其黑度不够，与钢铁氧化的黑色相差甚远，黑色磷化的黑色是相对其他磷化膜比较而言，仍为灰黑色。同时，老工艺操作难度大，改进后的新工艺加工成本偏高，此类问题使设计和工艺人员不够满意。为此，在90年代，表面处理工作者又设计出四氟处理，氧化着色磷化等工艺方法。虽然这两种膜层黑度不错，但在应用上仍受到限制，四氟处理膜层主要问题是不耐酒精乙醚混合液擦洗，这给装配在擦拭与光学零件接触的工件时带来不利，很容易污染清洁度要求高的玻璃。着色磷化膜的附着力尚不理想，特别对于精度高和粗糙度低的零件，着色磷化膜往往出现明显粗糙和亮晶体，在光学产品清洗过程中还出现变色现象，而这些又都是光学产品十分忌讳的。如何处理好俄方至今保留的氧化磷化工艺技术，仍是设计和工艺人员值得商讨的问题。近年来，我厂开发的复合磷化膜技术，其耐蚀性超过黑色磷化膜，黑度在磷化膜与钢铁氧化膜之间，值得在光电产品上推广应用。
（5）涂漆层向薄的方向发展
　　值得提出的是，俄方在涂漆层上也不同于50年代原苏联援华时所提供的工艺方案，而是采用薄的涂漆层（厚度约30μm）和性能优异的漆种。截止目前我国光电行业仍沿用原苏联提供的“底漆／腻子／面漆／腻子／面漆／面漆”的油漆层施工方案。涂漆层厚度经常达到lmm左右，加上腻子层和返修，其厚度可观。产品外观油漆层经常发现掉漆现象，尽管用漆修补缺陷，但整个产品外观仍然难看。笔者认为：要采用薄的涂漆层，且外观要达到Ⅰ，Ⅱ类油漆层要求，必须具备两个条件，一是铸造和机械加工水平要高; 二是涂料本身的质量要好。对于前者，若铸件表面质量差，只得靠抹腻子来弥补，这是很笨重并已被国外淘汰的办法。俄方也很重视喷漆前工件本身的外观质量，对于影响外观形象的铸件如本体，上、中、下镜体等非加工表面，在机械加工中还特别设计了为提高表面平整度而进行的机加工序，使基体表面平整光滑，有棱有角，改变了过去只注重机械尺寸而不注重外观整体形象的工艺方法，这无疑是机械加工的作用和用途又向前扩展了一步，给喷漆件获得平整的外观，少采用或不用腻子层创造了条件。涂料本身的质量对于获得性能优异的油漆层也至关重要，要选择或研制性能优异（一般指附着力、细度和三防性能）的涂料。由于涂料工业的发展迅速，很多新漆种相继上市，大油漆厂家对生产氨基漆已不感兴趣，小厂或个体厂家制造材料和质量又得不到保证，成为涂层质量下降的一个重要原因。美国在70年代的光电产品中，就已采用了性能优异、施工简便的丙烯酸聚氨酯漆。80年代中期，美军为了使装甲和军用车辆伪装满足防化学战剂及耐海洋性气候的防蚀要求，开始研究环氧底漆、酯肪族聚氨酯面漆的军用伪装涂料，用于美军及北大西洋公约组织成员国的军用装备。而80年代我国刚研制这一品种，现在该漆种已被民用产品广泛应用。直言不讳地说，我国军民用光电产品的用漆原材料落后于家电工业和汽车工业的用漆，这方面应引起设计者们的注意。
　　在工艺上，俄、美方由于具备了基体质量好、涂料性能好两个条件，使油漆层变得简便，不是采用一底几面的方法，而是将基体表面平整度保证后，一底一面就解决问题，从理论上保证了油漆层的附着力强、薄而耐用。俄美方在铝质零件上的施工，不喷底漆，而直接喷面漆，这也是很科学的。因为铝质零件一般要进行阳极氧化处理，而阳极氧化膜因其多孔性而吸附性能强，在一定时间内对油漆层有良好的吸附力，比用底漆来增强漆层附着力的效果好。我厂在氨基漆施工中已改变了过去喷底漆的施工方案，规定铝件阳极氧化24h内要喷上第一遍面漆，效果不错。俄方在锤纹漆选用上，采用了涂深灰色大花锤纹漆，给人一种真实立体锤纹感，同时能有效地掩蔽基体表面缺陷，所采用的油漆本身质量和成膜物质也优于我们目前所采用的漆种。
