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.

Катодная защита автомобиля

Несмотря на широкое распространение метода катодной защиты металлических конструкций в серьезных отраслях промышленности (энергетика, трубопроводы, кораблестроение), устройств, предназначенных для легковых автомобилей, в русскоязычном секторе сети представлено мало.

Катодная защита автомобиля от коррозии в разговорах бывалых водителей давно превратилась в нечто таинственное и обросла слухами. У нее есть как яростные приверженцы, так и скептики. Выясним, о чем идет речь.

Суть катодной защиты

Главным врагом автомобиля, ограничивающим срок его службы, становятся вовсе не механические поломки, а общее ржавление металлического корпуса. Процесс коррозии железа, из которого сделана машина, невозможно свести к какой-то единичной химической реакции.

Напыляемая звукоизоляция коррозии

Разрушение металла, превращение его в безобразные рыжие пятна ржавчины, происходит в результате сочетания разнообразных факторов:

• особенности климата, в котором эксплуатируется автомобиль;
• химический состав воздуха, водяного пара и даже почв в районе (влияют на свойства дорожной грязи);
• качество материала кузова, наличие ударов и повреждений, проведенные ремонты, используемые защитные покрытия и десятки иных причин.

В самых общих чертах суть процессов коррозии машины можно объяснить таким образом.

Что такое коррозия железа

Всякий металл по структуре представляет собой кристаллическую решетку из положительно заряженных атомов и общего электронного облака, окружающего их. В пограничном слое электроны, обладающие энергией теплового движения, вылетают из решетки, но тут же притягиваются обратно положительным потенциалом поверхности, которую покинули.

Коррозия кузова автомобиля

Картина меняется, если металлическая поверхность контактирует со средой, способной переносить электроны, – электролитом. В этом случае покинувший кристаллическую решетку электрон продолжает движение во внешней среде и больше не возвращается. Для этого на него должна действовать некая сила – разность потенциалов, которая появляется, если электролит связывает проводимостью два разных металла с различными свойствами. От его величины зависит, какой из двух металлов станет терять электроны, являясь положительным электродом (анодом), а какой – принимать (катодом).

Возможности предотвратить коррозию

Вокруг способов защитить свою машину от ржавчины в водительском сообществе есть много народных мифов. В реальности возможны два пути:

• Оградить поверхность металла кузова от контакта с электролитами – водой, воздухом.
• Внешним источником энергии изменить потенциал поверхности так, чтобы железный кузов из анода превратился в катод.

Первая группа методов – это разнообразные защитные антикоррозионные покрытия, грунтовки и лакокраска. Хозяева машин тратят серьезные деньги, но стоит понимать: таким путем коррозию не прекратить. Только затрудняется доступ активного реагента к кузовному железу.

Антикоррозийная обработка автомобиля

Электрохимические технологии защиты можно разделить на две технологии:

• Используя внешний источник электричества (аккумуляторную батарею авто), с помощью специальной схемы создать избыток положительного потенциала на кузове, чтобы электроны не покидали металл, а притягивались в него. Это – катодная защита автомобиля.
• Разместить на кузове элементы из более активного металла, чтобы создать гальваническую пару, в которой тот станет анодом, а корпус автомобиля – катодом. Этот метод вообще не нуждается в подключении к батарее и называется протекторной, или анодной, защитой.

Рассмотрим каждый из способов.

Как выбрать анод

В роли внешнего контура можно с успехом применить металлические поверхности гаража, заземляющий контур на стоянке и другие средства.

Металлический гараж

Через провод с разъемом плату прибора катодной защиты подключают к нему и создают необходимую разность потенциалов. Такой способ неоднократно доказал высокую эффективность.

Контур заземления

Если машина паркуется на открытой площадке, внешний контур для гальванической защиты может быть создан по периметру ее стоянки. В землю вбиваются металлические штыри аналогично обычному заземлению и соединяются в единый замкнутый контур проводкой. Автомобиль размещается внутри этого контура и подключается к нему через разъем так же, как в способе с гаражом.

Металлизированный резиновый хвост с эффектом заземления

Такой способ реализует идею о создании необходимого электроположительного потенциала кузова относительно поверхности дороги. Метод хорош тем, что работает не только при стоянке, но и в движении, защищая машину именно тогда, когда она особенно уязвима к влаге и дорожной химии.

Защитные электроды-протекторы

В качестве электродов, создающих защитный потенциал, используют пластины из стали, состав которой близок к металлу самого кузова. Это нужно для случаев, если произойдет поломка прибора, чтобы размещенные пластины сами не стали очагом коррозии, создав новую гальваническую пару. Площадь каждой пластины оптимальна в размере от 4 до 10 см 2 , форма – прямоугольная или овальная.

Как смонтировать защиту

Один отдельный электрод создает вокруг себя область защитного потенциала в радиусе 0,3-0,4 метра. Поэтому на полное оборудование автомобиля средней величины понадобится от 15 до 20 таких пластин.

Электронная антикоррозийная защита авто

Размещают электроды в наиболее уязвимых для атмосферной коррозии местах:

• на днище машины;
• в арках передних и задних колес;
• на полу салона под ковриками;
• на внутренних частях дверей снизу.

Необходимо исключить возможность контакта соединенных на плюс АКБ пластин электродов с минусом корпуса авто. Для этого их монтируют на эпоксидный клей поверх имеющегося на кузове лакокрасочного или антикоррозионного покрытия.

