首頁 如何監測空氣的腐蝕程度 確保產品符合ANSI/ISA-71.04的要求

如何監測空氣的腐蝕程度 確保產品符合ANSI/ISA-71.04的要求

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如何監測空氣的腐蝕程度 確保產品符合ANSI/ISA-71.04的要求

by edmund

發佈日期:2020/7/16空氣腐蝕
發佈單位:iST宜特

客戶要求您的電子產品在現場/終端環境必須存活3或5年
且同時須符合ANSI/ISA 71.04空氣腐蝕規範G2或G3等級
何謂G2、G3等級? ANSI/ISA 71.04規範又是什麼?
身為供應商的您該如何面對?

空氣腐蝕

近年來由於人工智慧 (AI)、大數據、5G、物聯網 (IOT) 與邊緣運算的廣泛應用,隨著這些題材的發酵,讓資訊硬體設備的可靠度能力越受重視。然而在全球日趨嚴重的空氣污染威脅下,若室內或室外的空氣品質含有較高的硫氣體,如硫化氫 (H2S) 與二氧化硫 (SO2),將容易造成電子設備腐蝕,進而影響使用壽命。因此,了解您產品所處在的環境之空氣腐蝕程度,就相當重要。

如何掌控空氣腐蝕程度並有效地進行腐蝕的加速試驗? 宜特實驗室所提供的解決方案是藉由監控空氣品質(Air Quality Monitoring, AQM),量測現場/終端的空氣腐蝕程度(參見圖一),將其結果反饋至加速腐蝕試驗,例如混合流動性氣體 (Mixed Flowing-Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 試驗,藉此有效地驗證產品保固期間是否會有腐蝕失效的發生。

空氣腐蝕 AQM 監控

圖一: 現場/終端環境空氣腐蝕程度監控 (Air Quality Monitoring, AQM)

本期宜特小學堂,將介紹何謂ANSI/ISA 71.04 ? 其測試方法為何? 以及在宜特實驗室時常替客戶執行的兩項加速腐蝕試驗-混合流動性氣體 (Mixed Flowing-Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 試驗。

  • 一、ANSI/ISA 71.04是什麼?

    ANSI/ISA 71.04是空氣腐蝕等級的標準。由美國國家標準協會 (American National Standards Institute; ANSI) 認證的國際自動化協會(International Society of Automation; ISA) 71.04-2013標準,將現場/終端環境的空氣腐蝕嚴重性,分類為四個等級,其包含G1, G2, G3與GX。

    測試方式為,藉由使用一預處理的純銅和純銀金屬試片,曝露在現場/終端的環境一個月的時間後,從其金屬試片所測得的空氣傳播污染物的腐蝕厚度/速率,來區分不同的嚴重性程度(表一)。

    嚴重性等級反應性程度銅腐蝕銀腐蝕
    G1輕度的< 300 埃 / 30 天< 200 埃 / 30 天
    G2中度的< 1,000 埃 / 30 天< 1,000 埃 / 30 天
    G3惡劣的< 2,000 埃 / 30 天< 2,000 埃 / 30 天
    GX嚴峻的> 2,000 埃 / 30 天> 2,000 埃 / 30 天

    表一: ANSI/ISA 71.04-2013標準中,四種不同空氣腐蝕程度的現場/終端環境。

    一般而言,當現場/終端環境的空氣腐蝕程度大於或等於G2等級時,其腐蝕影響的程度是可以被測量的,且腐蝕可能會是決定電子設備可靠度的一項關鍵因子。而腐蝕的失效模式可區分為兩類,包括銅的腐蝕與銀的腐蝕(參見圖二)。

    空氣腐蝕 失效模式

    圖二:在資料中心的信息設備故障中,兩種常見的腐蝕失效模式。
    (Source: 2011 Gaseous and Particulate Contamination Guidelines For Data Center)

  • 二、高階旗艦型的加速腐蝕試驗:混合流動性氣體 (Mixed Flowing-Gas; MFG)

    MFG測試旨在模擬受污染的工業環境。其有許多可控制的試驗參數,包括模擬溫度、相對溼度、腐蝕性氣體種類,氣體濃度和氣體流速等。因此,MFG可以較為精準模擬現場/終端環境的腐蝕。然而由於可控制的試驗參數眾多,需要架設複雜的試驗設備與準備多種腐蝕性氣體,MFG試驗的測試成本就比較高。

  • 三、初階入門型的加速腐蝕試驗:硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS)

    FoS是濕硫磺蒸氣測試。在ASTM B809-95標準中公開了將樣品曝露在硫磺蒸氣中的典型測試方法。該方法旨在檢測金屬塗層中的孔隙率。由於其可控制的參數(只有溫度和相對濕度)較少,因此試驗設備架設簡單,且僅使用一種腐蝕性氣體(硫蒸氣,S8)。

    與MFG測試相比,FoS測試成本相對便宜,且測試持續時間短。然而,FoS測試就無法像MFG一樣,完整模擬現場/終端環境的腐蝕。此外,只有單一腐蝕性氣體並不能觸發金屬腐蝕的爬行/蠕變機理。即使在較高的相對濕度下作為測試條件,也只能觀察到腐蝕產物有輕微遷移並侷限在金屬區域。

    此外,因FoS試驗在一密閉容器,較高的試驗溫度會引起測試樣品中揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)的作用,並失去對試驗條件的控制。因此,FoS 測試流程的相關細節與標準化就顯得特別的重要。

  • 四、截長補短,兩種試驗方式共存之必要

    而電子產品最常見的腐蝕失效模式,為銅的腐蝕銀的腐蝕,原因在於銅和銀的金屬材料被廣泛應用於電子產品中。不過由於銅與銀的腐蝕失效機理與對腐蝕性氣體的反應性皆不同,一般而言,MFG試驗適用於銅的腐蝕與爬行/蠕變腐蝕,而FoS試驗適用於銀的腐蝕。因此,若要針對電子產品進行完整的腐蝕驗證,MFG與FoS兩種腐蝕的試驗方法是彼此互補的必要存在。

    腐蝕試驗方法混合流動氣體試驗硫磺蒸氣試驗
    腐蝕性氣體種類硫化氫, 二氧化硫, 二氧化氮, 氯氣, 氨氣, 臭氧硫 S8
    試驗中參數的監控腐蝕性氣體, 相對溼度, 溫度, 腐蝕性氣體置換率溫度, 相對溼度
    可控制的試驗參數所有的試驗參數
    皆能被獨立地控制與調整
    溫度, 相對溼度與硫蒸氣的濃度能被控制
    腐蝕產物的類別硫化物, 硫酸鹽, 氧化物, 氯化物, 氮化物, 氨化物, 硝酸鹽, 氨鹽硫化物, 氧化物
    設備與維護的成本
    試驗設備的架設複雜簡單
    腐蝕性氣體的流動層流且均勻非層流
    試驗箱體的尺寸適中
    腐蝕反應性程度銀腐蝕較低; 銅腐蝕較高銀與銅腐蝕皆高

    表二: 混合流動氣體 (Mixed Flowing Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 腐蝕試驗方法之比較。

若您對各種氣態的腐蝕試驗有需求,或是想了解實際現場/終端環境的空氣腐蝕程度,確認電子產品在保固期間是否會有腐蝕失效的發生,歡迎洽詢 +886-3-579-9909分機3003李先生 (Dem Lee) │ Email: WEB_GE@istgroup.com

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