Протекторы защиты автомобилей от коррозии ПМ-Анодъ®
Возникновение коррозии — одна из самых распространённых причин выхода автомобиля из строя. Под действием ржавчины поверхность кузова машины очень быстро приходит в негодность и разрушается. Поэтому защита кузова от коррозии — одна из самых важных и обязательных задач, стоящих перед каждым владельцем автомобиля. Перед тем как говорить о том, каким образом может быть организована защита кузова автомобиля от ржавчины, давайте рассмотрим, что собой представляет процесс коррозии и каковы причины его возникновения.
Коррозия капота автомобиля
По сути, процесс коррозии — это окисление металла, которое ведёт к дальнейшему его разрушению. От появления ржавчины большую часть кузова автомобиля защищает лакокрасочное покрытие. Нарушение этого покрытия создаёт незащищённые участки на поверхности кузова автомобиля. Туда попадает влага с различными химически активными добавками. Слой грязи способствует тому, что влага задерживается в трещинках и микроповреждениях лакокрасочного слоя, что приводит к появлению ржавчины. Можно выделить следующие участки автомобиля, где повышена опасность возникновения очагов коррозии:
- элементы, расположенные в непосредственной близости к поверхности дороги;
- швы после неграмотно выполненной сварки после ремонта автомобиля;
- незащищённые участки с плохой вентиляцией, где проблематично быстрое высыхание влаги.
Очень важно помнить, что своевременное удаление ржавчины — необходимый пункт автомобильного сервиса. Периодически осматривайте свою машину и в случае обнаружения очагов окисления обеспечьте их немедленное удаление. Игнорирование очагов ржавчины или несвоевременное устранение приведут к разрушению структуры металла.
Ржавчина на дверях авто
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).
Наиболее уязвимые места
Кузов вследствие своей сложной конструкции ржавеет неравномерно. К самым уязвимым местам относят:
- 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.
- 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.
- Двигатель и выхлопная система. Работающий двигатель обладает высокой температурой, которая сильно отличается от температуры окружающей среды. Постоянный перепад температур также вызывает коррозию.
- Внутренняя часть кузова. Салон легко загрязняется и увлажняется даже после небольших поездок.
Все эти места требуют разной защиты, так как причины возникновения коррозии неодинаковы.
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.
Вторая группа способов, в отличие от антикоррозионной обработки, способна полностью остановить сам механизм ржавления железа и даже частично восстановить уже окислившийся металл.
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 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.
Внимание уделяют тому, чтобы в зону защиты попадали скрытые полости порогов, лонжеронов, силовых балок кузова.
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.
Подводя итоги
Антикоррозийное покрытие всех частей автомобиля необходимо проводить вовремя. Учитывая климатические особенности, даже новая машина нуждается в такой процедуре.
Борьба против ржавчины ведется как современными средствами – используются электронная защита от коррозии или обработка кузова автомобиля жидким стеклом, так и зарекомендовавшими себя составами в виде битумной мастики. Внешняя поверхность кузова, днище, скрытые полости – ни одна деталь машины не должна остаться без антикора.
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».
Оцинковка кузова
Оцинковка кузова автомобиля делается на заводе-изготовителе. Обычно для этого детали будущего автомобиля погружаются в ванну с расплавленным цинком и металл оседает на поверхности. Толщина покрытия не превышает 2 мкм. Принцип действия метода основан на электрохимических процессах. Цинк перетягивает на себя окислительные процессы. Нанесение цинка возможно тремя способами:
- Термический – погружение в ванну с расплавленным металлом
- Гальванический – происходит погружение в ванную с электролитом и цинк налипает на поверхность детали
- Холодный – поверхность окрашивается составом, содержащим цинк
Минусом защиты является то, что цинковое покрытие имеет микропоры и уже через год оцинковка кузова автомобиля не работает должным образом. Современный способ цинкового напыления – катафорез – допускает нанесение слоя цинка в 7-9 мкм. Срок защиты увеличивается до 10 лет.
