GBT2424.2-1993电工电子产品基本环境试验规程湿热试验导则.pdf 10页

'中华人民共和国国家标准电工电子产品基本环境试验规程湿热试验导则GB/"r2424.2一93Basicenvironmentaltestingproceduresfor代替GB24242吕工electricandelectronicproductsGuidancefordampheattests本标准等效采用IEC68-2-28((环境试验第2部分:试验—湿热试验导则》(199。年第三版)’」1主题内容与适用范围本标准介绍了湿热环境、产生湿度的方法、湿度的物理现象、物理过程的加速、恒定湿热试验与交变湿热试验的比较和试验环境对试验样品的影响等。本标准供制订电工电子产品标准时，选用适当的试验方法和严酷等级之用;也可供产品设计、制造及试验人员了解湿热试验的物理意义、作用机理等，以保证试验结果的模拟性和再现性。湿热试验主要用于确定电工电子产品对湿热环境的适应性(不论是否出现凝露)，特别是产品的电气性能和机械性能的变化情况;也可用于检查试验样品耐受某些腐蚀的能力。2引用标准GB2422电工电子产品基本环境试验规程名词术语GB2423.3电工电子产品基本环境试验规程试验C。恒定湿热试验方法GB2423.4电工电子产品基本环境试验规程试验Db:交变湿热试验方法GB2423.9电工电子产品基本环境试验规程试验Cb:设备用恒定湿热试验方法GB2423.34电工电子产品基本环境试验规程试验Z/AD,温度/湿度组合循环试验方法G132424.1。电工电子产品基本环境试验规程大气腐蚀加速试验的通用导则GB4797.1电工电子产品自然环境条件温度GB4798.1^-4798.10电工电子产品应用环境条件3湿热环境条件空气的温度和相对湿度是气候因素，二者以不同数值的组合，在产品贮存、运输和使用期间，始终对产品产生影响。多年的气象数据表明，在自由空气条件下，除极端气候区(如波斯湾)外，相对湿度不低于95%,温采用说明:1_本标准删去IEC68-2-280990)第3条定义，有关术语及定义见GR2422《电工电子产品基本环境试验规程名词术语》。国家技术监督局1993一11一19批准1994一0701实施 GB/T2424.2一93度高于30"C的温湿度组合不会长期出现。在自然环境条件下.我国湿热地区的分类见GB4797.1’一在一般住宅和厂房内，气温可能会高达30(、以上，但在大多数情况卜同时出现的相对湿度却比户外低不同应用场所各种环境条件「的温度和湿度数据见GB4798.1^4798.10"]0在化工、冶金、采矿和电镀等工)‘的一些潮湿房间内，环境条件比较特殊，温度可能高达45C，同时出现的相对湿度长期达10000a放置在特定条件下的一些设备也可能在高温条件下承受95%以卜的相对湿度，尤其是当这些设备放在不通风的封闭场所如车辆、帐篷或飞机座舱中时，由于吸湿材料释放的水气、人的呼吸和出汗、少匕盖的盛水容器中水的蒸发或其他湿源所形成的高相对湿度可能与太阳照射引起的高温同时出现。在有数个热源的房间内，不同地方的温度和相对湿度可能有差别。大气污染在许多地方几乎都存在，它可能强化潮湿气候对产品的作用，例如各种腐蚀性气体与潮气的共同作用会加剧金属腐蚀的速度;某些容易吸收水分的尘埃会助长试验样品表面凝露或吸收水分，加剧表面绝缘性能的下降。某些材料受潮后长霉，也会使材料的表面电阻下降。鉴于湿热试验用的空气不应含有污染物质，因此，污染物质对被试产品的作用及影响试验结果的情况应引起注意。如要专门研究污染物质对产品的影响，则应采用适当的试验方法如气体腐蚀试验或长霉试验等4湿度条件的产生方法现在的湿热试验箱(室)有许多类型，装备有不同的湿度发生和控制系统，下面简要介绍各种加湿方法的原理及其优缺点。4.，喷雾加湿把去离户水或蒸馏水雾化成极细的微粒，喷入进入工作空间前的空气内并使其在进入工作空间前蒸发，从而使空气变潮湿。应避免直接把水雾喷入工作空17内。优点:系统简单、加湿迅速、维修量小。