湿热试验技术解析：原理、方法与应用

湿热试验的定义与分类

湿热试验是在受控的温湿度环境中，考察产品对潮气耐受能力的加速试验。

其核心目的有：

设计阶段：研究潮湿环境对产品结构、材料及功能的定量影响；

制造阶段：作为质量一致性或型式检验项目，验证防潮设计的有效性；

服役阶段：评估产品在潮湿工况下的长期安全与可靠性。

技术分类

恒定湿热（Steady-State Damp Heat, SSDH)：温度与相对湿度保持恒定，应力水平较低，适用于一般民用电工电子产品。

交变湿热（Cyclic Damp Heat, CDH)：温度、湿度按既定周期交替变化，可在样品表面产生凝露—干燥循环，应力水平高于SSDH。

军标湿热（Military Damp Heat, MDH)：在CDH基础上进一步加严：温变幅度大、湿度保持高值时间长，专门面向军工或高可靠通信设备。

严酷度由低到高：SSDH < CDH < MDH。对于关键或军品级产品，若已通过MDH，则无需再执行SSDH。 ?

湿热试验中的物理机制

理解受潮机理是正确设计试验方案、解释失效模式的基础。主要存在物理现象如下：

1. 吸附（Adsorption）

水蒸气分子在固体表面停留形成多分子层，驱动力为范德华力。吸附量随温度降低、水蒸气分压升高而增大，是物理吸附过程，速度快、可逆。

2. 凝露（Condensation）

当样品表面温度低于环境露点，水蒸气直接凝结为液态水。交变湿热升温段因热惯性最易产生凝露；降温阶段则可能在封闭壳体内壁出现。

3. 扩散（Diffusion）

水分子沿浓度梯度向材料内部迁移，遵循菲克定律：

J = ?D·?C

其中 J 为扩散通量，D 为扩散系数，C 为浓度。扩散速率取决于材料孔隙率、温度及湿度梯度。

4. 吸收/渗透（Absorption/Permeation）

低水气压区：主要靠扩散控制，进入速度与孔隙阻力、尺寸相关；

高水气压区：出现分子流、粘性流及过渡流三种机制，进入速率与孔径分布、温度呈非线性关系。

5. 呼吸作用（Breathing）

封闭腔体因温度周期性变化产生内外压差，导致潮气被“吸入”。降温阶段尤为明显；电机间歇运转时的冷热交替亦会触发。

潮湿劣化效应与样品类型

1.受潮形式

表面受潮：凝露 + 吸附 → 立即影响绝缘电阻、接触电阻；

体积受潮：扩散 + 吸收 → 长期导致介电常数漂移、金属离子迁移、尺寸膨胀；

内部受潮：呼吸作用 + 微裂纹渗透 → 空腔结构内部积水，诱发腐蚀或短路。

2.典型劣化表现

机械性能：金属锈蚀、塑料膨胀开裂、密封圈老化；

电性能：绝缘电阻下降、漏电流增大、表面电痕；

腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、点蚀。

试验条件与实际环境的映射关系

1.加速性与通用加速系数

湿热试验采用“过应力”方式，温度、湿度及持续时间均高于真实环境，故具有加速作用。然而，不同材料对湿热的响应差异显著，目前尚无通用数学模型能给出统一的加速系数。通常需：

建立样品-环境响应数据库；

对比自然暴露或现场运行结果；

迭代修正试验周期。

2.锈蚀度经验模型

对金属长期贮存，锈蚀度 A 与相对湿度 H(%)、温度 t(℃) 的关系：

A = k · exp(αH + βt)

经验表明，当 H ≤ 65 % 时，A ≈ 0；H > 65 % 后锈蚀急剧上升。

恒定/交变湿热试验的工程意义

恒定湿热：通过“先升温-后升湿”避免凝露，重点考察材料吸湿后性能漂移。

交变湿热：利用温度循环在样品表面/内部产生“凝露→蒸发”循环，模拟昼夜温差及高湿交替，强化腐蚀与绝缘劣化。

试验中断处理规范

1.恒定湿热

条件未超差：中断时间计入总试验时间；

条件低于下限：剔除异常时段，补足剩余时间；

条件高于上限：建议换新样品；若判定样品未受损，可恢复后继续，但后续失效判试验无效。

2.交变湿热

条件未超差：同恒定湿热；

条件低于下限：从中断前最后一个完整循环重新开始；

条件高于上限：同恒定湿热；

器件级试验：非末次循环中断≤1 次，可重做该循环；末次循环中断，须重做并追加一次无中断循环；中断 >24 h，全部重做。

有效工作空间的界定方法

湿热试验对温湿度均匀性要求高于普通高温试验，其核心是“温差决定湿差”。

有效工作空间验证方法：

空载条件下，在箱内布置 9～15 个温湿度测点；

记录 30 min 内最大温差与最大湿差；

若所有测点均满足上表容差，则该空间视为有效。

经验表明，有效工作空间通常比标称容积小 20 %～30 %，以保证边缘效应可控。