Содержание
Главной болезнью любого автомобиля является коррозия. На советских машинах признаки её появления проявляются раньше, на европейских — немного позже, а модели японского автопрома считаются наиболее защищёнными. Но все они рано или поздно начинают покрываться рыжими коррозийными пятнами. Устранение таких дефектов становится дорогостоящей проблемой, на которую некоторые автовладельцы просто закрывают глаза. А выбором других становится катодная защита от коррозии. Эта тема интересна для каждого водителя, который желает сохранить как можно дольше первоначальный внешний вид авто.
Как действует защита
Способ защиты, который лёг в основу этой статьи, является активным методом, основанным на электрохимических законах. Изначально таким образом защищали трубопроводы и различного рода конструкции из металла. Со временем катодная защита металлов от коррозии перекочевала и в автомобильную сферу.
В основе лежат особенности протекания реакций окислительно-восстановительного характера. Для организации защиты на металлический объект накладывается отрицательно заряженный заряд. Также необходимо присутствие сдвига потенциала, который может быть создан двумя способами: использованием внешнего тока или соединением с протекторным анодом, конструкция которого состоит из металла с более высоким уровнем электроотрицательности по сравнению с автомобилем.
Принцип работы катодной защиты основан на слабом токе, который проходит через влажный воздух от автомобиля к окружающим предметам. В результате кузов с низкой электроотрицательностью восстанавливается за счёт окисления металла с высокой электроотрицательностью. Теперь становится понятно, почему пластины для защиты носят название жертвенных анодов — сами разрушаются, зато автомобиль восстанавливается.
Подобная защита автомобиля от коррозии требует осторожного подхода, тщательного изучения теории и точного соблюдения правил её организации. Стоит создать слишком большой сдвиг потенциала и результат будет полностью противоположным. Начнёт выделяться водород, состав электродного слоя изменится, покрытие автомобиля подвергнется деградации и на нём появятся следы стресс-коррозии.
Составные элементы катодной защиты
Есть обязательные составляющие, без которых защита просто не будет функционировать.
Катод и анод
Катодом в нашей схеме защиты является сам автомобиль, он будет служить минусом. Анодом может быть любая металлическая конструкция, пластина и любая поверхность, которая способна проводить электрический ток, даже мокрый асфальт. Без этих двух составляющих электрохимическая защита автомобиля от коррозии просто не будет функционировать.
От некоторых специалистов можно услышать про разность потенциалов и степень защиты, которая определяется этим показателем. Железо будет защищено от коррозии при величине потенциалов в пределах 0,1–0,2 В. На самом деле расстояние, которое находится между анодом и катодом, может достигать нескольких сантиметров и даже метров. Чем больше расстояние между электродами, тем большей должен быть показатель разницы потенциалов. Да и воздух не будет проводить ток небольшого напряжения, разница потенциалов должна быть на уровне киловольта.
Что действительно влияет на эффективность защиты автомобиля, так это площадь анода. Чем она больше, тем катодная защита автомобиля от коррозии будет лучше проявляться.
Электрический ток
Чтобы схема исправно работала, электрический ток между двумя электродами не нужен. Даже если он и возникнет, то будет носить характер побочного продукта. Такой ток может образоваться от мокрого анода, намокших колёс машины и т. д. А проявляться он будет на аккумуляторе, который разрядится быстрее обычного.
Чтобы установка катодной защиты не принесла вреда автомобилю, а работала в нужном нам направлении, потребуется бортовую систему соединить с анодом посредством добавочного резистора. Такое устройство позволит ограничить разряд аккумулятора в том случае, если анод будет замкнут на катоде. Причиной такой ситуации может быть неправильно собранная схема, выход из строя анода, например, полное окисление вплоть до разложения.
Выбираем правильный анод
Важным моментом в процессе формирования электрохимической защиты является выбор анода. Мы рассмотрим все наиболее удачные из распространённых вариантов, чтобы вам было проще сделать свой выбор.