缺点:在工作空间内可能留有少量的气溶胶”注:1)气溶胶是具有超微小的液体或固体的粒子的气态悬浮液汤4.2蒸汽加湿把热的水蒸气喷入进入试验箱(室)工作空间前的空气内。优点系统简单、加湿迅速、水气量易于控制。缺点:输入蒸汽的同时也输入了热量，因而需要采取冷却措施但却产生减湿效应;同时，试验箱(室)内温度较低的物体上可能产生凝露。4.3挥发加湿4.3.1气泡挥发法使空气在通过盛水容器时变成气泡、逐渐被水蒸气饱和优点:系统简单;在气流不变时，改变水温则能方便地控制湿度。缺点:用提高水温的方法加湿有可能使工作空间的温度升高;由于水的热容量大，改变湿度时可能产生时间滞后;气泡破裂时可能产生少量的气溶胶。4.3.2表面挥发法使空气掠过大面积的水面而使空气加湿。表面挥发加湿有儿种不同的方法，例如，使空气反复掠过采用说明:门在IECs8-2-28(1990)中为见IEC721-1，本标准改用我国标准纠在IEC68-2-280990)中为见IEC721-3系列标准，本标准改用我国标准3{注为本标准所加 CB/"r2424.2一93l’#止的水面，或将水喷射到垂直表面上与空气逆间流动。优点:产生的气溶胶极少;利用改变水温的方法易于控制湿度。缺点:由于水的热容量较大，改变湿度时可能存在时间滞后现象。4.4水溶液加湿在恒定温度下，在小型的密封试验箱中标准水溶液的卜空能形成规定的相对湿度‘〕附录B给出厂丙三醇(甘油)和各种盐溶液能形成的相对湿度值。优点:方法简单，系统可靠。缺点:不适用于散热试验样品和吸湿量大的样品;不能在交变湿热试验中使用在设计不良的试验箱中盐粒可能淀积在试验样品表面上;在某些情况卜.例如在用按盐时，铰盐微粒对健康有害，并引起铜合金的应力腐蚀5湿度的物理现象5.1凝露i点温度取决于空气中水汽的含量。露点温度、绝对湿度和水汽压力气者之间存在着直接关系当把试验徉品放进试验箱(室)中时，如试验样品的表面!.度低于试验箱<室)中空气的露点温度.样品表面上就会出现凝露，因此，如欲避免凝露，必须对试验样品进行预热在条件试验期间，如要求试验样品表面产生凝露，就必须迅速提高空气中水分的含量和空气温度，使空气露点温度和试验样品表面温度之间达到某一差值。例如，在交变湿热试验的升温阶段，由于试验样品有一定的热时间常数其表面温度往往低于试验箱(室)内空气的露点温度.因此，试验样品表面卜产生凝露1“。如试验样品的热时问常数比较小，则只有在升温速率极快或相对湿度接近100%时才会出现凝露对于很小的试验样品，即使满足试验Db和试验Z/AD所规定的升温速率，也可能不会出现凝露.在升温期间，在热时间常数为r的试验样品表面r_产生凝露所需要的相对湿度由下式给出:*、>100{1一。.05r塑11Lit式中:RH相对湿度，%;试验样品的热时间常数,s;注:试验样品的热时间常数也与试验箱(室)中的风速有关AO试验箱(室)中空气温度的平均变化速率，〔!sDc例如，对于以25C/55C交变的湿热试验Db.酬一山-一7556-0X2560}0.0028C/s对于r=1min的小元件，保证产生凝露的相对湿度值则为99.2%0在温度下降到周围温度后，壳体内表面L可能会有少41凝露在毛细管中，即使相对湿度大大低于100yo.也可能产生凝露《卜采用说明:1,举例为本标准所加 Gs/"P2424.2一93通常，凝露的情况只能用肉眼观察的方法检查.但不一定十分有效，对表面粗糙的小试验样品尤其是这样5.2吸附吸附在试验样品表面上的水气分子的量取决于材料的类型、材料的表面结构和水汽压力的大小。由于吸附和吸收同时发生，而吸收效应通常更明显。因此，不容易单独评定吸附量的大小。5.3吸收材料吸收潮气的量在很大程度上取决于周围空气的含湿量、吸收过程在达到平衡前始终稳定地进行着。水分子渗入的速度一般随温度升高而增大。5.4扩散在电子工程中经常出现的扩散实例就是水蒸气透过有机密封材料进人壳体内部，例如进入电容器或半导体器件内部。5.5呼吸，〕由于温度变化引起试验样品空腔内外空气和水气的交流称之为呼吸。内有空腔的不良密封类型的试验样品，吸入的潮气使试验样品的内部结构受潮，或在空腔内凝结成聚集态的水。