Оцинковка – это комбинированный способ защиты от коррозии: барьерный и электрохимический.
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.
Оцинковка кузова
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.
Ламинирование авто
Как и другие способы декоративной защиты поверхности, способ сохраняет автомобилю товарный вид, но оставляет нерешенной проблему с коррозией в труднодоступных местах.
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.
Защита кузова и днища авто от коррозии: ржавчина не проблема
При взаимодействии металлических деталей автомобиля с окружающей средой начинается их коррозия. Продуктом процесса является ржавчина, которая представляет собой оксид железа. Разрушение металла начинается с момента рождения машины и продолжается в течение эксплуатации. Ржавчина использует любую возможность, чтобы распространиться по кузову, днищу, другим деталям авто и привести машину в негодность. Постоянная защита от ржавчины – задача каждого автомобилиста, который хочет, чтобы транспортное средство оставалось на ходу как можно дольше.
От коррозии на автомобиле нужно избавляться как можно быстрее, иначе может потребоваться дорогостоящий ремонт
Взаимодействуя с водой, металлические детали автомобиля подвергаются воздействию двух видов коррозии. Электрохимическая коррозия возникает из-за наличия в каждой капле воды растворенных солей и газов. Химическая коррозия появляется из-за разрушающего воздействия на металл водородных ионов и кислорода. С учетом воздействия двух видов разрушения на металлические детали авто защита от коррозии имеет несколько вариантов.
Устройство катодной защиты кузова автомобиля от коррозии
. Автомобиль, проехавший по дороге, посыпанной реагентом, становится жертвой коррозии. И чем больше автомобиль будет забрызган грязью с дорожного полотна, тем активнее будет коррозия кузова. Реагент, находящийся на поверхности кузова, даже в сухом гараже притягивает к себе молекулы воды из воздуха, как любая соль. И чем выше влажность воздуха, тем активнее пагубное воздействие реагента.Соль делает своё коварное дело в любых условиях, разница лишь в скорости коррозии металла. Хорошо, если металл окрашен, а если имеется хотя бы небольшая царапина, то ржавчина сразу туда проникает. И не везде помогут антикоррозийные покрытия, или мастики. Ведь мелкую царапину изначально трудно заметить, а когда она превратится в сквозную коррозию, будет уже поздно. Да и необходимо постоянно следить за кузовом, чтобы своевременно закрасить краской, или замазать антикорозийкой появившийся скол краски от удара камня.
Думаю Вы замечали, отечественные автомобили ржавеют очень быстро, европейские немного медленнее, а японские автомобили – наиболее стойкие к коррозии. Для уменьшения коррозии, ещё на этапе производства автомобиля применяют различные способы защиты кузова. Например, японцы, живущие на островах, в условиях влажного морского климата применяют специальную обработку кузова автомобиля высокими частотами. Один из способов защиты от коррозии – оцинковка поверхности металла. Замечено, что после ремонта автомобиля, сварные швы наиболее подвержены коррозии. Ускорение коррозии происходит из-за высокотемпературного "ослабления" металла.
Наиболее простым и действенным способом защиты кузова автомобиля от коррозии является – катодная защита. Это вид активной – электрохимической защиты.
Изучая эту тему в Интернете, я столкнулся с тем, что она описывается не совсем "специалистами". Статьи либо пишутся автолюбителями, мало соображающими в электронике, либо электронщиками, мало понимающими в электрохимических процессах и плохо представляющими принцип катодной защиты на автомобилях. Поэтому, в основном у них получается экспериментальный, не оптимальный и малоэффективный вариант устройств защиты. В этой статье, мы рассмотрим принцип и способы реализации катодной защиты от коррозии и разработаем оптимальный её вариант.
Принцип действия катодной защиты состоит в следующем:
В качестве катода (минуса) используется корпус автомобиля, а в качестве анода (плюса) – металлические сооружения, различные пластины и другие окружающие поверхности, проводящие ток, в том числе и влажное дорожное покрытие. Из-за разности потенциалов между защищаемой поверхностью металла и поверхностью "анода" по цепи, образующейся через влажный воздух, проходит слабый ток. На аноде происходит реакция окисления — освобождение электронов. Анод, постепенно окисляясь, разрушается, а разрушение катода наоборот прекращается.
