Как перехитрить ржавчину, используя электрохимические способы защиты?

Одним из наиболее распространенных и в то же время губительных факторов, воздействующих на автомобиль в процессе эксплуатации, выступает коррозия. Разработано несколько способов защиты кузова от нее, причем встречаются как меры, направленные именно против данного явления, так и комплексные технологии защиты автомобиля, предохраняющие его от различных факторов. В приведенной статье рассмотрена электрохимическая защита кузова.

Причины образования коррозии

Так как электрохимический способ защиты автомобиля направлен исключительно против коррозии, следует рассмотреть причины, вызывающие поражение ею кузова. Основными из них являются вода и дорожные реагенты, применяемые в холодный период. В сочетании друг с другом они образуют высококонцентрированный соленый раствор. К тому же осевшая на кузове грязь продолжительное время удерживает влагу в порах, а если она содержит дорожные реагенты, то еще и притягивает молекулы воды и из воздуха.

Ситуация усугубляется, если лакокрасочное покрытие автомобиля имеет дефекты, даже небольшого размера. В таком случае распространение коррозии будет происходить очень быстро, и даже сохранившиеся защитные покрытия в виде грунта и оцинковки могут не остановить этот процесс. Поэтому важно не только постоянно очищать автомобиль от грязи, но и следить за состоянием его лакокрасочного покрытия. В распространении коррозии также играют роль температурные колебания, а также вибрации.

Также следует отметить участки автомобиля, наиболее подверженные поражению коррозией. К ним относятся:

• детали, расположенные ближе всего к дорожному покрытию, то есть пороги, крылья и днище;
• сварные швы, оставшиеся после ремонта, особенно если он был неграмотно осуществлен. Это объясняется высокотемпературным «ослаблением» металла;
• кроме того, ржавчина часто поражает различные скрытые плохо вентилируемые полости, где скапливается влага и долго не высыхает.

Принцип действия электрохимической защиты

Рассматриваемый способ защиты кузова от ржавчины относят к активным методам. Разница между ними и пассивными способами состоит в том, что первые создают какие-либо защитные меры, не позволяющие вызывающим коррозию факторам воздействовать на автомобиль, в то время как вторые лишь изолируют кузов от воздействия атмосферного воздуха. Данная технология изначально применялась для защиты от ржавчины трубопроводов и металлоконструкций. Электрохимический метод считают одним из наиболее эффективных.

Данный способ защиты кузова, который также называют катодным, основан на особенностях протекания окислительно-восстановительных реакций. Суть состоит в том, что на защищаемую поверхность накладывают отрицательный заряд.

Сдвиг потенциала осуществляют с применением внешнего источника постоянного тока или путем соединения с протекторным анодом, состоящим из более электроотрицательного металла, чем защищаемый объект.

Принцип действия электрохимической защиты автомобиля состоит в том, что между поверхностью кузова и поверхностью окружающих объектов вследствие разности потенциалов между ними по цепи, представленной влажным воздухом, проходит слабый ток. В таких условиях окислению подвергается более активный металл, а другой, наоборот, восстанавливается. Именно поэтому используемые для автомобилей защитные пластины из электроотрицательных металлов называют жертвенными анодами. Однако при чрезмерном сдвиге потенциала в отрицательную сторону возможно выделение водорода, изменение состава приэлектродного слоя и прочие явления, которые приводят к деградации защитного покрытия и возникновению стресс-коррозии защищаемого объекта.

Рассматриваемая технология для автомобилей предполагает использование в качестве катода (отрицательно заряженного полюса) кузова, а анодами (положительно заряженными полюсами) служат различные окружающие объекты или установленные на автомобиле элементы, проводящие ток, например, металлические сооружения или влажное дорожное покрытие. При этом анод должен состоять из активного металла, такого как магний, цинк, хром, алюминий.

Во многих источниках приведена разность потенциалов между катодом и анодом. В соответствии с ними, чтобы создать полную защиту от коррозии для железа и его сплавов, необходимо достичь потенциал в 0,1-0,2 В. Большие значения слабо сказываются на степени защиты. При этом плотность защитного тока должна составлять от 10 до 30 мА/м².

Однако эти данные не совсем верны – в соответствии с законами электрохимии, расстояние между катодом и анодом прямо пропорционально определяет величину разницы потенциалов. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо достичь определенного значения разницы потенциалов. К тому же воздух, рассматриваемый при данном процессе в качестве электролита, способен проводить электрический ток, характеризующийся большой разницей потенциалов (примерно кВт), поэтому ток с плотностью 10-30 мА/м² не будет проводиться воздухом. Возможно возникновение лишь «побочного» тока в результате намокания анода.

