Як перехитрувати іржу, використовуючи електрохімічні засоби захисту?

Одним з найбільш поширених і водночас згубних факторів, що впливають на автомобіль у процесі експлуатації, є корозія. Розроблено кілька способів захисту кузова від неї, причому зустрічаються як заходи, спрямовані саме проти цього явища, так і комплексні технології захисту автомобіля, що захищають його від різних факторів. У наведеній статті розглянуто електрохімічний захист кузова.

Оскільки електрохімічний спосіб захисту автомобіля спрямований виключно проти корозії, слід розглянути причини, що викликають ураження нею кузова. Основними з них є вода та дорожні реагенти, що застосовуються у холодний період. У поєднанні вони утворюють висококонцентрований солоний розчин. До того ж бруд, що осів на кузові, тривалий час утримує вологу в порах, а якщо вона містить дорожні реагенти, то ще й притягує молекули води і з повітря.

Ситуація ускладнюється, якщо лакофарбове покриття автомобіля має дефекти навіть невеликого розміру. У такому випадку поширення корозії буде відбуватися дуже швидко, і навіть захисні покриття, що збереглися, у вигляді грунту і оцинковки можуть не зупинити цей процес. Тому важливо не лише постійно очищати автомобіль від бруду, але й стежити за станом лакофарбового покриття. У поширенні корозії також грають роль температурні коливання, і навіть вібрації.

Також слід зазначити ділянки автомобіля, найбільш схильні до ураження корозією. До них відносяться:

• деталі, розташовані найближче до дорожнього покриття, тобто пороги, крила та днище;
• зварні шви, що залишилися після ремонту, особливо якщо він був неписьменно здійснений. Це високотемпературним «ослабленням» металу;
• крім того, іржа часто вражає різні приховані погано вентильовані порожнини, де накопичується волога і довго не висихає.

Розглянутий спосіб захисту кузова від іржі відносять до активних методів. Різниця між ними та пасивними способами полягає в тому, що перші створюють будь-які захисні заходи, що не дозволяють факторам, що викликають корозію, впливати на автомобіль, у той час як другі лише ізолюють кузов від впливу атмосферного повітря. Ця технологія спочатку застосовувалася для захисту від іржі трубопроводів та металоконструкцій. Електрохімічний метод вважають одним із найефективніших.

Даний спосіб захисту кузова, який також називають катодним, заснований на особливостях перебігу окислювально-відновних реакцій. Суть полягає в тому, що на поверхню, що захищається, накладають негативний заряд.

Зсув потенціалу здійснюють із застосуванням зовнішнього джерела постійного струму або шляхом з'єднання з протекторним анодом, що складається з більш електронегативного металу, ніж об'єкт, що захищається.

Принцип дії електрохімічного захисту автомобіля полягає в тому, що між поверхнею кузова та поверхнею навколишніх об'єктів внаслідок різниці потенціалів між ними по ланцюгу, представленому вологим повітрям, проходить слабкий струм. У таких умовах окисленню піддається активніший метал, а інший, навпаки, відновлюється. Саме тому захисні пластини з електронегативних металів, що використовуються для автомобілів, називають жертовними анодами. Однак при надмірному зрушенні потенціалу в негативну сторону можливе виділення водню, зміна складу приелектродного шару та інші явища, які призводять до деградації захисного покриття та виникнення стрес-корозії об'єкта, що захищається.

Розглянута технологія для автомобілів передбачає використання як катод (негативно зарядженого полюса) кузова, а анодами (позитивно зарядженими полюсами) служать різні навколишні об'єкти або встановлені на автомобілі елементи, що проводять струм, наприклад, металеві споруди або вологе дорожнє покриття. При цьому анод повинен складатися з активного металу, як магній, цинк, хром, алюміній.

У багатьох джерелах наведено різницю потенціалів між катодом і анодом. Відповідно до них, щоб створити повний захист від корозії для заліза та його сплавів, необхідно досягти потенціалу в 0,1-0,2 В. Великі значення слабко позначаються на ступені захисту. При цьому щільність захисного струму повинна становити від 10 до 30 мА/м2.

