产品三防设计

结构工程师培训产品三防设计专项目录1.三防概述2.三防设计方法3.三防设计应用及案例分析1.三防概述1.1三防定义：-防湿热、防霉菌、防盐雾-国外通称防腐蚀-凡是由环境（大气环境或平台环境）引起的设备故障都属于防护范畴1.2三防设计发展：-时间方面，后期补救到前期设计-内容方面，工艺防护到系统设计（优选材料，结构设计，工艺防护）-形式方面，随意设计到规范设计2.三防设计方法2.1三防设计总则2.1.1产品应用环境分类2.1.2三防设计中的结构件分类2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择2.1.4环境类型与对应的可选用基体材料2.1.5环境类型与对应的可用防护性表面膜层2.2各类环境中三防设计2.2.1A类环境下的三防设计2.2.2B类环境下的三防设计2.2.3C类环境下的三防设计2.3包装的三防设计2.1三防设计总则产品设计的全过程中应始终注意腐蚀控制问题，即在方案论证、技术设计、材料与工艺选择、研制和生产过程中都要考虑腐蚀及其控制。产品设计时，主要从以下方面综合考虑腐蚀控制问题：环境条件、结构设计、材料选择、金属腐蚀与预防、表面防护、有效的防护包装。环境类型环境(自然)类型的说明A类受控环境---温湿度受控的室内或被密封的有限空间内B类不受控的环境---偶尔会R.H100%如仓库,地下室,户外简单遮蔽等C类恶劣环境---海上舰船,岛屿或污染源附近（海洋、盐水湖3.7公里内；冶炼厂、煤矿、热电厂等重污染源3公里内；化工、橡胶、电镀等中等污染源2公里内；食品、皮革、采暖锅炉等轻污染源1公里内）2.1.1产品应用环境分类从环境类型角度看：A类环境中：只有II型结构件；B类环境中：不受控房间内的都是II型结构件；室外（包括只有简单遮蔽）的产品外壳等属于I型结构件；C类环境中：外壳一定是I型结构件。而无论何种外环境下，封闭的外壳内的零件都属于II型结构件，而且这些内部II型结构件所处的小环境都是属于A类环境。分类定义Ⅰ型结构件安装在室外设备上、能与外界空气直接接触的外露的零件Ⅱ型结构件除Ⅰ型结构件外，不与外界空气直接接触的零件2.1.2三防设计中的结构件分类金属材料---钢材分类常用牌号1冷轧钢板碳素结构钢0808F2热轧钢板碳素结构钢Q235ASPHC（薄板＜2.5mm）3预镀钢板电镀锌（耐指纹）DX24热浸锌5覆铝锌板（热浸镀铝锌合金）铝的含量不同，其性能有差异6镀锡板（马口铁）7不锈钢板奥氏体（普通、镜面、磨砂、拉丝）303、304、316、1Cr18Ni9Ti8弹簧钢带65锰、不锈钢65MnSUS301（1Cr17Ni17）2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---钢材常用材料对比：冷轧钢板与耐指纹镀锌钢板耐指纹镀锌钢板表面有一层薄的锌层（常用型号的锌层厚度约2.8微米）和极薄的防手印有机涂层，对钢基体有一定保护作用，但其防护能力很有限，用这种板材制作的零件表面耐蚀能力远不及符合质量要求的镀锌彩色钝化的冷轧钢零件。耐指纹镀锌钢板钣金零件的切口断面由于没有了保护层，极易出现锈蚀，而对这种缺陷在加工时较难采取措施进行有效防护。当有焊接时，镀锌钢板容易留下难看的高温烧蚀痕迹，除非涂上有机涂层加以掩盖、否则只能保留而影响外观和该处的导电性；冷轧板零件则可通过打磨后电镀来消除这一现象。当要求局部喷涂（即局部表面要求导电）时，若用冷轧板镀锌后喷涂，则无涂层区域上的彩色钝化膜会因高温过程而大大降低保护能力；而镀锌钢板上的耐指纹膜一般不会受到影响。因此这种情况下二者表面的耐蚀性能接近。两种材料中冷轧钢板价格较低，但一般需电镀处理，故加工工序多、周期长。2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---钢材基材表面处理防护原理耐蚀性（中性盐雾试验）注意事项预镀钢板（预镀）预镀锌膜厚1~3微米热镀锌膜厚5~20微米平板面24h无腐蚀限A类使用，切口边会锈蚀，须隐蔽。冷轧板或钢件电镀锌镀层厚6~12微米（A）镀锌镍层10微米（B、C）Cr+6钝化-----168hCr+3钝化-----72/48h对手汗敏感；高温钝化层破坏耐蚀下降。