Что касается разности потенциалов, наблюдается концентрационная поляризация по кислороду. При этом попавшие на поверхность электродов молекулы воды ориентируются на них таким образом, что происходит освобождение электронов, то есть реакция окисления. На катоде данная реакция, наоборот, прекращается. Вследствие отсутствия электрического тока освобождение электронов происходит медленно, поэтому процесс безопасен и незаметен. Благодаря эффекту поляризации, происходит дополнительное смещение потенциала кузова в отрицательную сторону, что дает возможность периодически выключать устройство защиты от коррозии. Нужно отметить, что площадь анода прямо пропорционально определяет эффективность электрохимической защиты.

Варианты создания

В любом случае роль катода будет выполнять кузов автомобиля. Пользователю необходимо выбрать предмет, который будет использован в качестве анода. Выбор осуществляют на основе условий эксплуатации автомобиля:

• Для автомобилей, находящихся в неподвижном состоянии, на роль катода подойдет расположенный вблизи металлический объект, например, гараж (при условии, что он построен из металла или имеет металлические элементы), контур заземления, который может быть установлен в отсутствии гаража на открытой стоянке.
• На движущемся автомобиле могут быть использованы такие приспособления, как резиновый металлизированный заземляющийся «хвост», протекторы (защитные электроды), монтируемые на кузов.

Ввиду отсутствия тока, протекающего между электродами, бортовую сеть автомобиля +12 вольт достаточно подключить к одному или нескольким анодам через добавочный резистор. Последнее устройство служит для ограничения тока разряда аккумулятора в случае замыкания анода на катод. Основными причинами замыкания являются неграмотно осуществленная установка оборудования, повреждение анода или его химическое разложение вследствие окисления. Далее рассмотрены особенности применения перечисленных ранее предметов в качестве анодов.

Использование гаража в качестве анода считают наиболее простым способом электрохимической защиты кузова стоящего автомобиля. Если помещение имеет металлический пол или напольное покрытие с открытыми участками железной арматуры, то также будет обеспечена и защита днища. В теплый период в металлических гаражах наблюдается парниковый эффект, однако в случае создания электрохимической защиты он не разрушает автомобиль, а наоборот направлен на защиту его кузова от коррозии.

Создать электрохимическую защиту при наличии металлического гаража весьма просто. Для этого достаточно подключить данный объект к положительному разъему аккумуляторной батареи автомобиля через добавочный резистор и монтажный провод.

В качестве положительного разъема можно использовать даже прикуриватель при условии наличия в нем напряжения при отключенном замке зажигания (не у всех автомобилей данное приспособление сохраняет работоспособность при отключенном двигателе).

Контур заземления при создании электрохимической защиты используют в качестве анода по тому же принципу, что рассмотренный выше металлический гараж. Различие состоит в том, что гараж защищает весь кузов автомобиля, в то время как этот способ — лишь его днище. Контур заземления создают путем забивания в грунт по периметру автомобиля четырех металлических стержней длиной не менее 1 м и натягивания между ними проволоки. Подключение контура к автомобилю, как и гаража, осуществляют через добавочный резистор.

Резиновый металлизированный заземляющий «хвост» является простейшим способом электрохимической защиты движущегося автомобиля от коррозии. Данное приспособление представляет собой резиновую полоску с металлическими элементами. Принцип его функционирования состоит в том, что в условиях высокой влажности между кузовом автомобиля и дорожным покрытием возникает разность потенциалов. Причем чем выше влажность, тем больше эффективность электрохимической защиты, создаваемой рассматриваемым элементом. Заземляющий «хвост» устанавливают в задней части автомобиля таким образом, чтобы на него попадали брызги воды, вылетающие при движении по мокрому дорожному покрытию из под заднего колеса, так как это повышает эффективность электрохимической защиты.

Достоинство заземляющего хвоста состоит в том, что, помимо функции электрохимической защиты, он избавляет кузов автомобиля от статического напряжения. Это особо актуально для транспорта, перевозящего топливо, так как электростатическая искра, являющаяся результатом накопления статического заряда в процессе движения, опасна для транспортируемого им груза. Поэтому приспособления в виде металлических цепей, волочащихся по дорожному покрытию, встречаются, например, на бензовозах.

В любом случае необходимо изолировать заземляющий хвост от кузова автомобиля по постоянному току и наоборот «закоротить» по переменному. Это достигают путем использования RC-цепочки, которая представляет собой элементарный частотный фильтр.

Защита автомобиля от коррозии электрохимическим способом с использованием в качестве анодов защитных электродов рассчитана также на эксплуатацию в движении. Протекторы устанавливают в наиболее уязвимых для коррозии местах кузова, представленных порогами, крыльями, днищем.