（6）其他方面
　　俄、美方在整机设计上，从防腐蚀角度出发，还考虑到了材料与材料间的金属接触电偶问题；为消除电位差和原电池效应而采用导电化学转化膜层；为增强气密性和强度进行真空浸渍处理；采用性能优异的化学镀镍层代替镀镍；在电镀件、磷化膜上为增强耐蚀性能进行加膜封闭处理等等，为提高表面质量，俄、美方很注重表面处理前零件的预处理质量，基本上所有零件在进入表面处理车间后都进行电刚玉振动光饰、滚光、电化学抛光、超声波清洗等工序，这些都值得我们借鉴。
2. 结束语
　　总之，俄、美方在光电产品表面处理设计与工艺中，充分考虑到了防腐问题和生锈问题。从防护装饰角度出发，为产品在恶劣气候条件下有较长时间的使用寿命提供了可靠保证。当前，军品防腐工作的使用条件处于高气温、高湿度、高盐雾的海洋性气候环境，条件十分恶劣，为部队提供高防腐性能的产品，是我们军工企业不可推卸的责任和重担。我们应该调整思路，对俄罗斯、美国的防腐技术加快消化吸收和应用，使之尽快武装我军装备并发挥其性能。提高我国光电产品的表面精饰质量。今天，无论军品还是民品，表面精饰在产品中越来越发挥着不可忽视的作用，它不仅赋予产品装饰性的外观，更重要的是还起着防腐防锈、延长产品使用寿命，并对部分零部件具有特殊功能作用。笔者在接触、消化、分析俄方和美方资料及样品中，感到国内光电行业在表面处理设计与工艺上与俄罗斯、美国还有差距和许多不足之处，现将我们的看法列出，供光电产品表面处理行业在今后发展中参考。
1. 对俄、美方产品表面处理的设计分析
（1）广泛采用耐腐蚀性高的镀镉层
　　镀镉层属阳极镀层。钢铁件上的镀镉层在室温和干燥的空气中几乎不发生变化，但在海洋和潮湿高温大气环境中易氧化，生成一层薄膜覆盖于表面，能防止金属被氧化。从防护角度出发，隔镀层对钢铁基体起着机械和电化学双重保护作用，因此被航空、航天、航海及无线电和电子产品所采用，其防蚀性能大大优于锌镀层，这便是俄美在产品外露件上广泛采用镉镀层的原因所在。我国光电行业部分光学厂家早已取消了镀镉工艺，主要原因是镀镉工艺有毒，镉污染危害大，废水处理困难，镀液成本高（约为镀锌的5倍），因而在设计上往往用镀锌层代替。而镀锌层的耐蚀性能大大低于镉镀层，镀锌件产品往往在库存或装配过程中、在环境试验（特别是盐雾试验、湿热试验）中、在使用和存放过程（特别是沿海条件）中都不同程度地发生粉化、退色、长白毛等现象，产品在海洋潮湿环境中使用情况更为严重。而我国现在的军用光电产品的使用环境主要在沿海地区，因此，建议在海洋气候条件下尽可能选用镉镀层，不应用镀锌层代用，同时，在工艺上，还要采取镀镉后磷化、喷涂有机膜层的措施，使之在海洋气候条件下，有足够的防护效能。
（2）电子元器件和焊接件采用锡铋合金镀层