6物理过程的加速6门概述一般试验的目的是为了求得与在正常使用环境中会发生的相同的特性变化。加速试验的目的在于大大缩短试验时间获得与正常使用条件相类似的效果。但是必须强调指出。加速试验时，试验样品在严酷条件下的失效机理与正常使用条件下的失效机理是不同的。选取试验严酷等级时应考虑产品的设计使用极限条件和设计贮存极限条件吸收和扩散过程可能需要相当长的时间(几千小时)才能达到平衡状态，而凝露和吸附过程所需要的时间一般则相当短。6.2加速因子目前还不可能给出一个通用而有效的加速因子。在相对湿度给定的条件下，可用提高温度的方法实现湿热试验的加速作用。只有知道渗透速度、温度和水气压力三者之间的关系或建立起三者之间的经验公式后，才能确定加速因子的大小。对于比较试验，如果不同试验样品的失效机理相同，则允许使用高加速试验。在用恒定湿热试验模拟真实温湿度条件下的效果时，用下列方法之一就可以实现加速作用:a使用高于真实条件的温度和湿度或其中之一。b.如真实环境的特点是高温高湿和中等程度的温度和湿度条件交变循环，则只考虑高温高湿条件而忽略中等程度的温湿度循环。但在交变循环的情况下，样品具有干燥周期，而在恒定的情况下却没有这一特点，这可能影响该试验的有效性7恒定湿热试验和交变湿热试验的比较7.1恒定湿热试验C。和Cb试验Ca和Cb始终应在吸收和吸附起主要作用的场合下使用。当要求模拟温度和湿度基本保持恒定的潮湿环境条件时也应采用恒定湿热试验。7.1门试验Ca采用说明11IEC68-2-28(1990)无此条款。 GB/T2424.2一93试验Ca主要用于评价元件长期耐受潮M,环境的能力;但在许多场合中.也用于确定材料在潮湿亡气中保持电气性能的能力，评价封装元件和组件防止水汽扩散的能力和用于检测电气产品的缺陷7.1.2试验Cb试验Cb主要用于确定设备在不存在凝露的条件下对高湿条件的反应，特别适用于在安装阶段龙法预热但要求维持规定条件的大设备和被试设备外部与试验箱(室)有复杂连接的设备。设计试验程序时.除正在运行的温度低于试验空气露点温度的冷却装W-外，应使试验样品卜不出现凝露。在散热试验样品的试验中应能保证良好地模拟自由空气条件，并考虑试验样品的白身发热对样品周围环境的影响。了2交变湿热试验Db试验Db适用于以产生凝露或由于呼吸作用使水气侵入并形成液态水为重要特征的各种场合试验Db适用于所有各种类型的试验样品。变化1适用于以吸收或呼吸效应为重要特征的所有场合。变化2适用于吸收和呼吸效应不太显著的场合，使用的试验设备比较简单。“试验Q:密封试验方法’，可快速检测出能引起呼吸作用的缝隙.但不能重现湿热试验的各种效应了.3试验顺序与组合试验确定接缝的紧密性或检查发状裂纹的可靠方法是对试验样品施加一个或多个温度循环。在大多数,倩况下，不必把温度变化与潮湿空气综合在一起，即不必同时产生两种试验条件如在做完温变试验(试验N)之后接着选做试验C或试验Db,就可得到预期的更严酷的效果如在湿热试验之后接着做低温试验(试验A),就会增强试验效果。这是因为温变试验的高温变速率与大温差相结合所产生的热应力要比温度变化速率相当小的试验Db大得多。当试验样品是由不同材料构成且有接缝时，特别是含有粘结玻璃时，推荐采用由几个湿热循环和-个低温循环组成的组合试验方法(见GB2423.34)。这种组合试验方法与其他交变湿热试验方法的仄别在于它在给定的时间内有更高的上限温度和多次达到零下温度，从而能获得其他湿热试验所没有的附加效应，即在裂缝或接缝中凝露水的冻结效应和加速呼吸效应。在湿度循环之间加入低温循环的目的在于使任何缺陷中含有的水结冰，借助于结冰的膨胀作用使这些缺陷比在正常寿命期更快地变为故障。应强调指出的是，这种冻结效应只有在缝隙的大小足以允许渗入若干液态水的情况下才会发生，如金属组件与垫圈之间或焊锡与导线接头之间的缝隙等。细微的发状裂纹或多孔材料，如塑料封装元器件的缝隙以吸收效应为主，应优先选用恒定湿热试验来考虑这些效应。8试验环境对试验样品的影响8门物理性能的变化潮湿大气可能会改变材料的机械性能和光学性能，所以无论是恒定湿热试验还是交变湿热试验,K面会不会出现凝露，都会使材料的物理性能发生变化。