Металлический гараж
Это самый простой, наиболее доступный и, соответственно, самый распространённый вариант анода. А если в этом гараже ещё и пол сделан из железа или хотя бы имеется открытая арматура, то днище машины также будет защищено от пагубного влияния коррозии. В летнее время сила защиты возрастает за счёт парникового эффекта. Для формирования защиты при таком выборе анода потребуется металлический корпус сооружения (в нашем случае это гараж) соединить с плюсом на аккумуляторе. Эта батарея должна быть установлена в машине посредством резистора или провода для монтажа. Для плюса можно использовать прикуриватель, но только в том случае, если в нём сохраняется напряжение после отключения зажигания.
Контур заземления
Такой выбор анода потребует от автовладельца аналогичных действий. Но учтите, что устройство катодной защиты по большей части будет работать на днище машины. Эту ситуацию можно исправить, проделав несложную работу. В землю, по периметру расположения машины, вбивается четыре металлических стержня и соединяются они между собой обычной металлической проволокой. Подключение контура проводится по аналогии с предыдущим случаем, когда анодом служил металлический гараж.
Металлизированный резиновый хвост с эффектом заземления
Такой способ организации защиты считается самым простым, но не менее эффективным, если разговор идёт за движущуюся машину. При повышенной влажности воздуха имеет место разность потенциалов между автомобилем и влажной дорогой. По логике влияние коррозии должно усиливаться при таких условиях, но в нашем случае за счёт наличия хвоста усиливается катодная защита. Хвост обязательно должен устанавливаться сзади автомобиля. На него должна попадать влага в виде брызг, которые вылетают из-под задних колёс.
Такое приспособление выполняет ещё и роль антистатика. Хвост должен быть правильно прикреплён к машине: в изолированном положении относительно корпуса ТС по току постоянного характера, а по переменному току он должен быть «закорочен» на корпус. Такое подключение можно организовать за счёт использования RC-цепочки, которая служит элементарным частотным фильтром.
Защитные электроды-протекторы
Как отдельную тему можно рассматривать этот вид анодов, но мы постараемся уложиться в один подзаголовок. Роль защитных протекторов выполняют элементарные пластинки, сделанные из металла. Для их установки можно выбирать самые уязвимые для коррозии места в машине. Чаще всего выбираются крылья, днище и пороги. Принцип действия схож со всеми предыдущими способами.
Защита действует непрерывно и не зависит от движения машины и влажности воздуха, что выступает преимуществом. Но организация такой защиты требует больших временных затрат, ведь таких анодов нужно будет разместить не менее 15 штук.
Стоит обратить внимание на металл, из которого будут изготовлены защитные электроды. Есть два варианта:
- Разрушающиеся придётся менять каждые пять, а то и четыре года. Это может быть алюминий или нержавейка.
- Не разрушающиеся будут служить гораздо дольше, но их стоимость возрастает в несколько раз. В качестве примера можно привести карбоксил, платину, магнетит или графит.
Также нужно знать правила размещения таких анодов:
- Форма должна быть прямоугольной или круглой с площадью от 4 до 10 кв. см.
- Один такой элемент может защитить не более 35 см площади машины.
- Установка производится только на лакокрасочное покрытие с помощью эпоксидного клея, который не контактирует с глянцем.
- Пластина должна смотреть навстречу брызгам и агрессивной среде.
Защищать автомобиль необходимо — это должен понимать каждый автовладелец. Из всех способов именно катодная защита демонстрирует хорошие результаты. Есть смысл «попотеть» над организацией одного из способов защиты, чтобы в будущем не лить слёзы над проржавевшим кузовом.
Недавно пришлось ремонтировать ГАЗ-2401 1980 года выпуска, и я просто поразился состоянию кузова: ни капли коррозии. Можно конечно сослаться на возраст, все же не сорок лет машине, и на хорошего хозяина: но на той машине в самых грязных и мокнущих местах стояли цинковые электроды, соединенные проводом с «массой», т.н. «анодная защита».
Суть этого метода защиты кузова ясно, наверное всякому, кто изучал химию в школе. Цинк стоит левее в электрохимическом ряду напряжений металлов. Кузов и электрод представляют собой гальваническую пару, где катодам является сталь кузова, а анодом — цинковые электроды. Как известно, при этом анод вступает в реакцию, превращаясь в соль или оксид, а катод остается цел и невредим. Подобное происходит, когда сталь покрывают слоем цинка. Вспомните, если случайно поцарапать цинк, ржавчина все равно не образуется. Так и здесь.