　　俄、美方产品上的导电片、卡线夹、接线片、插孔触片、线座等电子元器件上广泛采用锡铋合金镀层，镀层中铋的质量率在2%左右，这对于国内通常采用镀锡层、铅锡层而言是一个重要的突破。镀锡层具有良好的导电焊接性能，但锡镀层从－13℃起结晶开始发生变异，到－30℃将完全转变为一种非晶型的同素异构体（α锡或灰锡，俗称锡瘟），显然，这对于电子元器件是一个极大的危害，而锡铋合金镀层能有效地制止这种变异。同时，锡铋合金镀层是理想的焊接镀层，其焊接性能比镀锡层好；锡铋合金镀层表面结晶致密，空隙率小，故抗氧化能力增强；锡和铋的熔点相差不大，所形成的低共熔点锡铋合金，降低了焊接的工作温度，可防止对热敏感元器件产生的热应力伤害。因此，锡铋合金镀层在国外已广泛应用于工业上。而我国这方面的研究工作在90年代初刚起步，1998年才有这方面的论文报道, 目前还未寻找出一种使镀层结晶细致，耐温范围宽的络合添加剂。用锡铋合金镀层取代锡镀层，应成为军用光电行业产品在电子元器件上表面处理的发展方向。
(3)在铝质零件上视需要采用黑色阳极氧化
　　在我国光电行业中，只要遇到铝件表面处理，99％以上的零件都会设计成Al／Et·A（S）St3·Cl（BK），即硫酸阳极氧化、着黑色。在光电行业通俗说成黑色阳极氧化。俄、美方产品中，除与光学系统接触件及在光路中镜体类零件为达到遮光效果，采用黑色阳极氧化工艺技术外，对于铝硅铸件，一般都不采用或慎用。在本体、壳体等外部铸件一般采用阳极氧化·铬酸盐封闭工艺，有些部件还采用铝的铬酸盐化学转化处理，其效果不错。这就克服了铝硅铸件因气孔、砂眼、疏松、缩孔等疵病在黑色阳极氧化中所出现的白斑、花斑等现象。这种质量疵病是我国光电行业表面工程技术上的难题，曾采用多种方法而未能消除。其实这种黑色膜对产品功能也无作用。同时，视需要不同还采用铬酸阳极氧化、硬质阳极氧化、热水封闭等方法。为了提高零件气密性、强度及密封微小铸造缺陷而在铸件上普遍采用真空浸渍处理方法。显然，俄、美方的设计者是有的放矢，而不是盲目选用，这应引起我们设计者的借鉴。
（4）关于氧化—磷化
　　氧化磷化是俄方在光电产品上一种传统工艺技术，其目的是解决精铸件在钢铁氧化中因夹渣，疏松、缩孔产生碱液渗透，使零件在装配或使用过程中产生泛碱、冒白霜等质量问题。我国光学行业在60年代初期，曾采用过这种技术，后逐渐被淘汰，被一种称为黑色磷化的工艺技术所替代。黑色磷化膜层结晶细致，厚度5μm左右，不影响零件尺寸精度及粗糙度，耐蚀性能是钢铁氧化膜的5倍以上，能有效地解决精铸件在氧化中的泛碱、冒白霜等质量问题。但在应用中发现其黑度不够，与钢铁氧化的黑色相差甚远，黑色磷化的黑色是相对其他磷化膜比较而言，仍为灰黑色。同时，老工艺操作难度大，改进后的新工艺加工成本偏高，此类问题使设计和工艺人员不够满意。为此，在90年代，表面处理工作者又设计出四氟处理，氧化着色磷化等工艺方法。虽然这两种膜层黑度不错，但在应用上仍受到限制，四氟处理膜层主要问题是不耐酒精乙醚混合液擦洗，这给装配在擦拭与光学零件接触的工件时带来不利，很容易污染清洁度要求高的玻璃。着色磷化膜的附着力尚不理想，特别对于精度高和粗糙度低的零件，着色磷化膜往往出现明显粗糙和亮晶体，在光学产品清洗过程中还出现变色现象，而这些又都是光学产品十分忌讳的。如何处理好俄方至今保留的氧化磷化工艺技术，仍是设计和工艺人员值得商讨的问题。近年来，我厂开发的复合磷化膜技术，其耐蚀性超过黑色磷化膜，黑度在磷化膜与钢铁氧化膜之间，值得在光电产品上推广应用。
（5）涂漆层向薄的方向发展