В некоторых статьях Интернета по теме катодной защиты приводится разность потенциалов между катодом и анодом: Для железа и его сплавов полная защита от коррозии достигается при потенциале 0,1…0,2 В. Дальнейший сдвиг потенциала в сторону увеличения мало влияет на степень защиты. Плотность защитного тока должна быть в пределах 10…30 мА/м2.
На самом деле эти цифры кем-то "надуманы" для тех, кто не знает, что такое электрический ток. Но мы то с Вами знаем. Анод и катод можно расположить на расстоянии одного сантиметра друг от друга, а можно и на расстоянии нескольких сантиметров и даже метров. По законам электрохимии, для эффективности, чем дальше электроды находятся друг от друга, тем больше должна быть разница потенциалов. Поэтому говорить о конкретном значении в 0,1…0,2 вольта – неправильно. Кроме того, воздух, который используется в качестве электролита, проводит электрический ток только с большой разницей потенциалов – порядка киловольт, а маленькое напряжение ему "как слону дробина". Поэтому, по закону Ома, о наличии защитного тока, как и о его плотности в пределах 10…30 мА/м2 говорить также нелепо. Этого тока просто не будет!
Другое дело, если мы будем рассуждать не об электрическом токе, а о разности зарядов (или потенциалов). Тогда можно будет говорить о концентрационной поляризации по кислороду, при котором молекулы воды, попадая на поверхность металла, ориентируются на поверхностях электродов так, что на аноде происходит освобождение электронов — реакция окисления, а на катоде наоборот, окисление прекращается. Так как электрический ток отсутствует, то освобождение электронов происходит очень медленно. Этот процесс безопасен и не заметен для глаз. Учитывая эффект поляризации молекул воды, наблюдается дополнительное смещение потенциала кузова автомобиля в отрицательную сторону, что позволяет периодически выключать устройство защиты от коррозии (при ремонте автомобиля, зарядке аккумулятора и т.п.). Особо необходимо отметить важный момент, чем больше площадь анода (анодов), тем эффективнее защита.
В качестве защищаемого катода, как было описано ранее, используется корпус автомобиля. Нам необходимо выбрать, что мы будем использовать в качестве анода.
Ещё раз повторюсь, для работы схемы защиты нам не требуется ток, протекающий между электродами. Если он будет, то это будет "побочный" ток, который может возникнуть в результате намокания анодов, колёс автомобиля и т.д. Это ток разряжающий аккумулятор и не более того. Поэтому автомобильную бортовую сеть + 12 вольт достаточно подключить к аноду (нескольким анодам) через добавочный резистор. Основное назначение резистора – ограничение тока разряда аккумуляторной батареи в случае замыкания анода на катод, которое может произойти по причинам "неудачной установки", повреждения анода, его химического разложения в результате окисления и т.д.
Варианты анодов, применяемых на автомобиле, находящемся на стоянке (гараже): металлическое сооружение, находящееся в непосредственной близости от автомобиля, например металлический гараж, в котором хранится автомобиль; контур заземления, используемый при отсутствии металлического гаража, в том числе на открытой стоянке. Другие варианты анодов, применяемых на движущемся, или находящемся на стоянке (гараже) автомобиле: металлизированный резиновый заземляющий "хвост"; защитные электроды (протекторы) на кузове автомобиля.
Рассмотрим все перечисленные варианты
1. Использование металлического гаража в качестве анода является наиболее простым способом защиты главным образом внешних металлических поверхностей облицовки автомобиля. Если пол в гараже также железный, или содержит открытые участки металлической арматуры, то тогда защищается и поверхность днища автомобиля. Летом, как правило, в металлическом гараже – парниковый эффект, который при катодной защите не разрушает, а наоборот сохраняет и очищает кузов автомобиля от коррозии. Для создания такой защиты достаточно корпус гаража подключить к плюсу аккумуляторной батареи, установленной в автомобиле через обыкновенный добавочный резистор и монтажный провод. В качестве плюса, можно использовать прикуриватель, при условии, что в нём есть напряжение в режиме стоянки при отключенном замке зажигания (не у всех автомобилей при отключенном зажигании работает прикуриватель).