Конструкция эта мне до боли знакома. Ее когда-то опубликовал «Моделист конструктор», ссылаясь на опыт Америки. Еще в 1992 году хотел я ее применить на чуть было не приобретенной Победе, но не приобрел. И вот теперь решил таки применить на наших с женой двух Волгах ГАЗ 21. В сочетании и с другими методами защиты конечно. Конструктивно нужно в мокнущих местах кузова поставить цинковые электроды (можно оребренные, для увеличения площади), и соединить их с кузовом при помощи достаточно толстого (2,5-4 кв. мм) провода. Причем подсоединить их к массе желательно в сухом месте (чтобы не создать вторую гальваническую пару). Места для установки как мне кажется: под передними и задними крыльями, на полу кузова внутри (очень много грязи заносят на ногах водитель и пассажиры) и под машиной, места крепления лонжеронов и рессор к кузову, неплохо внутри порогов, если туда попадает вода.
Есть также мысль, что вместо цинковых электродов можно использовать тонкие листы оцинкованного железа, через резиновые прокладки привернутого к полу, под арками, в багажнике, и разумеется, соединенные с массой. Они хороши еще и тем, что работают как дополнительные силовые элементы. Что-то можно также еще и оцинковать см. «цинкор» (когда попробую этот метод, напишу).
Большинству автолюбителей известно, что появление даже небольшой царапины может привести к стремительному распространению ржавчины по кузову. И борьба с этой проблемой заключает в себе массу сложностей. Всевозможные виды покрытий, антикоров, мастик – чем только не пытаются защитить машину автомобилисты.
Вот только для качественной обработки всех мест, наиболее подверженных поражениям ржавчиной, автомобиль иногда приходится разбирать почти полностью. На это дело может уйти масса времени.
Помимо этого, во время эксплуатации автомобиля все покрытия постепенно разрушаются. Вибрация в движении приводит к появлению микротрещин, а удары песчинок и камней появляются сколы на краске. И всё это делает вполне понятным желание каждого автомобилиста найти волшебный прибор, в который придётся вложиться один раз и потом забыть о проблеме ржавчины на кузове навсегда.
Применение прибора в различных сферах
Уже на протяжении долгого времени самые разнообразные объекты защищаются от коррозии катодным методом. К примеру, на судах практикуется установка специальных протекторов, растворение которых в морской воде обеспечивает защищенность всего корпуса судна. А если говорить о подземных коммуникациях – трубы до укладки обрабатываются антикорами, а затем обматываются лентами из специального материала.
На некотором удалении от труб в землю укладывается анод (электрод) – металлическая болванка, на которую накинут «плюс» от постоянного тока. На саму трубу накидывается «минус». Разность потенциалов защищаемого металла и электрода в цепи электролита проходит ток. На аноде высвобождаются электроны (окислительная реакция) и за счет этого прекращается саморастворение катода (1,2)
Принцип катодной защиты
Необходимо, чтобы в процессе катодной поляризации металлу сообщался отрицательный потенциал, делающий термодинамически маловероятным его окисление. Потенциал в 0,1 – 0,2 В даёт железу и его сплавам полную защиту от коррозии.
Любой сдвиг потенциала может отразиться на степени защиты. По плотности защитный ток должен быть в районе от 10 до 30 мА/м 2 . Помимо этого, с течением времени из-за концентрационной поляризации (по кислороду) на металле потенциал смещается дополнительно в минус. Это даёт возможность время от времени отключать прибор (зарядка аккумулятора, ремонт автомобиля и т. д.). (3)
Прибор, защищающий кузов от коррозии включает в себя электронный блок и защитные электроды. На корпусе блока размещается световая индикация процесс работы. Устройство обеспечивает поддержку значения потенциала на влажных участках поверхности на том уровне, который необходим для полного прекращения процессов коррозии.
Это происходит за счет того, что защитные электроды разрушаются.В качестве анодов (защитных электродов) могут использоваться материалы и разрушающиеся (алюминий, нерж. Сталь) и неразрушающиеся. Если говорить о неразрушающихся – это могут быть магнетит, платина, графит, карбоксил. По виду электроды изготавливаются как прямоугольные или круглые пластины с площадью от 4 до 9 см 2 .