Защитные электроды, как и во всех рассмотренных ранее случаях, функционируют по принципу создания разницы потенциалов. Достоинство рассматриваемого способа состоит в постоянном наличии анодов вне зависимости от того, стоит ли автомобиль или движется. Поэтому данную технологию считают весьма эффективной, однако она наиболее сложна в создании. Это объясняется тем, что для обеспечения высокой эффективности защиты необходимо установить на кузове автомобиля 15-20 протекторов.

В качестве защитных электродов могут быть использованы элементы из таких материалов, как алюминий, нержавеющая сталь, магнетит, платина, карбоксил, графит. Первые два варианта относят к разрушающимся, то есть состоящие из них защитные электроды требуется менять с интервалом в 4-5 лет, в то время как остальные называют неразрушающимися, так как они характеризуются значительно большей долговечностью. В любом случае протекторы представляют собой пластины круглой или прямоугольной формы площадью 4-10 см².

В процессе создания такой защиты нужно учитывать некоторые особенности протекторов:

• радиус защитного действия распространяется на 0,25-0,35 м;
• электроды необходимо устанавливать лишь на участки, имеющие лакокрасочное покрытие;
• для закрепления рассматриваемых элементов следует использовать эпоксидный клей или шпатлевку;
• перед установкой рекомендуется зачистить глянец;
• наружную сторону протекторов недопустимо покрывать краской, мастикой, клеем и прочими электроизоляционными веществами;
• так как защитные электроды представляют собой положительно заряженные пластины конденсатора, они должны быть изолированы от отрицательно заряженной поверхности кузова автомобиля.

Роль диэлектрической прокладки конденсатора будет выполнять лакокрасочное покрытие и клей, расположенные между протекторами и кузовом автомобиля. Также нужно учитывать, что величина расстояния между протекторами прямо пропорционально определяет электрическое поле, поэтому их следует устанавливать на небольшом расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить достаточную емкость конденсатора.

Провода к защитным электродам подводят через проколы в закрывающих отверстия в днище автомобиля резиновых заглушках. Можно установить на автомобиль много протекторов маленького размера или меньшее количество защитных электродов большего размера. В любом случае необходимо использовать данные элементы на участках, наиболее уязвимых по отношению к коррозии, обращенными наружу, так как роль электролита в данном случае выполняет воздух.

Кузов автомобиля после установки электрохимической защиты такого типа не будет бить током, так как она создает электричество очень небольшой силы. Даже если человек прикоснется к защитному электроду, то не получит удар. Это объясняется тем, что в электрохимической антикоррозийной защите применяется постоянный ток малой силы, создающий слабое электрическое поле. К тому же существует альтернативная теория, согласно которой магнитное поле существует только между поверхностью кузова и местом установки защитных электродов. Поэтому электромагнитное поле, создаваемое электрохимической защитой, более чем в 100 раз слабее электромагнитного поля мобильного телефона.

Описание и виды защиты кузова от коррозии

Известно, что металлические поверхности транспортных средств необходимо покрывать антикоррозионными средствами. Дело в том, что даже при тщательном уходе кузов постоянно испытывает влияние внешних физических и химических факторов, вследствие чего образуется ржавчина. Антикоррозионное покрытие в значительной степени помогает продлить срок службы кузова и автомобиля в целом.

Что такое коррозия, почему она образуется и чем опасна?

Коррозия – разрушение металла вследствие его химической реакции с водой и кислородом. В процессе движения ничем не защищенная поверхность кузова и других деталей постоянно подвергается механическому воздействию и соприкасается с воздухом, который содержит кислород.

Коррозия кузова автомобиля

Атмосферные осадки, в свою очередь, способствуют попаданию влаги на металл, причем в труднодоступных местах автомобиля влага испаряется достаточно долго. Реакция железа с водой и кислородом приводит к образованию губительной ржавчины.

Ржавчина – одна из наиболее серьезных «болезней» кузова. Ее распространение ведет к ослаблению силовой конструкции автомобиля и снижает уровень пассивной безопасности при столкновении.

Наиболее уязвимые места

Кузов вследствие своей сложной конструкции ржавеет неравномерно. К самым уязвимым местам относят:

1. Сварные швы. Сварка не может обеспечить полной герметичности деталей, так что в швах всегда имеются микротрещины. При постоянной влажности именно в местах сварки образуются первичные очаги коррозии.
2. Днище, колесные арки, ниши и пороги. Эти места постоянно сталкиваются с грязью, песком и камнями. При движении автомобиля на скорости физическое воздействие становится весьма ощутимым, так что коррозия образуется довольно быстро.
3. Двигатель и выхлопная система. Работающий двигатель обладает высокой температурой, которая сильно отличается от температуры окружающей среды. Постоянный перепад температур также вызывает коррозию.
4. Внутренняя часть кузова. Салон легко загрязняется и увлажняется даже после небольших поездок.