镀铜+镍Fe/Ep.Cu20Ni3048~72h耐磨、装饰镀铜+镍+铬Fe/Ep.Cu20Ni30Cr0,348~72h耐磨不锈钢钝化选用奥氏体材料48h优选304、316或1Cr18Ni9Ti钢板（件）磷化（或镀锌）+喷漆、（喷粉）厚度80~120微米500h户外构件需热浸锌+有机涂层（重防护）2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---铝材铝及铝合金的耐蚀性：纯铝＞防锈铝＞锻铝＞压铸铝＞硬铝铝材料价格：硬铝＞锻铝＞防锈铝＞纯铝＞压铸铝根据结构特点及功能要求铝及铝合金的选用原则是：•无承力要求及导电件选用纯铝；•有一般承力要求的钣金件可选用防锈铝；•铝型材及机加工件例如：选用锻铝6061或6063；•压铸铝合金应选用YL102，而尽量不用ADC12（含铜）。2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---铝材铝材分类型号及状态应用场合型号纯铝1100—H24非受力件，耐蚀好防锈铝Al--Mg5A065052---H32中等受力件，耐蚀好6061-T66063、6061厚板机加工件,高强度用6061-T6;挤出成型用6063/6061锻铝Al-Mg-Si压铸铝合金（Al-Si）YL102,A360耐蚀性好，流动性差（Al-Si-CU）ADC12,A380耐蚀性差，流动性好强度好硬铝Al-Zn-Mg-Cu7075耐蚀性差，强度高2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---铝材表面处理防护原理耐蚀性（中性盐雾试验）注意事项铝板压铸铝无色化学氧化铬酸盐氧化膜，低于1μ，致密100h无腐蚀48h表面导电阳极氧化膜厚大于6微米240h以上（不能）表面不导电化学镀镍化学镀膜层均匀通常用其特殊功能而不要求耐蚀性；当膜厚30微米时，有可能通过96h。可焊性镀金/镀银镍底层起屏蔽保护作用镀金：72h无腐蚀；钎焊不要求镀银：不要求，应考虑防变色。无特别要求，必须镍底层。喷涂(漆)有机涂层500h以上无蚀点2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---铜材材料型号表面处理耐蚀性注意事项紫铜(纯铜)T2-M(Y)T3-Y(M)钝化,镀镍,镀锡,镀银,镀金良好高导电或导热零件黄铜(铜锌)H62钝化,镀镍,镀锡,,镀银,镀金良好紧固件,一般导电及连接器用青铜(铜锡磷)(铍铜)QSn6.5-0.4-YQBe2-Y钝化,镀银,镀金良好电连接,EMC,连接器白铜(铜镍)BZn18-18良A类环境下屏蔽罩(可焊)2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料---铜材常用材料对比：紫铜与黄铜•二者的耐蚀能力相似，在大气中都有较好的抗蚀性，但会受含硫或氨的大气影响。•黄铜强度高、易加工、价格低，故在电、热性能都满足要求的情况下可尽量多选用黄铜。2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择金属材料常用金属材料耐腐蚀性能对比：•材料本身在大气中的耐蚀能力为纯铝＞防锈铝＞奥氏体不锈钢＞黄铜＞纯铜＞压铸锌合金＞碳钢•表面预镀的冷轧碳钢板材料表面抗腐蚀性能为：耐指纹电镀锌钢板＞覆铝锌板＞热镀锌钢板2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择非金属材料---橡胶材料名称主要优点主要缺点应用范围硅橡胶(高抗撕)1.使用温度-60~180℃；2.电性能、耐候性好；3.可粘接。耐油性差防水密封垫,“O”形圈,高频,微波部件的密封,EMIS衬垫。三元乙丙胶(EPDM)1.力学性能好,使用温度范围宽；2.耐候性好；3.耐高压及耐电弧性好。阻燃性差粘接性差户外产品密封件,耐高压垫片氯丁橡胶1.力学性能,耐候性,阻燃性好，2.易粘接，3.耐油。可能是“硫”源.耐寒性差,密度大,电性能差。克氯丁泡棉用于低应力密封条.丁腈胶1.耐油，2.