Статьи




Электрохимическая защита кузова от коррозии

Прочитано:3919

Защитить кузов своего авто от коррозии или по крайней мере уменьшить ее интенсивность – желание каждого автовладельца. И мы в этом плане не исключение. Несмотря на то, что наши кузова пластиковые и не подвержены коррозии, много скрытых металлических элементов кузова все же ржавеют не смотря на цинковое покрытие. И чем старше становятся наши автомобили, тем меньше остается цинка и тем больше это явление проявляется. Особенно коррозии подвержены скрытые полости лонжеронов, колесные арки, подрамник и днище автомобиля. Способов защиты от ржавчины не так уж и много – это механические, химические и электрохимические. В простейшем случае: увидел ржавчину – зачисти, загрунтуй и покрась. Однако такой способ хоть и дает результат, но не является удобным и эффективным. Обрабатывать все подряд преобразователями ржавчины (как правило на основе ортофосфорной кислоты) – тоже не выход, так как все равно нужно очищать ржавые поверхности хотя бы от рыхлой ржавчины, а затем наносить преобразователь и следом защитное покрытие. А как обработать скрытые полости лонжеронов, узкие щели? Есть еще один способ – электрохимический или катодная защита. Он основан на всем известных со школьного курса принципах и уже давно применяется в судостроении, при прокладке трубопроводов да и в других отраслях.

Странно, что применение этого способа не распространено в автомобилестроении. Наверное это не выгодно самим производителям – автомобильный парк должен обновляться. Сложного в этом ничего нет несмотря на страшное для непосвященного названия. И вот чтобы убедиться в этом полез в интернет. Нашлось много рекламы по продаже и установке уже готовых устройств.

Естественно, что производители скрывают конструкцию таких устройств, однако на то и интернет. Все устройства работают по одному принципу – создание разности потенциалов между железом кузова и дополнительными электродами. Различие лишь в применении внешних источников питания или отсутствии оных. Конечно и различные схемы контроля состояния данных устройств, увеличивающие стоимость таких устройств на порядок и выше, но без которых вполне можно обойтись.

1

Основное отличие предлагаемого устройства от промышленных состоит в том, что с целью упрощения в нем отсутствуют элементы, сигнализирующие о работоспособности устройства. Однако высокая надежность устройства и соблюдение простейших условий эксплуатации делают эти элементы излишними.

Электрическая схема простейшего устройства приведена на рис.

Устройство содержит простейший делитель напряжения, выполненный на двух резисторах сопротивлением R1 и R2 соответственно. Верхний по схеме вывод резистора R1 соединен с положительным выводом аккумулятора, нижний по схеме вывод резистора R2 соединен с отрицательным выводом. При таком соединении резисторов в точке Б относительно метала кузова автомобиля будет положительный потенциал V1, который определяется из выражения:
U = Е * R2/(R1 + R2);
где Е — напряжение аккумулятора (в нашем случае примем 12 В).
Потенциал U должен быть равен защитному потенциалу, при котором прекращается процесс коррозии. При последовательном соединении резисторов через них течет ток, равный I = E/(R1 + R2)
Сила тока (0.1-100 мА) выбирается из условия, что при обычной влажности один анод надежно защищает примерно 4-10 дм2 площади. R2 = V/I; R1 = (E/I) – R2

Если по каким-либо причинам необходимо изменить значения защитного потенциала или силу тока, соответствующие значения сопротивлений резисторов могут быть определены из приведенных соотношений. К точке 1 делителя необходимо припаять длинные провода (в изоляции), к другим концам которых припаять стальные пластины—аноды.

Каждый анод представляет собой пластину из низкоуглеродистой стали прямоугольной формы размерами примерно 2х2 см. Для защиты можно использовать и внешние аноды, о чем будет сказано далее. Предлагаемое устройство превращает корпус автомобиля в катод, который в процессе эксплуатации будет восстанавливаться за счет окисления анодов. Конструкция устройства — произвольная.

В простейшем случае делитель можно расположить на небольшой изоляционной пластине (гетинакс, пластмасса), верхний вывод резистора R1 и нижний резистора R3 закрепить на этой пластине с помощью винтов, а остальные выводы припаять к металлической пластине, к которой провода от анодов могут также закрепляться с помощью винтов

Все устройство необходимо поместить в какую-либо изоляционную коробочку или залить эпоксидной смолой. Устройство удобно разместить в моторном отсеке автомобиля вблизи аккумулятора. Противокоррозионные устройства, поступающие в продажу, имеют определенные средства контроля — светодиоды, сигнализирующие о включении устройства и о пропадании потенциала в точке К. Подобное контрольное устройство (например, триггер Шмидта) можно добавить и предлагаемое устройство.