Все эти места требуют разной защиты, так как причины возникновения коррозии неодинаковы.

Зачем дополнительно обрабатывать кузов, если это делают на заводе?

Многие автомобилисты считают, что коррозии подвержены только старые машины с внушительным пробегом, а новенькие авто не нуждаются в дополнительной антикоррозионной обработке. В действительности это далеко не так, так как обработка производителя скорее рассчитана на защиту автомобиля от заводских дефектов.

В реальных условиях машина постоянно подвергается воздействию агрессивных факторов: повышенной влажности, химическим реагентам на дорогах, и даже кислотным дождям.

Производитель редко учитывает влияние подобных условий, к тому же качество заводской обработки не всегда обладает приемлемым уровнем.

Обработанное антикором днище

Многие автомобили оцинковывают при производстве, однако, эта мера тоже не является панацеей от коррозии. Толщина цинкового слоя весьма невелика, так что различные механические повреждения и вибронагрузка легко его разрушают.

Виды защиты

Для защиты автомобиля разработано множество видов антикоррозионной обработки:

1. Активная. Проводится с помощью средств, которые взаимодействуют с металлом и отталкивают влагу.
2. Пассивная. Сюда относят барьерную защиту, для которой используют различные виды покрытий или накладок.
3. Преобразующая. Включает в себя средства, способствующие избавлению от ржавчины, которая уже появилась на кузове.
4. Комплексная. Подразумевает применение сразу нескольких способов.

В отдельную категорию иногда относят электрохимическую защиту.

Электрохимический способ

Весьма эффективный метод, с помощью которого можно добиться такого же высокого результата, как при цинковании. Суть этого способа заключается в особенностях протекания химических реакций между металлом, кислородом и водой.

Согласно законам физики и химии, необходимо создать разницу электрических потенциалов. Элемент с высоким потенциалом окисляется, а с низким – восстанавливается.

Таким образом, для защиты металла от окисления ему придают отрицательный потенциал. Преимущество такого способа – антикоррозийный эффект даже в труднодоступных частях кузова.

Катодная защита

Наиболее часто электрохимическую защиту проводят катодным методом. В таком случае металл кузова приобретает отрицательный потенциал и восстанавливается. Для смещения потенциала необходимо обеспечить прохождение тока, которое выполняется с помощью специального прибора.

Соответствующий электронный модуль можно приобрести или изготовить вручную, после чего установить в салоне и подключить к бортовой сети.

Пример схемы подключения катодной защиты

Прибор периодически нужно отключать, так как при сильном смещении потенциала наблюдается негативный эффект.

В качестве анода – элемента, который будет иметь положительный потенциал и испытывать окисление – можно использовать металлический гараж или заземление на открытой стоянке. Когда машина движется, то анодом выступает заземление с дорогой: для этого достаточно прикрепить к бамперу резиновую полоску с металлическими элементами. При движении образуется разница потенциалов между кузовом и дорогой.

Анодная защита

При использовании анодной защиты на кузов необходимо установить медные, алюминиевые или цинковые пластины, которые будут окисляться и «перетягивать» на себя процесс разрушения. Как правило, их ставят на крепления фар, брызговиков, внутренние поверхности порогов или дверей. Недостаток этого способа – монтаж пластин, которые все равно не смогут закрыть собой весь кузов.

Элемент анодной защиты

Барьерные методы

Зачастую коррозия образуется в определенных местах, которые часто контактируют с водой или испытывают физические повреждения. Такие места можно просто закрыть механическими барьерами, что значительно замедлит скорость ее возникновения.

Как правило, в роли барьеров выступают:

1. Специальные грунты и мастики, которыми тщательно покрывается поверхность кузова.
2. Пластиковые накладки. Обычно на колесные ниши устанавливают специальные подкрылки, пороги и низ дверей закрывают обвесами, на передней и задней кромке капота также встречаются пластиковые элементы или накладки из кожзаменителя.
3. Ламинирование. Применение пленки, изготовленной из винила или полиуретана. Кузов, покрытый пленкой, надежно защищен от камней, различных мелких повреждений, воздействия солнца и влаги.

Обычно автомобилисты сочетают сразу несколько способов барьерной защиты.

Нанесение антикоррозионного покрытия

Комбинированная защита от коррозии

Комбинированный метод подразумевает применение нескольких способов борьбы с коррозией. Например, можно использовать пластиковые накладки и нанесение влагоотталкивающих составов. Другие автовладельцы предпочитают применять катодную защиту и специальные грунты.

Любой автомобиль неизбежно подвержен воздействию коррозии, при этом заводское покрытие не всегда является надежным антикоррозийным средством. Чтобы продлить срок службы кузова, его нужно комплексно защищать от разрушения практически с самого начала эксплуатации автомобиля.