Рисунок показывает схему довольно простого устройства для антикоррозийной защиты, которое отлично справится с проблемой. Конечно, самый примитивный вариант подобного устройства может содержать в себе только провода, подключаемые к «плюсу» аккумулятора и защитные электроды. Но в таком случае будет отсутствовать возможность контроля возникновений коротких замыканий электродов и кузова автомобиля, и слежения за работой самого устройства.
Поэтому здесь в цепи делителя напряжения (R1, R2 и R3) встроен светодиод (VD1), ровно светящийся в рабочем режиме. От аккумулятора ток он потребляет в незначительном количестве, всего где-то 2мА. В случае, если происходит замыкание одного из электродов на кузов машины, диод погасает. Тогда вам нужно обнаружить и устранить проблему. Светодиод может немного изменяться в свечении, если влажность кузова повышена – так работает катодная защита. Стоит отметить, что прибор надежен, потому что во время короткого замыкания выхода на кузов даёт ток перегрузки не больше, чем 25-30 мА.
Что необходимо помнить при монтаже и сборке устройства
- Один электрод способен обеспечить защиту площади, радиус которой равен примерно 0,25-0,35 м.
- Устанавливать электроды можно только на участки, которые защищены лакокрасочным покрытием.
- Может использоваться шпаклевка на основе эпоксидного клея или сам клей.
- Наружная сторона электродов не должна покрываться электроизоляционными покрытиями (краски, клеи, мастики и т. д.).
- Установка электронного блока осуществляется в любом удобном месте автомобиля, подсоединять его нужно в общую схему электрооборудования.
- Электронный блок должен постоянно находиться во включенном состоянии, даже если отключено всё электрооборудование автомобиля.
Затрачивание ресурсов батареи прибором не превышает того, что потребляется автомобильными часами. Даже если аккумулятор будет сильно разряжен, работа прибора будет по-прежнему эффективной.
Еще один вид электрической схемы несложного устройства приведен на рис. 2
Здесь содержится делитель напряжения, выполненный с двумя резисторами, сопротивлениекоторыхR1 и R2. Вывод от резистора R1 (верхний на схеме) соединяется с плюсовым выводом аккумулятора. Вывод отR2 (нижний на схеме) соединяется с «минусом» аккумулятора. Такое соединение резисторов на точке Б даёт на металл кузова потенциал V1, определяемый в выражении U = ExR2 (R1 + R2), где Е – это напряжение аккумулятора (12 В).
Необходимо, чтобы потенциал U равнялся потенциалу защитному, во время которого останавливаются коррозийные процессы. Последовательное соединение резисторов обеспечивает течение тока, равного I = E/(R1 + R2). Сила тока (это от 01 до 100 мА)определяется тем условием, что обычная влажность даёт одному аноду возможность надежной защиты около 4-10 дм 2 поверхности. R2 = V/I; R1 = (E/I) – R2.
В случае необходимости внесения изменений в значения потенциала (защитного) и в силу тока, значения для сопротивлений резисторов можно определить исходя из соотношений, приведённых выше. К точке делителя №1 припаиваются изолированные провода, с противоположного конца которых должны быть припаяны стальные пластины анодов.
Анод – это пластина, сделанная из стали с низким содержанием углерода, размером 2х2 см. В качестве защиты могут использоваться аноды и внешние, это будет описано ниже. Применение прибора заставляет корпус автомобиля брать на себя функцию катода, восстанавливающегося во время эксплуатации из-за окисления анодов. Конструкция может быть произвольной.
Вот так будет выглядеть в собранном виде с использованием заглушки кнопки
Рис. 3. Электроды, установленные в этих точках будут наиболее эффективны:
1 – коробчатые усилители брызговиков, 2 – места крепления подфарников и фар, 3 – нижняя часть передней панели, 4 – полости за щитками усилителями передних крыльев, 5 – внутренние поверхности дверей и порогов, 6, 7 – передние нижние части заднего крыла и арка колеса по cтыку с крылом, 8 – фартуки задней панели.
