Электрохимическая защита кузова от коррозии

Главное меню » Электрохимическая защита кузова от коррозии

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. Рассмотрим несколько вариантов из найденных во всемирной паутине (сохраню по возможности стиль авторов):

Андрей Космос и его сайт http://www.womanbusiness.ru. Описываемое устройство легко может сделать каждый автолюбитель из недефицитных деталей. Это устройство аналогично тем изделиям (антикорам), которые в настоящее время имеются в продаже, однако стоимость его в несколько раз ниже.

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. 3.

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 (рис. 4).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.

Еще один аналогичный вариант другого автора (сайт http://homesecrets.ru/):


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 [1, 2].

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.)[3].

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.

И еще один вариант – тот же принцип, но без применения источников питания (сайт здесь). 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.

Рис. 1. 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.

Рис. 2. 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. 3. 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 год.

И еще один вариант, выпускающийся промышленно и использующий возможности предыдущих (сайт здесь и здесь):

Катодная защита. Сдвиг потенциала металла осуществлен с помощью внешнего источника постоянного тока или соединением с другим металлом, более электроотрицательным по своему электродному потенциалу (протекторный анод). При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекают только катодные процессы, а анодные, обусловливающие коррозию, перенесены на вспомогательные электроды. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определённое значение, возможна так называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другиии явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.
Итак… КАК «ОНО» РАБОТАЕТ???

Ответ по-УМНОМУ?

В основу работы устройства катодно-протекторной защиты кузова автомобиля от коррозии положен принцип катодной поляризации металла кузова и создания гальванической пары между кузовом автомобиля и дополнительным электродом. При катодной поляризации устройство сообщает железу такой отрицательный потенциал, при котором его окисление становится термодинамически маловероятным. Кроме этого, со временем на металле за счет концентрационной поляризации по кислороду наблюдается дополнительное смещение потенциала в отрицательную сторону.

Ответ по-ПРОСТОМУ?

Катодно-протекторная защита работает так же, как «оцинкованный кузов». Фактически она является его полным аналогом. Только дополнительно предохраняет от появления ржавчины труднодоступные и недоступные места. Например: днище автомобиля со стороны салона, внутренние части передних и задних крыльев, передние и задние пороги, пол в салоне под ногами водителя и пассажиров, внутреннюю поверхность крышки багажника и капота двигателя, задние стенки багажного отделения, потолка салона, внутреннюю поверхность дверей, а так же поврежденные в результате аварии части кузова, провода, контакты, болты и шурупы, гайки, тормозные колодки, диски и т.д. Кроме этого, катодно-протекторная защита частично восстанавливает пораженные ржавчиной участки кузова автомобиля.

ПРЕИМУЩЕСТВА УСТРОЙСТВА КАТОДНО-ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ
Энергопотребление на уровне саморазряда аккамуляторной батареи (АБ не разряжается более года без подзарядки);
Отсутствие соединительных элементов между протекторами и электронным блоком;
Простой монтаж;
Подтвержденная временем эффективность (первая установка была произведена на автомобиле в 2004 году);
Использование в качестве протекторов пластин электролитического цинка;
Расчет массы и количества протекторов по оригинальной методике;
Одновременное использование электронного блока и цинковых протекторов для усиления эффективности;
Долговечность (для легкового автомобиля более 10 лет);
Износостойкость;
Отсутствие эксплуатационных расходов;
Увеличение антикоррозийного ресурса для всего автомобиля в целом (а не локальные воздействия);
Низкая стоимость.

Установка цинковых протекторов:

Протекторы закрепляются на кузове автомобиля с помощью болтового соединения в местах, наиболее подходящих для плотного прилегания прямоугольной пластины к поверхности кузова. При этом место контакта должно быть зачищено до металла. Гальваническая пара материалов днища и пластин создает ток, который переносит атомы цинка с пластин на кузов автомобиля. Один раз в два года необходимо выправлять напильником (или наждачной бумагой) образовавшиеся неровности на поверхности каждой пластины.

Возможные варианты крепления цинковых пластин:
Внутренние части крыльев автомобиля.
Места на днище автомобиля под передними из задними порогами.

Установка электронного блока:

Электронный блок (1) устанавливается в подкапотном пространстве автомобиля, на любую жесткую поверхность с помощью саморезов (2), таким образом, чтобы была возможность спуска гибкого монтажного провода (5).
Желтый монтажный провод (минус (-), МАССА) крепится к корпусу автомобиля с помощью самореза (3), место контакта должно быть зачищено до металла.
Красный монтажный провод крепится на плюс (4) аккумулятора (+12 В через предохранитель 0,5 А –установлен на проводе!)
Гибкий монтажный провод (5) (спуск на анод) опускается до контакта с землей.

И вот фото еще одного варианта, но на этот раз с защитными электродами подключающимися к блоку с помощью проводов.

Описывать подробно не стану – все варианты, как видите сами, работают по одному и тому же принципу. Какой выбрать для себя – решайте сами. Если таким способом можно продлить срок службы кузовов, то есть смысл внедрить его и на наших автомобилях.


Комментарии:

Комментарии (2) на "Электрохимическая защита кузова от коррозии"

  1. валера:

    стоит ли тойоту оснащать таким устройством?)

  2. Максим Евгеньевич:

    Хотелось бы пообщаться с автором статьи..Если не трудно пишите на почту t9159748793@mail.ru

Отправить комментарий

Главная | Обратная связь | Группа ВК