Однак ці дані не зовсім правильні – відповідно до законів електрохімії, відстань між катодом та анодом прямо пропорційно визначає величину різниці потенціалів. Тому у кожному конкретному випадку необхідно досягти певного значення різниці потенціалів. До того ж повітря, що розглядається при даному процесі як електроліт, здатний проводити електричний струм, що характеризується великою різницею потенціалів (приблизно кВт), тому струм із щільністю 10-30 мА/м² не буде проводитися повітрям. Можливе виникнення лише «побічного» струму внаслідок намокання анода.

Щодо різниці потенціалів, спостерігається концентраційна поляризація по кисню. При цьому молекули води, що потрапили на поверхню електродів, орієнтуються на них таким чином, що відбувається звільнення електронів, тобто реакція окислення. На катоді ця реакція, навпаки, припиняється. Внаслідок відсутності електричного струму звільнення електронів відбувається повільно, тому процес безпечний та непомітний. Завдяки ефекту поляризації відбувається додаткове зміщення потенціалу кузова в негативну сторону, що дає можливість періодично вимикати пристрій захисту від корозії. Слід зазначити, що площа анода прямо пропорційно визначає ефективність електрохімічного захисту.

У кожному разі роль катода виконуватиме кузов автомобіля. Користувачеві необхідно вибрати предмет, який буде використаний як анод. Вибір здійснюють на основі умов експлуатації автомобіля:

• Для автомобілів, що знаходяться в нерухомому стані, на роль катода підійде розташований поблизу металевий об'єкт, наприклад, гараж (за умови, що він побудований з металу або має металеві елементи), контур заземлення, який може бути встановлений без гаража на відкритій стоянці.
• На автомобілі, що рухається, можуть бути використані такі пристосування, як гумовий металізований «хвіст», що заземлюється, протектори (захисні електроди), що монтуються на кузов.

Зважаючи на відсутність струму, що протікає між електродами, бортову мережу автомобіля +12 вольт достатньо підключити до одного або кількох анодів через додатковий резистор. Останній пристрій використовується для обмеження струму розряду акумулятора у разі замикання анода на катод. Основними причинами замикання є неграмотно здійснене встановлення обладнання, пошкодження анода або його хімічне розкладання внаслідок окислення. Далі розглянуто особливості застосування перелічених раніше предметів як аноди.

Використання гаража як анода вважають найбільш простим способом електрохімічного захисту кузова автомобіля, що стоїть. Якщо приміщення має металеву підлогу або покриття для підлоги з відкритими ділянками залізної арматури, то також буде забезпечений і захист днища. У теплий період у металевих гаражах спостерігається парниковий ефект, однак у разі створення електрохімічного захисту не руйнує автомобіль, а навпаки спрямований на захист його кузова від корозії.

Створити електрохімічний захист за наявності металевого гаража дуже просто. Для цього достатньо підключити цей об'єкт до позитивного роз'єму акумуляторної батареї автомобіля через додатковий резистор та монтажний провід.

Як позитивний роз'єм можна використовувати навіть прикурювач за умови наявності в ньому напруги при відключеному замку запалення (не у всіх автомобілів цей пристрій зберігає працездатність при відключеному двигуні).

Контур заземлення при створенні електрохімічного захисту використовують як анод за тим же принципом, що розглянутий вище металевий гараж. Відмінність полягає в тому, що гараж захищає весь кузов автомобіля, тоді як цей спосіб – лише його днище. Контур заземлення створюють шляхом забивання в ґрунт по периметру автомобіля чотирьох металевих стрижнів завдовжки не менше 1 м та натягування між ними дроту. Підключення контуру до автомобіля, як і гаража, здійснюють через додатковий резистор.

Гумовий металізований заземлюючий «хвіст» є найпростішим способом електрохімічного захисту автомобіля, що рухається від корозії. Дане пристосування є гумовою смужкою з металевими елементами. Принцип його функціонування полягає в тому, що в умовах високої вологості між кузовом автомобіля та дорожнім покриттям виникає різниця потенціалів. Причому що вище вологість, то більше вписувалося ефективність електрохімічного захисту, створюваної аналізованим елементом. Заземлюючий «хвіст» встановлюють у задній частині автомобіля таким чином, щоб на нього потрапляли бризки води, що вилітають під час руху по мокрому дорожньому покриттю з-під заднього колеса, так як це підвищує ефективність електрохімічного захисту.