2. Использование контура заземления в качестве анода подобно использованию металлического гаража. Разница состоит лишь в том, что главным образом от коррозии защищается днище автомобиля. Для создания лучшего контура заземления, по периметру автомобиля необходимо забить в грунт четыре металлических кола (стержня) длиной не менее одного метра. Колы, электрически соединяются друг с другом с помощью проволоки. Контур подключается к автомобилю точно так же, как и корпус гаража – через добавочный резистор.
3. Металлизированный резиновый заземляющий "хвост" — простой и эффективный способ защиты движущегося автомобиля. В условиях влажного воздуха – дождя, мокрого дорожного покрытия, создается разность потенциалов между кузовом автомобиля и дорожным покрытием. Влажный воздух и мокрое дорожное полотно усиливает коррозию кузова автомобиля, но в данном случае наблюдается обратное — чем больше влажность, тем эффективнее антикоррозийная работа заземляющего хвоста. Хвост устанавливается сзади автомобиля так, чтобы в сырую погоду, при движении автомобиля, на хвост летели брызги воды от заднего колеса. Это улучшает эффективность антикоррозийной защиты.
Вторая функция заземляющего хвоста – он выполняет функцию антистатического приспособления. Я думаю, вы замечали, на бензовозах всегда волочится и гремит металлическая цепь, предназначенная для исключения накопления статического заряда на корпусе автомобиля и как следствие – исключения возникновения электрической искры, опасной для перевозимого груза. В некоторых статьях Интернета пишут, что цепь, волочащаяся за бензовозом – это антикоррозийное приспособление. К таким наблюдениям можно отнестись только с улыбкой.
Хвост должен быть изолирован от корпуса автомобиля по постоянному току и наоборот "закорочен" на корпус по переменному току. Достигается это RC-цепочкой, представляющей собой элементарный частотный фильтр.
4. Использование в качестве анодов защитных электродов — протекторов, практически отдельная тема. Элементарные металлические пластинки — "защитные протекторы" прикрепляются в наиболее уязвимых для коррозии местах — под крыльями, на днище кузова, на порогах. Они отвлекают на себя ржавчину за счёт того же эффекта, что и все предыдущие варианты анодов. Достоинство такого способа – постоянное наличие анода, стоит машина или едет. Такая локальная защита, говорят, дает хорошие результаты. Правда, анодов надо установить штук 15-20. Это трудоемко, но думаю "овчинка выделки стоит".
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…10 см2.
При установке и монтаже электродов 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;
— для крепления электродов рекомендуется использовать только эпоксидный клей или шпатлевку на его основе, предварительно зачистив глянец (эпоксидный клей на глянец не прилипает), но думаю, что это не догма;
— наружную сторону защитных электродов (где нет пайки) нельзя покрывать мастикой, краской, клеем или другим электроизоляционным покрытием.
Пластины-протекторы — это положительные пластины конденсатора, которые должны быть изолированы от отрицательной пластины — кузова автомобиля. Но расстояние между пластинами должно быть небольшим, чтобы ёмкость этого конденсатора была достаточной — на большом расстоянии между пластинами электрическое поле будет стремиться к нулю. Лакокрасочное покрытие автомобиля и эпоксидный клей, находящиеся в промежутке между кузовом и пластинами — это диэлектрическая прокладка конденсатора.
Установка электродов в этих точках наиболее эффективна:
1 — коробчатые усилители брызговиков; 2 — места крепления фар и подфарников; 3 — нижняя часть передней панели; 4 — полости за щитками-усилителями передних крыльев; 5 — внутренние поверхности дверей и порогов; 6, 7 — передняя нижняя часть заднего крыла и арка колеса по стыку с крылом; 8 — фартук задней панели.
