Защита автомобиля от коррозии

  Прежде чем пытаться защититься от коррозии, необходимо от­ветить на вопрос о том, что же такое коррозия металла. В обиходе коррозией называют появление ржавчины на поверхности металла. Каковы же основные механизмы появления ржавчины?

  Необходимо признать, что до настоящего времени полного от­вета на этот вопрос нет, а результаты проводимых исследований показывают, что процесс коррозии является очень сложным, по­скольку на его протекание оказывает влияние большое число фак­торов — химический состав металла, среда, в которой он находит­ся, температура, давление, наличие газов и т. д. По этой причине на сайте изложены только самые начальные сведения из теории коррозии, знание которых необходимо для правильной защиты корпуса автомобиля. Более полное представление о механизмах коррозии читатель может почерпнуть из рекомендуемой лите­ратуры.

  Коррозия железа (а именно этот процесс мы будем рассматри­вать в дальнейшем) осуществляется, если дополнительно имеются по крайней мере еще две составляющие: электролит, с которым граничит железо, и другой проводник, также граничащий с элект­ролитом. Электролитом в обычных условиях является дождевая вода, атмосферная влага, снег, дорожная грязь. Вторым по отноше­нию к кузову автомобиля проводником чаще всего является повер­хность земли, атмосфера, какой-либо другой внешний проводник, расположенный вблизи автомобиля. Два проводника (которые в данном случае называются электродами), погруженные в электро­лит, образуют так называемый гальванический элемент. Основное свойство гальванического элемента состоит в том, что если элект­роды выполнены из различных металлов, то такой элемент являет­ся источником напряжения. При этом положительный электрод на­зывается анодом, отрицательный — катодом.

  Проделайте простой эксперимент. В стакане теплой воды рас­творите ложку поваренной соли и опустите две пластины — одну медную, другую стальную. Простейший источник напряжения го­тов. С помощью вольтметра можно легко убедиться в том, что гальванический элемент создает небольшое, менее полувольта, напряжение. Если вы продолжите эксперимент несколько дней, то заметите, как на поверхности стали начнет появляться ржавчина. Этот простой эксперимент наглядно демонстрирует механизм кор­розии металла. Объяснение этого механизма состоит в следующем. Из курса физики известно, что проводники характеризуются способностью отдавать электроны во внешнюю среду. Наглядно можно представить, что каждый проводник окружен облаком из электронов, которые под действием тепловой энергии вылетают из него, а затем, если им ничто не мешает, под действием электриче­ских сил возвращаются в проводник. Если металл поместить в электролит, то положительные ионы металла (т. е. те атомы ме­талла, электроны которых находятся во внешней среде) начнут пе­реходить в электролит. В результате этого металл приобретает не­который потенциал, который может быть измерен. На практике потенциал металла определяют по отношению к специальному стандартному электроду, потенциал которого принимается равным нулю. Полученная разность потенциалов между стандартным элек­тродом и металлом получила название стандартного электродного потенциала (СЭП).

  Ниже приведены стандартные электродные потенциалы некото­рых металлов, расположенные в порядке снижения их активности, т. е. чем более отрицательным является СЭП, тем выше актив­ность металла.

Стандартные электродные потенциалы металлов, В

Танталл……………………………………….. — 0,34

Никель ………………………………………. — 0,24

Молибден …………………………………… — 0,2

Свинец……………………………………….. — 0,13

Медь ………………………………………….. — 0,34

Серебро………………………………………— 0,8

Алюминий ………………………………….. — 1,66

Марганец ……………………………………. — 1,18

Хром…………………………………………… — 0,91

Цинк …………………………………………… — 0,76

Железо ………………………………………. — 0,44

Кадмий ………………………………………. — 0,4

  Наибольший интерес представляет процесс коррозии железа в электролите при наличии менее активного металла. В этом случае железо как более активный металл является анодом, а менее ак­тивный — катодом. В гальванической паре всегда корродирует бо­лее активный металл — анод.

  Коррозия анода сопровождается двумя видами реакций — окис­лительной на аноде и восстановительной на катоде. В дальнейшем для определенности в качестве анода рассмотрим железо (Fe), од­нако все результаты относительно его коррозии справедливы, по крайней мере качественно, для любого ранее названного металла.

  Окислительная реакция может быть представлена как процесс, при котором атомы железа отдают два электрона и вследствие это­го превращаются в положительно заряженные ионы железа (Fe2+), которые переходят в раствор электролита в месте контакта его с анодом. Указанные два электрона сообщают аноду отрицательный заряд и тем самым вызывают ток по направлению к катоду, где со­единяются с положительными ионами. Одновременно положитель­ные ионы анода соединяются с отрицательно заряженными гидро-ксильными группами (ОН_), которые всегда присутствуют в рас­творе электролита.

  Схематически реакция на аноде может быть записана в следу­ющем виде:

Fe + 20H. = Fe₂₊ + 2е + 20Н_ = Fe(OH)₂ + 2e.

Под действием ионов железа на катоде возникают ионы водоро­да (Н+), с которыми и соединяются электроны анода. Схематиче­ски этот процесс описывается в следующем виде:

Н₊ + 2е = 2Н — Н₂,

т. е. на катоде происходит выделение водорода.

Если анодная и катодная реакции объединяются, они приводят к общей реакции коррозии:

Fe + 2Н₂0 = Fe(OH)₂ + Н₂.