耐温可在130℃长期工作耐候性差不耐臭氧油封件2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择材料代号特点适用范围PMMA372有极好的透明度。机械强度也较高，有一定的耐热性，耐寒性，耐侯性，耐腐蚀，绝缘性能良好。制品尺寸稳定，易成型。缺点是质较脆，易溶于有机溶液，做为透光材料，表面硬度不够，易搽毛。就其综合性能看，优于聚苯乙烯等一般塑料。透明罩/板、灯。ABSABS是一种三元共聚物，因此兼有三种单体材料的共同性能，使其具有“坚韧，质硬，刚性”的材料。ABS树脂具有较高的冲击韧性和机械强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成型和机加工等特点。表面还可电镀；但其耐侯性差。另外，ABS与PMMA372有机玻璃熔接性良好，可作双色成型塑件。各种内部结构件PC/ABS与ABS相比：强度高，电绝缘性较好，吸水率降低。各种面板、承力结构件PA力学性能优异，冲击韧性好，有弹性，耐磨性和自润滑性好，耐油、抗菌、抗霉，但吸水性强，尺寸稳定性差，。固定夹、卡箍等PC耐冲击韧性优于一般塑料，尺寸稳定性好，具有优良的综合性能，耐热温度120°C，耐寒为-100°C才脆化，耐磨性、耐腐蚀性、耐大气老化性良好，电绝缘性优良，物品精度高。但易产生应力开裂，加工要求较高。面膜等PPS极优异热稳定性，耐介质优，自熄性，尺寸稳定，抗蠕变性优良，吸水性低，但加工温度高。使用温度-60℃~+220℃绝缘插座、开关、接线架非金属材料---塑料2.1.3常用材料的防腐性能对比和选择A类环境B类环境C类环境II型结构件II型结构件I型结构件I型结构件冷轧钢板√√○×热轧钢板√√○○预镀钢板√○○×奥氏体不锈钢√√√√铝√√√√铜√√√√注：√----表示可以选用；×----表示不允许选用；○----表示有条件限制（特别的表面防护措施）选用2.1.4环境类型与对应的可选用基体材料注：√----表示可以选用；×----表示不允许选用；①----户外涂层可以用在室内、但成本高A类环境B类环境C类环境II型结构件II型结构件I型结构件I型结构件户外型粉末涂层√①√①√√室内型粉末涂层√√××丙烯酸油漆涂层√√√√热浸锌√√√×电镀锌彩色钝化√√××镀镍√√××镀铬√√××铝阳极氧化√√√×铝彩色化学氧化√√××铝无色化学氧化√√××2.1.5环境类型与对应的可用防护性表面膜层2.2各类环境中三防设计2.2.1A类环境下的三防设计2.2.1.1结构形状与尺寸2.2.1.2结构件材料的选择2.2.1.3表面防护工艺选择2.2.2B类环境下的三防设计2.2.2.1典型结构特别要求2.2.2.2结构形状与尺寸2.2.2.3结构件材料的选择2.2.2.4表面防护工艺选择2.2.3C类环境下的三防设计2.2.1A类环境下的三防设计2.2.1.1结构形状与尺寸避免尖角•避免凸出的棱角，也要避免尖锐的凹角；•可能的话，拐角处尽量做成流线性、且内角半径尽可能大；•一般折弯半径不能低于0.5mm，厚度低于1.0mm的薄板折弯半径不能低于0.3mm；•可能时，应规定加工精度、切口尖角度（或毛刺高度）、倒内圆角尺寸等。2.2.1A类环境下的三防设计2.2.1.1结构形状与尺寸避免凹凸不平的平面•由于“拉丝”或“喷砂”都是使表面粗化而形成一定的装饰纹路，因此除非确实有装饰需要、否则不建议采用“拉丝”或“喷砂”处理；而且只允许在铝材、不锈钢材料表面应用。目前装饰用的拉丝或喷砂表面粗糙度分别为：拉丝Ra为1.7~2.7mm；喷砂Ra为1.4~2.0mm。•应规定预防划痕的措施；规定表面的不平度；规定在制造过程中避免产生深的加工刻痕（或选择适当的装配方法），以防止形成应力集中源。宁可采用简单的、致密的、光滑的表面，并具有理想的外形、布局和转角，而不采用复杂的不规则形状和粗糙表面。•要求电镀光亮镀层作装饰的表面，应规定其表面粗糙度Ra不大于0.8μm2.2.1A类环境下的三防设计2.2.1.1结构形状与尺寸避免积水结构•不应形成凹形，减少腐蚀机会。如：平面转接处应向下平滑；设备的外罩恰当地倾斜，使水流走；在可能积水和留存湿气的空间，应开设排水孔和排气孔•需要表面处理的零件应尽量避免肓孔。若不可避免，孔或槽的深度应尽可能在其宽度（或直径）的50％以内，宽度或直径应尽量大2.2.1A类环