Однако проще 1 раз в месяц замерить потенциал на выходе устройства в точке Б и убедиться в его работоспособности, тем более что визуальный контроль все равно необходим. Кроме того, введение контрольных элементов увеличивает потребляемую силу тока с 1 до 10 мА, ограничивает тот период времени, в течение которого можно не подзаряжать аккумулятор. Это время можно оценить по следующей методике.

Из руководства по эксплуатации автомобиля, да и из собственной практики автомобилист знает, что устойчивый пуск двигателя с помощью стартера возможен, если емкость аккумулятора составляет не менее 60% номинальной. Если использовать готовое устройство с током потребления 5 мА, то время, в течение которого аккумулятор можно не подзаряжать (Т) составляет 40 дней. С учетом саморазряда аккумулятора это время будет еще меньше. Предлагаемое же устройство фактически не разряжает аккумулятор (время Т при его использовании может составлять более года), что особенно важно при длительном хранении автомобиля.

 

2

Многим автолюбителям известно, что достаточно появиться небольшой царапине – и ржавчина начинает прямо-таки поглощать автомобиль. Какие только хитрости ни придумывают автомобилисты – различные покрытия, мастики, антикоры… Да вот беда: чтобы обработать с должным качеством все наиболее поражаемые места, приходится порой разбирать весь автомобиль. Поэтому вполне понятно желание автомобилистов приобрести чудо-прибор: один раз потратился и навсегда защитил кузов от ржавчины.

Метод катодной защиты от коррозии уже давно применяется на самых разнообразных объектах. Например на кораблях устанавливают специальные протекторы, которые, растворяясь в морской вода, обеспечивают защиту корпуса судна. Подземные трубопроводы перед укладкой обрабатывают антикоррозийными составами и обматывают специальной лентой. На определенном расстоянии от трубопровода закапывают анод (электрод) – металлическую болванку, к которой подключают “плюс” источника постоянного тока, а к самой трубе – “минус”. Благодаря разности потенциалов между электродом и защищаемым металлом в цепи образующегося электролита (влага, соль и т.п.) проходит ток. На аноде происходит освобождение электронов – реакция окисления, и саморастворение катода прекращается

 

При катодной поляризации металлу нужно сообщить такой отрицательный потенциал, при котором его окисление становится термодинамически маловероятным. Для железа и его сплавов полная защита от коррозии достигается при потенциале 0,1…0,2 В. Дальнейший сдвиг потенциала мало влияет на степень защиты. Плотность защитного тока должна быть в пределах 10…30 мА/м2.

Кроме того, со временем на металле за счет концентрационной поляризации по кислороду наблюдается дополнительное смещение потенциала в отрицательную сторону, что позволяет периодически выключать устройство (при ремонте автомобиля, зарядке аккумулятора и т.п.)


Устройство защиты от коррозии состоит из электронного блока и защитных электродов. На корпусе электронного блока размещают световую индикацию работы устройства. Устройство позволяет поддерживать значение потенциала влажных участков поверхности кузова на уровне, необходимом для полной остановки и прекращения коррозийных процессов за счет разрушения защитных электродов.

В качестве защитных электродов (анодов) могут использоваться как разрушающиеся материалы (нержавеющая сталь, алюминий), требующие замены через 4…5 лет, так и неразрушающиеся. В качестве неразрушающихся электродов можно применять карбоксил, магнетит, графит или платину. Защитные электроды выполняются в виде прямоугольных либо круглых пластин площадью 4…9 см2.

На рисунке приведена схема простого антикоррозийного устройства, которое может успешно справляться с явлениями коррозии. Конечно, в простейшем виде устройство катодной защиты может состоять из защитных электродов и проводов, подключаемых непосредственно на “плюсовую” клемму аккумулятора. Однако здесь трудно контролировать возможное короткое замыкание электродов с кузовом автомобиля и его работу в целом. Для этого в устройстве в цепь делителя напряжения Rl, R2, R3 включен светодиод VD1, который в рабочем режиме светится ровным светом, потребляя незначительный ток от аккумулятора (около 2 мА).

Если вдруг один из защитных электродов замыкается на кузов автомобиля, светодиод VD1 прекращает светиться. В этом случае необходимо найти и устранить замыкание. При повышенной влажности кузова светодиод VD1 может в небольших пределах изменять свое свечение, что указывает на работу катодной защиты. Кроме того, данное устройство имеет высокую надежность, поскольку дает при коротком замыкании выхода с кузовом ток перегрузки не более 25…30мА.

При установке и монтаже устройства следует помнить, что:
- один защитный электрод защищает площадь с радиусом около 0,25…0,35 м;
- защитные электроды устанавливаются только на места, защищенные лакокрасочным покрытием;
- использовать можно только эпоксидный клей или шпатлевку на его основе;
- наружную сторону защитных электродов (где нет пайки) нельзя покрывать мастикой, краской, клеем или другим электроизоляционным покрытием.