  Таким образом, железо в сочетании с водой и менее активным металлом переходит в гидроокись железа, которая в обиходе и на­зывается ржавчиной.

  Наличие в воде дополнительной соли приводит к повышению проводимости электролита и, как следствие, к увеличению скоро­сти окисления анода. При этом дополнительно образуются хлорное железо и раствор соляной кислоты. Вот такие условия создают ав­толюбителям каждую зиму наши дорожники! Впрочем, кислотные дожди, которые выпадают с осадками, также не способствуют дол­голетию автомобиля.

  Важной характеристикой коррозии является скорость коррозии, которая определяется как глубина проникновения коррозии в ме­талл в единицу времени. Для железа наиболее характерным явля­ется значение скорости коррозии в пределах 0,05—0,02 мм/год. Из приведенных значений скорости коррозии следует, что при нару­шении лакокрасочного покрытия за 5 лет эксплуатации автомоби­ля толщина металла может уменьшиться на 0,25—1 мм, т. е., по сути дела, если не предусмотреть специальных мер защиты, ме­талл проржавеет, что называется, насквозь.

  Описанный механизм коррозии указывает также на основные пути борьбы с этим явлением. Кардинальный путь состоит в устра­нении катода или электролита, однако этот способ и наименее при­годен, поскольку автомобиль не может быть изолирован от окру­жающей среды и, в частности, от поверхности земли. Остаются два пути — изолировать металл от электролита с помощью покрытия или … превратить корпус автомобиля из анода в катод.

  Первый способ известен всем автолюбителям и широко исполь­зуется на практике, однако он не прекращает коррозии как тако­вой, а только защищает металл от ржавления. При нарушении ла­кокрасочного покрытия коррозия начинается разъедать металл, а повторное нанесение покрытия сопряжено с большими временными и материальными затратами.

  Наиболее уязвимыми частями корпуса автомобиля при этом яв­ляются скрытые полости и щели, такие, как пороги, внутренние балки, лонжероны, стойки, внутренние поверхности дверей, пото­лок, да практически весь корпус автомобиля. Слож­ная форма скрытых щелей и полостей затрудняет, а чаще делает невозможным качественную подготовку поверхности под окраску и саму окраску, а внутренние напряжения изогнутого в этих местах металла способствуют его интенсивной коррозии. В этих условиях срок службы кузова легкового автомобиля до выхода его из строя составляет 6 лет.

  Вместе с тем, не отрицая важности регулярного восстановления лакокрасочного покрытия, автор обращает внимание на принципи­ально иной метод защиты корпуса автомобиля от коррозии, а именно, полное прекращение самого процесса коррозии путем из­менения потенциала корпуса. Этот метод в литературе называется катодной защитой.

  Катодная защита металлов основана на том, что скорость кор­розии пропорциональна активности металлов, образующих гальва­ническую пару. В обычных условиях корпус автомобиля является анодом и поэтому корродирует. Если же изменить потенциал кор­пуса относительно внешней среды либо с помощью внешнего ис­точника напряжения либо приведя в контакт с более активным ме­таллом, то сам корпус автомобиля станет катодом и корродировать вообще не будет (по крайней мере скорость коррозии уменьшится в сотни раз), а разрушаться станет анод. В соответствии со способом изменения потенциала защищаемого металла различают протек­торную и электрохимическую защиту. Однако прежде чем рассматривать методы защиты, целесообразно описать особенности корро­зии автомобиля в различных условиях его эксплуатации.

  Первый способ известен всем автолюбителям и широко исполь­зуется на практике, однако он не прекращает коррозии как тако­вой, а только защищает металл от ржавления. При нарушении ла­кокрасочного покрытия коррозия начинается разъедать металл, а повторное нанесение покрытия сопряжено с большими временными и материальными затратами.

  Наиболее уязвимыми частями корпуса автомобиля при этом яв­ляются скрытые полости и щели, такие, как пороги, внутренние балки, лонжероны, стойки, внутренние поверхности дверей, пото­лок, да практически весь корпус автомобиля. Слож­ная форма скрытых щелей и полостей затрудняет, а чаще делает невозможным качественную подготовку поверхности под окраску и саму окраску, а внутренние напряжения изогнутого в этих местах металла способствуют его интенсивной коррозии. В этих условиях срок службы кузова легкового автомобиля до выхода его из строя составляет 6 лет.

  Вместе с тем, не отрицая важности регулярного восстановления лакокрасочного покрытия, автор обращает внимание на принципи­ально иной метод защиты корпуса автомобиля от коррозии, а именно, полное прекращение самого процесса коррозии путем из­менения потенциала корпуса. Этот метод в литературе называется катодной защитой.

  Катодная защита металлов основана на том, что скорость кор­розии пропорциональна активности металлов, образующих гальва­ническую пару. В обычных условиях корпус автомобиля является анодом и поэтому корродирует. Если же изменить потенциал кор­пуса относительно внешней среды либо с помощью внешнего ис­точника напряжения либо приведя в контакт с более активным ме­таллом, то сам корпус автомобиля станет катодом и корродировать вообще не будет (по крайней мере скорость коррозии уменьшится в сотни раз), а разрушаться станет анод. В соответствии со способом изменения потенциала защищаемого металла различают протек­торную и электрохимическую защиту. Однако прежде чем рассматривать методы защиты, целесообразно описать особенности корро­зии автомобиля в различных условиях его эксплуатации.