Перевага заземлювального хвоста полягає в тому, що, крім функції електрохімічного захисту, він позбавляє кузов автомобіля від статичної напруги. Це особливо актуально для транспорту, що перевозить паливо, так як електростатична іскра, що є результатом накопичення статичного заряду в процесі руху, небезпечна для вантажу, що транспортується ним. Тому пристосування у вигляді металевих ланцюгів, що волочаться по дорожньому покриттю, зустрічаються, наприклад, на бензовозах.

У будь-якому випадку необхідно ізолювати хвост заземлення від кузова автомобіля по постійному струму і навпаки «закоротити» по змінному. Це досягають шляхом використання RC-ланцюжка, який є елементарним частотним фільтром.

Захист автомобіля від корозії електрохімічним способом з використанням анодів захисних електродів розрахований також на експлуатацію в русі. Протектори встановлюють у найбільш уразливих для корозії місцях кузова, представлених порогами, крилами, днищем.

Захисні електроди, як і у всіх розглянутих раніше випадках, функціонують за принципом створення різниці потенціалів. Перевага цього способу полягає в постійному наявності анодів незалежно від того, чи коштує автомобіль або рухається. Тому цю технологію вважають дуже ефективною, проте вона найскладніша у створенні. Це пояснюється тим, що для забезпечення високої ефективності захисту необхідно встановити на кузові автомобіля 15-20 протекторів.

Як захисні електроди можуть бути використані елементи з таких матеріалів, як алюміній, нержавіюча сталь, магнетит, платина, карбоксил, графіт. Перші два варіанти відносять до руйнівних, тобто захисні електроди, що складаються з них, потрібно змінювати з інтервалом в 4-5 років, у той час як інші називають неруйнівними, так як вони характеризуються значно більшою довговічністю. У будь-якому випадку протектори є пластинами круглої або прямокутної форми площею 4-10 см².

У процесі створення такого захисту слід враховувати деякі особливості протекторів:

• радіус захисної дії поширюється на 025-035 м;
• електроди необхідно встановлювати лише на ділянки, що мають лакофарбове покриття;
• для закріплення елементів слід використовувати епоксидний клей або шпаклівку;
• перед встановленням рекомендується зачистити глянець;
• зовнішню сторону протекторів неприпустимо покривати фарбою, мастикою, клеєм та іншими електроізоляційними речовинами;
• так як захисні електроди є позитивно зарядженими пластинами конденсатора, вони повинні бути ізольовані від негативно зарядженої поверхні кузова автомобіля.

Роль діелектричного прокладання конденсатора виконуватиме лакофарбове покриття та клей, розташовані між протекторами та кузовом автомобіля. Також потрібно враховувати, що величина відстані між протекторами прямо пропорційно визначає електричне поле, тому їх слід встановлювати на невеликій відстані один від одного, щоб забезпечити достатню ємність конденсатора.

Провід до захисних електродів підводять через проколи в отвори, що закривають, в днище автомобіля гумових заглушках. Можна встановити на автомобіль багато протекторів маленького розміру або менше захисних електродів більшого розміру. У будь-якому випадку необхідно використовувати дані елементи на ділянках, найбільш вразливих до корозії, зверненими назовні, так як роль електроліту в даному випадку виконує повітря.

Кузов автомобіля після установки електрохімічного захисту такого типу не битиме струмом, оскільки вона створює електрику дуже невеликої сили. Навіть якщо людина торкнеться захисного електрода, то не отримає удару. Це пояснюється тим, що в електрохімічному антикорозійному захисті застосовується постійний струм малої сили, що створює слабке електричне поле. До того ж існує альтернативна теорія, згідно з якою магнітне поле існує лише між поверхнею кузова та місцем встановлення захисних електродів. Тому електромагнітне поле, створюване електрохімічним захистом, більш ніж у 100 разів слабше за електромагнітне поле мобільного телефону.