　　值得提出的是，俄方在涂漆层上也不同于50年代原苏联援华时所提供的工艺方案，而是采用薄的涂漆层（厚度约30μm）和性能优异的漆种。截止目前我国光电行业仍沿用原苏联提供的“底漆／腻子／面漆／腻子／面漆／面漆”的油漆层施工方案。涂漆层厚度经常达到lmm左右，加上腻子层和返修，其厚度可观。产品外观油漆层经常发现掉漆现象，尽管用漆修补缺陷，但整个产品外观仍然难看。笔者认为：要采用薄的涂漆层，且外观要达到Ⅰ，Ⅱ类油漆层要求，必须具备两个条件，一是铸造和机械加工水平要高; 二是涂料本身的质量要好。对于前者，若铸件表面质量差，只得靠抹腻子来弥补，这是很笨重并已被国外淘汰的办法。俄方也很重视喷漆前工件本身的外观质量，对于影响外观形象的铸件如本体，上、中、下镜体等非加工表面，在机械加工中还特别设计了为提高表面平整度而进行的机加工序，使基体表面平整光滑，有棱有角，改变了过去只注重机械尺寸而不注重外观整体形象的工艺方法，这无疑是机械加工的作用和用途又向前扩展了一步，给喷漆件获得平整的外观，少采用或不用腻子层创造了条件。涂料本身的质量对于获得性能优异的油漆层也至关重要，要选择或研制性能优异（一般指附着力、细度和三防性能）的涂料。由于涂料工业的发展迅速，很多新漆种相继上市，大油漆厂家对生产氨基漆已不感兴趣，小厂或个体厂家制造材料和质量又得不到保证，成为涂层质量下降的一个重要原因。美国在70年代的光电产品中，就已采用了性能优异、施工简便的丙烯酸聚氨酯漆。80年代中期，美军为了使装甲和军用车辆伪装满足防化学战剂及耐海洋性气候的防蚀要求，开始研究环氧底漆、酯肪族聚氨酯面漆的军用伪装涂料，用于美军及北大西洋公约组织成员国的军用装备。而80年代我国刚研制这一品种，现在该漆种已被民用产品广泛应用。直言不讳地说，我国军民用光电产品的用漆原材料落后于家电工业和汽车工业的用漆，这方面应引起设计者们的注意。
　　在工艺上，俄、美方由于具备了基体质量好、涂料性能好两个条件，使油漆层变得简便，不是采用一底几面的方法，而是将基体表面平整度保证后，一底一面就解决问题，从理论上保证了油漆层的附着力强、薄而耐用。俄美方在铝质零件上的施工，不喷底漆，而直接喷面漆，这也是很科学的。因为铝质零件一般要进行阳极氧化处理，而阳极氧化膜因其多孔性而吸附性能强，在一定时间内对油漆层有良好的吸附力，比用底漆来增强漆层附着力的效果好。我厂在氨基漆施工中已改变了过去喷底漆的施工方案，规定铝件阳极氧化24h内要喷上第一遍面漆，效果不错。俄方在锤纹漆选用上，采用了涂深灰色大花锤纹漆，给人一种真实立体锤纹感，同时能有效地掩蔽基体表面缺陷，所采用的油漆本身质量和成膜物质也优于我们目前所采用的漆种。
（6）其他方面
　　俄、美方在整机设计上，从防腐蚀角度出发，还考虑到了材料与材料间的金属接触电偶问题；为消除电位差和原电池效应而采用导电化学转化膜层；为增强气密性和强度进行真空浸渍处理；采用性能优异的化学镀镍层代替镀镍；在电镀件、磷化膜上为增强耐蚀性能进行加膜封闭处理等等，为提高表面质量，俄、美方很注重表面处理前零件的预处理质量，基本上所有零件在进入表面处理车间后都进行电刚玉振动光饰、滚光、电化学抛光、超声波清洗等工序，这些都值得我们借鉴。
2. 结束语
　　总之，俄、美方在光电产品表面处理设计与工艺中，充分考虑到了防腐问题和生锈问题。从防护装饰角度出发，为产品在恶劣气候条件下有较长时间的使用寿命提供了可靠保证。当前，军品防腐工作的使用条件处于高气温、高湿度、高盐雾的海洋性气候环境，条件十分恶劣，为部队提供高防腐性能的产品，是我们军工企业不可推卸的责任和重担。我们应该调整思路，对俄罗斯、美国的防腐技术加快消化吸收和应用，使之尽快武装我军装备并发挥其性能。提高我国光电产品的表面精饰质量。