Провода к протекторным пластинам подключаются через проколы в резиновых заглушках, закрывающих отверстия в днище автомобиля, которые предусмотрены его конструкцией.
Другой вариант использования меньшего количества электродов, но с большей площадью самих пластин:
Выглядит вполне логично, зачем устанавливать много электродов малой площади, если можно установить мало электродов, но большего размера. Главное, установить их в местах наиболее подверженных коррозии, или вблизи этих мест. Кроме того, в связи с тем, что в качестве "электролита" выступает влажный воздух, пластины должны располагаться обращёнными не внутрь (внутри короба, куда не проникает влага), а наружу – навстречу агрессивной среде, например брызгам от колеса.
Кузов автомобиля током бить не может, так как токи антикоррозийной защиты очень слабые. Даже если вы положите голую пластину под обнажённое "седалище", вы почувствуете только твёрдый металл этой пластины, не более. В антикоррозийной защите используется слабый постоянный ток, который создает слабое электрическое поле, а по альтернативной теории электрического тока — магнитное поле, только в промежутках между кузовом и местом установки протекторов. Поэтому электромагнитное поле обыкновенного сотового телефона более, чем в 100 раз сильнее, поля создаваемого катодной защитой.
Думаю, что элементарных теоретических понятий достаточно, поэтому перейдём к разработке устройства антикоррозийной защиты.
Учитывая особенности и специфику использования различных вариантов анодов, конечно лучшим вариантом является одновременное использование всех перечисленных ранее способов.
Схема устройства простейшая. Самое сложное – изготовление "заземляющего хвоста" и установка "протекторных пластин".
Изучая вопрос протекторной защиты в Интернете, я не встретил ни одной схемы, которая оптимально выполняет задачу защиты от ржавчины. Вернёмся к тому, что в некоторых статьях пишут, что полная защита от коррозии достигается при потенциале 0,1…0,2 В. Дальнейший сдвиг потенциала в сторону увеличения мало влияет на степень защиты. Мы не будем оспаривать этого предлагаемого значения. Защитного тока фактически не существует, он возникает только в случае "появления" проводника, образующегося за счёт проводимости воды, попадающей на пластины протекторов, или на покрышки колёс. Исходя из этого, можно сделать вывод: Если мы будем стремиться к значению 0,1…0,2 вольта, тогда придется ставить делитель напряжения, а это — лишний – паразитный разряд аккумулятора впустую. Если увеличение потенциала, не ухудшает степень защиты, тогда проще подать на аноды все 12 вольт, которые будут сами по себе "падать" в зависимости от влажности пластин. Достигается это обыкновенным добавочным резистором. Необходимо рассчитать его на такой ток, при котором в случае замыкания протекторных пластин на корпус автомобиля, происходит "безопасный" разряд аккумуляторной батареи. Абсолютно все, встречающиеся в Интернете схемы катодной защиты либо имеют фиксировано малую разницу потенциалов между анодом и катодом (до 1,8 вольта), либо имеют большую разницу потенциалов (до 8…11 вольт), но авторы этих схем описывают их, как "выдающие" 0,1…0,2 вольта. Разница этих схем – в максимальном токе, определяемом добавочным резистором. Непонятно, они или сами не умеют рассчитать простейший делитель напряжения, или пытаются обмануть Вас?
Из руководства по эксплуатации автомобиля, автомобилисты знают, что устойчивый пуск двигателя с помощью стартера возможен, если емкость аккумулятора составляет не менее 60% номинальной. Если использовать одно из устройств, публикуемых авторами разных статей с током потребления 5 мА, то время, в течение которого аккумулятор можно не подзаряжать составит 40 дней. С учетом саморазряда аккумулятора это время будет еще меньше. При постоянном использовании автомобиля это не опасно, но если Вы собрались в отпуск, или длительную командировку, то такое устройство следует отключить от аккумулятора автомобиля.