Какие приборы используются

Несмотря на широкое распространение метода катодной защиты металлических конструкций в серьезных отраслях промышленности (энергетика, трубопроводы, кораблестроение), устройств, предназначенных для легковых автомобилей, в русскоязычном секторе сети представлено мало. Те немногие, что удается найти, сложно проверить по тестам и отзывам, поскольку достаточного набора данных продавцы не приводят. Устройство катодной защиты авто представлено моделями RustStop-5, БОР-1, АКС-3, УЗК-А.

Запатентованный в США и Канаде прибор FINAL COAT действует по принципу импульсного тока и сопровождается данными исследований. Согласно тестам, это устройство показало реальную эффективность защиты стальных поверхностей кузова при разности потенциалов 100-200 мВ более чем на 400%, чем контрольный образец. Останавливает лишь цена прибора, который сейчас можно купить за 25 тысяч рублей.

Как сделать устройство для катодной защиты самому

Если не ставить перед собой цель изготовления системы со сложными блокировками от короткого замыкания, слежением за расходом заряда батареи, светодиодной индикацией, то само устройство можно элементарно изготовить и самому.

Катодная защита кузова (схема)

Простейший вариант включает лишь разгрузочный резистор определенного номинала (500-1000 ом), через который плюсовая клемма аккумулятора соединяется с защитными электродами. Потребляемый ток должен находиться в интервале 1-10 мА. Защитный потенциал теоретически достаточен в размере 0,44 В (величина электроотрицательного потенциала чистого железа). Но с учетом сложного состава стали, наличия дефектов кристаллической структуры и иных действующих факторов принимается в районе 1,0 В.

Отзывы об эффективности катодной защиты

Сообщения пользователей приборов дают разные оценки.

«Прочитав про катодную защиту кузова автомобиля от коррозии своими руками, решил попробовать. Нашел в интернете номиналы радиодеталей, подобрал подходящие пластины для анодов, все подключил как написано. Результат: пользуюсь больше пяти лет, машина у меня не новая, но сквозной ржавчины еще нет».

«Электрохимическая защита досталась вместе с машиной, когда покупал с рук. Кузов действительно держится как нержавейка, зато сильно сгнили сами пластины на днище. Нужно будет разобраться, как и на что их менять».

Другие способы защиты

Кроме катодной защиты авто от коррозии, в народе популярны разные альтернативные методы. Не все они одинаково хороши, но помогают продлить срок службы машины на несколько лет.

Анодная методика

Применяются специально изготовленные особой формы детали из металлов с более высоким электродным потенциалом, чем у железа. В результате при возникновении гальванической пары растворяется именно эта деталь – расходный электрод. Металл же самого кузова практически не страдает. Этот способ – анодная защита авто от коррозии.

Анодная защита авто от коррозии

Чаще всего применяют накладки из цинка или сплавов магния. Многочисленные отзывы водителей, ставивших в колесные ниши куски цинка, подтверждают действенность этого способа защиты на 3-5 лет. Недостаток способа – необходимость следить за протекторными электродами, при необходимости обновляя их.

Оцинковка кузова

Покрытие металла кузова цинком – еще один распространенный прием защитить машину от ржавчины на весь период ее службы (часто на 15-20 лет). Этим путем пошли крупнейшие западные производители, выпуская премиальные марки своих автомобилей с заводской горячей оцинковкой кузовов.

Безусловным лидером в этом направлении является Audi, разработавшая много патентов на тему технологий защитного покрытия. Именно модель Audi 80 – первый серийный образец с такой обработкой, а начиная с 1986 года ее имеют все производимые под этим брендом машины. Другие участники концерна VW Group также используют горячую оцинковку: «Фольксваген», «Шкода», «Порше», «Сеат».

Кроме немецких, настоящую оцинковку кузовов получили некоторые японские модели: «Хонда Аккорд», «Пилот», «Легенд».

Грунтовки и лакокрасочные материалы

Применительно к теме электрохимической защиты, упоминания заслуживают протекторные составы лакокрасочных материалов, содержащие частички цинка. Это фосфатирующие и катафорезные грунты.

Нанесение лакокрасочных материалов

Принцип их действия тот же: создается контакт железа со слоем более активного металла, который и расходуется в гальванических реакциях в первую очередь.

Ламинирование

Метод защиты поверхности кузова от ржавчины и абразивного истирания путем оклейки специальной прочной прозрачной пленкой. Хорошо проведенная обработка практически не видима глазу, выдерживает значительные перепады температур и не боится вибрации.

Жидкое стекло

Создается дополнительный упрочняющий слой покрытия поверх базового лакокрасочного, обладающий повышенной прочностью. Наносится на обезжиренный и промытый кузов машины, который предварительно нагревают горячим воздухом. Полимерная основа материала растекается и после затвердевания полируется. Таким способом удается уберечь заводской слой краски от проникновения сквозь него атмосферной влаги и этим на небольшое время сдержать коррозию.

Керамика жидкое стекло для авто

Полной защиты от ржавчины метод не дает. Защищает в основном внешний вид автомобиля от видимых проявлений, но оставляя без внимания скрытые очаги.

Работа с днищем

Чтобы уберечь днище и колесные арки от попадания электролитов (дорожная грязь, вода с солью), применяются покрытия различными мастиками на битумной, каучуковой и полимерной основе.

Работа с днищем авто

Используются локеры (подкрылки) из полиэтилена. Все эти виды обработки проигрывают по эффективности электрохимической защите кузова автомобиля, но позволяют на время отсрочить сквозную ржавчину.