例如由膨胀引起的尺寸变化、摩擦系数等表面性能的变化和强度的变化等等82电气性能的变化8.2.1表面受潮如果绝缘材料的表面有凝露或吸附了定数量的潮气，某些电气特性可能会变化，如表而电阻降低、损耗角增大，甚至会产生泄漏电流。一般说来，要检查表面受潮后电气性能的变化，应选用试验Db或试验Z/八D;如已知材料的使川情况仅与吸附有关，则应选用试验C。或Cboc某些情况F在条件试验期间必须接通试验样品的负载或进行MillU。一般说来山-I-丧IGtI,"潮fu GBiT2424.2一93引起的电气性能的变化非常迅速，在试验开始几分钟之后就很明显地显示出来了。8.2.2体积吸潮绝缘材料的体积吸潮能使许多电气性能发生变化，如电介质强度降低、绝缘电阻下降、损耗角增大、电容量增大等。由于吸收和扩散过程需要段很长的时间，要经过几百甚至几千小时后才能达到平衡状态.因此应选取较长的试验时间。只有知道潮气渗入量与时间的依从关系才能推算出试验结果。例如塑料封装件在经过56d恒定湿热试验后，看来还是良好的，但在6个月后，由于吸收和扩散作用‘大量水气渗入材料内部，该塑料封装件的性能恶化。在对封装件中的主要零件另加防潮处理后，如半导体的钝化处理、封入干燥剂等，评价吸潮对电气性能的影响可能变得很困难。8.3腐蚀有很多种腐蚀只有在湿度相当大时才能发生。温度和湿度越高，腐蚀速度越快。一般来说，当存在反复蒸发、多次凝露时腐蚀最严重。有关这方面的资料见GB2424.10,湿热试验通常不用于确定腐蚀效果，但在金属表面上附有杂质如残留的焊剂、其他加工过程的残余物、灰尘、指纹等时，潮湿环境可能会诱发腐蚀或加速腐蚀过程。不同金属之间或金属与非金属材料的连接处，即使不存在污染物，在相对湿度很高或存在凝露时.也可能是一种腐蚀源 GB/"r2424‘2一93附录A湿热效应图(补充件)A1概述图A1给出了有关湿热试验的基本物理过程以及这些过程之间的联系，说明了湿热试验对试验样品和材料性能的影响及效果。下面列出了湿热试验的各项试验参数及其代号，这些代号已在图A1中适当的地方或现有资料能证明其正确性的地方写在各类方框中:时间(条件试验持续时间之和)t温度0温差△0温度变化速率d0/dt相对湿度RH绝对湿度AH试验大气的污染程度PuA2注释A2.1水渗入水渗入固体材料内部与通过缝隙进入封闭空腔中的作用机理是不同的，区别如下:a.水渗入固体材料是由于“体积扩散”的结果，体积扩散就是一个个单体水分子通过固体材料的分子空隙的运动。该机理导致“吸收”现象。体积扩散可使水分子到达塑料封装器件内部的灵敏部分，如到达封装塑料外壳薄膜电阻器中的电阻膜。按相同的过程，水分子也能到达封闭物的内部空腔，在这种情况下，解吸就是潮气进入内腔这一过程的结束。b.穿过缝隙的渗入是由于水汽在充满空气的泄漏通道或封闭物中运动的结果。这可分为三种作用机理说明:扩散:水分子沿缝隙中气体的浓度梯度而运动。扩散不依赖空气的宏观流动。流动:水分子通过缝隙被空气流吸入。呼吸:由于空气压力与水气分压力之差随缝隙的深度而变化，使水气沿缝隙而流动，即由于温度变化而使水气流动。注:辨别缝隙的渗透机理具有某种随意性，事实上扩散和流动是一个连续转变的过程，流动也可能是呼吸作用的结果A22物理过程见第6章。A2.3效应见第s章。A2.4效应示例图A1中最后一行列举湿热效应的典型实例，但必须指出，这些实例不一定是这些物理过程引起的唯一示例。同时，由于各种效应之间可能存在相互作用，因此不能认为这一行中每个方框是完全独立的，例如.水气和材料之间的化学反应可能导致体积电阻和损耗角的变化等，这在左起第4个方框已经标明。当然，无疑还有许多其他相互作用的例子。 CB/T2424.2一93}}环瑰因素1}水附着在I试脸样品吸附凝搏I的外表面厂一石石一孟百赫网{上一c0HA,RINH---r--一---一毛二二二二{水。入材I料或试吸通过材料向通过嫩小缝通过较大缝呼吸作用】样品的内，体积扩欣除扩散陈扩散{。B,e(RH),tB,e(RH).L空气流动空气流动.ee一率L_____.