Приведу популярную схему катодной защиты, даже с рисунками протекторов:
На рисунке, вывод "Вых." подсоединяется на пластины-протекторы. Против таких протекторов я ничего не имею, поскольку их геометрия мало влияет на степень защиты (можете вырезать хоть звездочку), а влияет лишь площадь пластин.
Определим, какое же напряжение подается на пластины, и какой ток потребляет устройство?
На кристалле светодиода HL1 типа АЛ307БМ падение постоянного прямого напряжения равно 2 В (из справочника).
Остальные 10 В падают на резисторах.
Общее сопротивление R1+R2+R3 будет равно 4855 Ом (R1+R2 в параллель и R3 последовательно).
Ток делителя будет равен Iдел = U / Rобщ. = 10/4855 = 2,1 mA.
Отсюда: Напряжение на выходе Uвых = Iдел * R3 + UHL1 = 2,26 * 4300 + 1 = 10,8 B.
Где же заявляемые 0,1…0,2 вольта? Мало того, в этой схеме, проходящий через светодиод ток 2,1 mA его толком и не зажжёт, у светодиода номинальный ток 10 mA.
Кроме того, на лицо "паразитный" ток разряда аккумуляторной батареи – через делитель. Вывод: схема придумана малограмотным экспериментатором.
Подобная схема с "паразитным" разрядом аккумуляторной батареи приводится в схеме с заземляющим хвостом:
В соответствии с описанием этой схемы, на кузов автомобиля, относительно земли, подаётся отрицательный потенциал, напряжением около 1,9 вольт. При наличии в воздухе даже небольшой влажности поверхность колёс (за счёт наличия солей) становится электропроводящей и электрическая цепь замыкается.
В схеме существует важный недочёт — цепь уже и так замкнута по пути: "+" аккумуляторной батареи, резистор R1, стабистор V1, "-" аккумуляторной батареи.
Паразитный ток разряда аккумуляторной батареи, протекающий через стабистор приблизительно составляет: I = UR1 / R1 = 10,1 / 240 = 42 mA, это довольно много. Защитный ток, использующий влажность воздуха такой схемы будет на порядок меньше "паразитного". Получается, что эта схема ещё хуже предыдущей.
Встречались и другие статьи, в которых по плотности тока на протекторах вычислялись значения резисторов делителей напряжения – что является заблуждением.
________________________________________
Закончим критику, и приступим к делу. Как я и писал ранее, нет смысла стремиться к уменьшению разности напряжений между анодом и катодом. Все предлагаемые схемы катодной защиты, построенные на делителях напряжения способны принести не только пользу, но и вред. Особенно активно вы будете лить слёзы в случае осыпания пластин аккумуляторной батареи, когда произойдёт случайное замыкание протектора на корпус, а Вы этого не заметите. Если напряжение катодной защиты будет больше, то хуже от этого не будет, а даже наоборот – лучше. В то же время, ток ограниченный добавочным резистором делает такое напряжение безопасным.
Предлагаю оптимальное устройство катодной защиты, использующее все варианты анодов, которое фактически не разряжает аккумулятор, что особенно важно при длительном хранении автомобиля. Время использования может составлять до бесконечности, пока сам аккумулятор не умрёт своей смертью, даже если регулярно четвероногий друг будет мочиться на протекторы.
За шаблон, на котором мы изобразим схему, мы возьмём предыдущее схематичное изображение автомобиля, доработав его простой, но "толковой" схемой защиты.
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 которых выступают стенки металлического гаража, защитные протекторы. Кроме того, во время осадков в качестве защитного анода используется и мокрая поверхность дорожного полотна.
В схеме имеется три цепи защиты:
Первая цепь катодной защиты – цепь "стационарной" защиты с использованием контура заземления, или корпуса металлического гаража (ракушки). Является самым эффективным способом защиты автомобиля от коррозии в условиях "парника" металлического гаража. Применяется с дополнительным проводом, подключаемым одним концом в гнездо Гн1, другим соединяется с соответствующим анодом. Гнездо Гн1 можно расположить в любом удобном для Вас месте автомобиля. Удобнее всего – в салоне, у водительского места. В состав первой "стационарной" цепи защиты входят светодиод VD1, резистор R1, гнездо Гн1 и многожильный монтажный изолированный провод. Если у Вас нет условий для использования этого вида защиты, не переживайте, значит у Вас и нет металлического гаража, а так же есть остальные цепи защиты.