Электронный блок устанавливается в любом месте автомобиля и присоединяется к общей схеме электрооборудования автомобиля. При этом необходимо, чтобы электронный блок оставался включенным даже при отключенном общем электрооборудовании автомобиля.

В целом устройство потребляет не больше чем часы автомобиля и гарантирует длительную эффективную работу даже при сильно разряженном аккумуляторе.

 

3

И еще один вариант – тот же принцип, но без применения источников питания. Он основан на применении металлов с различной электроотрицательностью (см. таблицу Менделеева). Как правило в этом случае используется для разрушаемых электродов наиболее доступный металл – цинк. Хотя можно подобрать и другой:

Катодная защита кузова от коррозии

Ржавчина – враг номер один почти любого металла. «Рыжая чума», с завидным упорством и постоянством превращающая сотни тонн сверкающей высокосортной, легированной стали в груды коричневого порошка. Болезнь, для которой не существует преград… Но существуют лекарства и от нее: гальванические покрытия, лаки и краски, битумы и мастики — все они в принципе должны защитить металл. Но на деле все не так просто.

Очень остро проблема защиты от коррозии стоит, к примеру, перед автомобилистами. Общеизвестно, что если не принимать определенных мер, то кузов автомобиля в течение четырех-пяти лет может превратиться буквально в ржавое решето. Зачастую не помогают ни лакокрасочные покрытия, ни мастики, поскольку кузов имеет немало закрытых полостей, пазух, карманов, коробов, в которых дорожная грязь и сырость, замешанные на поваренной соли, создают великолепные условия для электрохимической коррозии. А при современной толщине автомобильного стального листа это приводит к весьма быстрому его выходу из строя.

Но от коррозии можно не только защищаться броней из лака или хрома, ее можно и обмануть, подсунув в виде приманки такой лакомый кусочек, как металл с более высоким электродным потенциалом.
Электродный потенциал? А какое он, собственно, имеет отношение к коррозии металлов? Оказывается, самое непосредственное.

Если опустить в сосуд с электролитом два электрически связанных между собой металлических электрода, то один из них начнет растворяться, другой же останется в неприкосновенности. Так вот, оказывается, растворяется металл, электродный потенциал которого выше. Это свойство гальванической пары и дало возможность использовать эффект сохранения катода для предохранения от электрохимической коррозии кузова автомобиля.

Судостроители давно уже используют этот принцип предохранения внутренней части трюма от коррозии – они размещают внутри корпуса специальные металлические аноды (из металла с более высоким электродным потенциалом, чем у металла корпуса). Этот способ недавно взяли на вооружение и автомобилисты.

Для анодной защиты применяют оребренные (для увеличения поверхности) куски цинка С помощью вделанных в них постоянных магнитов они прикрепляются в наиболее труднодоступных и загрязняемых местах кузова. Электрическая связь осуществляется многожильным проводом: с помощью винтов цинковый анод подсоединяется к кузову.

На его ребрах собирается дорожная грязь, влага, поваренная соль и комплект «цинк — сталь» начинает работать так, как работает всем известный гальванический элемент. При работе такой «батареи» происходит растворение цинкового анода, катод в данном случае не расходуется.

Комплект для анодной защиты кузова автомобиля:

1 – оребренный цинковый электрод, 2 – соединительный провод.

Процесс коррозии напоминает работу гальванического элемента, поскольку сталь представляет собой, в основном, сплав железа и углерода, то есть веществ с различными электродными потенциалами. При попадании на поверхность такого сплава электролита между молекулами железа и углерода начинает идти электрохимическая реакция, сопровождающаяся растворением анода (железа) и переходом его в гидраты, а затем и в окислы.

Установка электрода в колесной нише.

Присутствие же электрически связанного с основным металлом цинкового электрода в корне меняет картину. По отношению, как к железу, так и к углероду цинк представляет собой металл с более высоким электродным потенциалом, то есть выступает в роли анода. Поэтому при наличии электропроводной среды, которая практически всегда присутствует на поверхностях автомобильного кузова, электрохимическая реакция идет с растворением анода (цинка), при сохранении катода, то есть металла кузова.

Рис.  Установка электродов в этих точках наиболее эффективна:

1 – коробчатые усилители брызговиков, 2 – места крепления корпусов фар и подфарников, 3 – нижняя часть передней панели, 4 – полости за щитками-усилителями передних крыльев, 5 – внутренние поверхности дверей, 6, 7 – передняя нижняя часть заднего крыла и арка колеса по стыку с крылом, 8 – фартук задней панели.

Как показали эксперименты, цинкового электрода величиной со спичечную коробку хватает на 3—5 лет.

Обманите «рыжую чуму». Подсуньте ей приманку — кусочек металла с электродным потенциалом выше, чем у стали. Коррозия охотно вцепится в него, забыв про кузов вашего автомобиля как минимум на три года.




Самые читаемые статьи раздела Статьи
Электрохимическая защита кузова от коррозии