__Jl一一一.-一一一-一一下一-一一一一-一了{水。入一材料的吸收封闭空腔内的徽环境{的后，{可有水.集B,RH,Ell}l沉积在或(和)渗入密封材料L_一__}试脸样品的机试脸样品的非撼性能变化机械性他变化口、AH,tB,AH,t}效应{尺寸形晌材料的非尺电性他形晌非电性能影晌电性能影晌寸形响}夕、AH,云B,AH,LB,AH,tB,AH,t器、RH,Pul}体积的界面的单一材料口、月衬、trB,,RN,t,Pul____J「一---一一「一一’卞-一}----一康娜卜积电PRTt91k材料与水份帜学如、点变、损耗用增大、的化学反应}，。，}班芯、俘.’，}电解，”‘不同效应实例密封失效硬度改变介电常教改变、可能导致产}Idl徐层l}.l}AILtRi7)击穿电压变化rlP"IEP制batic`>"d光裂纹一J一”’“}性和硕色改变{’‘图AI几几7 GB/"r2424.2一93附录B1,甘油和各种盐溶液上方空气的相对湿度(参考件)s1用甘油一水溶液产生的空气相对湿度表BI所列不同浓度的甘油仁/0a(m/M)〕在15-60’C的温度范围内可提供表列对应的相对湿度。相对湿度的误差约为士1%，用线性内插法求取表中未给出的数值时，附加误差小于I%.表B1相对湿度甘油25"C时的密度25℃时的折射率%%(m/，)g/cm310000.99821.33398101.02211.34595201.04701.35790331.08061.37485441.11021.39080521.13171.40175581.14791.41070631.16141.4176567l.1724飞42360711.18361.42950781.20251.44040841.21871.44930901.23471.457用甘油一水溶液产生的相对湿度随其浓度的大小而变化，因此对其浓度要经常检查和调整，另外甘油粘度高也会导致溶液内部的浓度和表面浓度不一致。折射率要用测量范围为1.33^-1.47n、误差为士。.001n的折射计测量。B2用饱和盐溶液产生的空气相对湿度饱和盐溶液具有强烈吸收和放出湿气的能力。在恒定温度下饱和盐溶液能保持密闭空间中的相对湿度为一确定值，见表B2,采用说明厂为术标准所补充，引自IEC260(1968) GB/T2424.2一93表B2inn度C:饱和盐溶液5101520253035405060相对湿度%1.硫酸钾K,50,989897979796969696962.磷酸二氢钾KH,PO.,933.硝酸钾KNO,969594939291898885824.抓化钾KCI888887868585848231805.硫酸按(NH)，5()‘828281818080807979786.氯化钠NaCl767676767575757575757.亚硝酸钠NaNO2656563626259598.硝酸按NH,NO,7369656259555347429重铬酸钠Na2Cr2O7·2H,O595856555452515O4710.硝酸镁Mg(NO,),·2H,058575655535250494611碳酸钾K,CO,·2H,04744444343434212.氯化镁Mgcl,·6H,03434343333333232313013.醋酸钾CH,COOK2121222222212014.氯化锉Licl·XH,O14141312121212111111在配制饱和盐溶液时，在溶液中应该有多余的固体盐，以确保其饱和度。当使用饱和盐溶液进行试验时，凡是能产生对试验样品有害的腐蚀性气体的盐类不得使用，例如，对含铜或铜合金的试验样品，就不适宜使用按盐类。此外，应避免盐在溶液中晶化或从盐溶液中“析出”。附加说明:本标准由中华人民共和国机械工业部提出。本标准由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归口。本标准由机械工业部广州电器科学研究所负责起草。本标准主要起草人谢建华、许甫、钟开华、贾学惫、夏越美。'