Вторая цепь катодной защиты – цепь "мобильной" защиты с использованием заземляющего «хвоста». Это наиболее эффективная защита от коррозии во время дождя, тумана, мокрого дорожного полотна. Электрод-хвост располагается сзади автомобиля, на одной линии с колесом, для того, чтобы брызги воды от колеса попадали на хвост. В состав второй "мобильной" цепи защиты входят светодиод VD2, резистор R2, изолятор (на рисунке — коричневый), заземляющий электрод — хвост Э1. Дополнительно в состав второй цепи входят элементы R3 и С1, которые совместно с Э1 выполняют функцию защиты кузова автомобиля от статического напряжения. Обратите внимание, что хвост прицепляется не непосредственно к металлическому кузову автомобиля, а через изоляционный материал. В качестве хвоста используйте тонкую металлизированную резиновую ленту. Как вариант, можно использовать тонкостенный резиновый шланг с продетым в него тонким металлическим тросиком, выглядывающим на конце.
Третья цепь катодной защиты – цепь "постоянной" защиты от коррозии с использованием протекторных пластин. Эта защита от коррозии действует постоянно, как на стоянке, так и в движении, как во время дождя, так и в сухую погоду. Её эффективность зависит от количества, размеров и мест расположения пластин-электродов. Чем суммарная площадь электродов больше, тем лучше. Но учтите, что электроды должны быть распределены по кузову автомобиля в наиболее уязвимых для коррозии местах. О самих протекторах было написано выше. Наиболее приемлемый не дорогой материал для протекторов – нержавеющая сталь. В состав третьей "постоянной" цепи защиты входят светодиод VD3, резистор R4 и протекторы (на рисунке — синие). Пластины крепят на клей, но думаю, что конструкция на болтах будет работать не хуже и при умелом соединении, безусловно, будет надёжнее.
Номиналы резисторов R1, R2, R4 схемы защиты выбраны такими, чтобы в случае замыкания протекторов, хвоста, или гаражной конструкции на кузов автомобиля максимальный ток был ограничен номинальным значением тока светодиодов – 10mA. Другими словами, в условиях сухого воздуха (сухого кузова автомобиля) светодиоды не должны гореть. Если в сырую погоду, светодиоды загораются, то это свидетельствует о работе катодной защиты. Чем больше влажности, тем ярче будут гореть светодиоды. Если один из светодиодов горит максимально ярко на "сухом" автомобиле, то это означает, что имеет место неисправность – замыкание элементов защиты от коррозии на корпус автомобиля. Тогда необходимо, не позднее чем в течение недели после загорания светодиода определить место замыкания и устранить его. Основное назначение светодиодов – контроль исправности цепей катодной защиты. В условиях минимального воздействия влаги они не должны ярко светиться. Слабое свечение допускается.
Проверку исправности цепей защиты на обрыв проводят приблизительно 1 раз в месяц путем замыкания на корпус автомобиля: первую цепь проверяют замыканием провода, который должен крепиться к стенке металлического гаража; вторую – замыканием заземляющего хвоста; третью – замыканием одного из протекторов. При замыкании, соответствующий светодиод должен загореться. Для удобства, можно использовать дополнительный монтажный провод. Неплохо, при проверке исправности схемы катодной защиты ещё и осмотреть защитные протекторы.
Само нехитрое устройство можно разместить в любом удобном для Вас месте. Нет необходимости размещать его на панели приборов, перед глазами водителя. Там оно будет только отвлекать. Устройство защиты, размещённое в моторном отсеке, не позволит своевременно отреагировать на замыкание анодов на корпус автомобиля, потому как многие не заглядывают под капот своего коня от одной, до другой смены масла в двигателе. Поэтому, по моему мнению, оптимальное место расположения устройства – под приборной панелью, в нише, на 10-20 сантиметров выше педалей управления. Перед выходом из машины, водитель обычно опускает глаза для изъятия ключа из замка зажигания, поэтому светодиоды устройства защиты окажутся в поле его зрения. А красный горящий светодиод обязательно привлечёт внимание.
Необходимо, чтобы устройство оставалось подключенным к аккумулятору даже при отключенном общем электрооборудовании автомобиля (выключенном зажигании). В простейшем случае устройство можно расположить на небольшой изоляционной пластине (гетинакс, текстолит, пластмасса). Лучший вариант, если устройство поместить в какую-либо изолированную коробочку, или залить эпоксидной смолой.
________________________________________
дальше я начал собирать устройство
Катодная защита автомобиля от коррозии
Многим автолюбителям известно, что достаточно появиться небольшой царапине — и ржавчина начинает прямо-таки поглощать автомобиль. И бороться с ней весьма трудно. 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. Такая операция занимает немало времени, да и требует постоянного контроля. Кроме того, в процессе эксплуатации происходит постепенное разрушение покрытий. Из-за вибраций при движении появляются микротрещины, под ударами камней или песка краска откалывается.
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 воде, 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 R1, 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.
Еще одна Электрическая схема простейшего устройства приведена на рис. 2
Устройство содержит 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 потенциал V1, который определяется из выражения
U = Е х R2/(R1 + R2)
где Е -напряжение аккумулятора 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 (01-100 мА) выбирается из условия, что при обычной влажности один анод надежно защищает примерно 4-10 дм2 площади. 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.
А вот так вот устройство реализовано в реале, использована заглушка кнопки.
Рис. 3. Установка электродов в этих точках наиболее эффективна:
1 — коробчатые усилители брызговиков, 2 — места крепления фар и подфарников, 3 — нижняя часть передней панели, 4 — полости за щитками усилителями передних крыльев, 5 — внутренние поверхности дверей и порогов, 6, 7 — передняя нижняя часть заднего крыла и арка колеса по стыку с крылом, 8 — фартук задней панели.
Катодная антикоррозийная защита кузова автомобиля
В данной статье изложен электрохимический способ. Смотрите также классические методы защиты кузова автомобиля от коррозии.
Почти все автомобили сделаны из железа. А железо, как известно, имеет свойство ржаветь. Поэтому проблемам защиты кузова автомобиля от коррозии все производители автомобилей уделяют пристальное внимание. Всевозможные грунтовки, стойкие краски, специальные сорта стали — всё направлено на борьбу с коррозией.
Но с другой стороны нержавеющие автомобили невыгодны производителям. Наступает насыщение рынка и покупательский спрос падает. Поэтому для защиты кузова производители автомобилей применяются не все возможные способы.
Одним из таких (неиспользуемых) способов является катодная защита кузова. Подобный метод широко распространён повсеместно для защиты от коррозии различных трубопроводов, корпусов морских судов и прочих стальных конструкций. Поэтому естественно, что таким методом можно защитить и кузов автомобиля.
Для этого нужно собрать несложную схему:
В соответствии с этой схемой на кузов автомобиля, относительно земли, подаётся отрицательный потенциал, напряжением около 1,9 вольт. При наличии в воздухе даже небольшой влажности поверхность колёс (за счёт наличия солей) становится электропроводящей и электрическая цепь замыкается. В цепи начинает протекать электрический ток, вызывающий электролиз солей.
По законам электролиза на отрицательном электроде металл восстанавливается, а на положительном разрушается.
Таким образом, металл кузова будет всё время защищён от коррозии.
Правда положительный электрод (Э1), при этом, будет ускоренно ржаветь и разрушаться. Но это не создаст проблем — его можно периодически заменять.
Для испытания данной схемы был проделан следующий опыт: две стальные пластины были уложены на влажную землю и пролежали на ней два дня. Одна из пластин была защищена катодной защитой, по приведенной схеме, другая нет. Результат наглядно видно на фото.