Электролитическая коррозия.
Предпосылкой для появления процессов электролитической коррозии
является токопроводящая жидкость или электролит. Такая коррозия
очень опасна и быстро распространяется. Если металл корпуса судна
соприкасается с морской водой, то у его поверхности протекает
своеобразный процесс, являющийся причиной износа материала.
Положительно заряженные атомные ядра отделяются от своих электронов
и уходят в воду. Давление, с которым эти осколки атомов (ионы)
отрываются в электролит, для каждого металла и сплава различно.
Металлы, распределенные по величине своего давления (или
потенциала), составляют ряд напряжений металлов.
Из-за отрыва ионов морская вода становится положительно заряженной,
а металл благодаря оставшимся электронам - отрицательно заряженным.
В закрытом сосуде эти заряды противились бы продолжающемуся
отделению, так как, с одной стороны, положительные ионы (катионы)
притягиваются отрицательным металлом, с другой,- отталкиваются
положительным электролитом. Но воду, в которой плавает яхта,
зарядить положительно невозможно даже супертанкеру.
Другая причина отрыва ионов от наружной обшивки судна- разность
потенциалов вследствие неоднородной структуры металла, разности
температур или дефектов поверхности (царапины и трещины). У
движущегося судна добавляется еще влияние сильного встречного потока
воды: из-за так называемого разрыва жидкости (кавитации) изменяется
давление у поверхности корпуса. Вследствие разности потенциалов
образуются микроскопические гальванические элементы. Так,
гальванический элемент, возникающий в паре бронзовый винт - стальная
обшивка корпуса, в значительной степени разрушает обшивку судна в
корме (здесь, кроме того, играет роль приток кислорода из пенящейся
воды). Если рядом находятся детали из меди и цинка, то вследствие
разности потенциалов между этими металлами электроны переходят от
цинка к меди. Компенсация этих зарядов происходит постоянно
благодаря выделению новых ионов цинка. Электрический ток будет
проходить до тех пор, пока цинк не растворится полностью. У
поверхностей металлов образуется электрическая цепь между местами с
разными потенциалами. Ток в таких цепях всегда направлен в сторону
элемента с меньшим потенциалом (о чем можно судить по приводимым
данным: применяемые в судостроении металлы и сплавы расположены в
порядке убывания потенциала).
Как видно, чем дальше друг от друга расположены
металлы, тем больше
напряжение и сильнее ток. Один ампер уносит в год примерно 9 кг
железа - для большого стального корпуса это даже незаметно. Поэтому
большой анод при маленьком
катоде неопасен. Конечно, судостроительные лакокрасочные покрытия
благодаря своей плотности создают хороший защитный слой против
электролитической коррозии. Однако при эксплуатации судна эта
плотность оказывается непродолжительной. Тончайшие трещинки в
покрытии открывают доступ электролита к металлу и дают начало
коррозии. Хорошей защитой против коррозии является катодный слой.
Поскольку всегда изнашивается только анод, то основной металл
покрывают металлом, имеющим более низкий потенциал (например,
оцинкованная листовая сталь). Цинк в электрохимическом отношении
обладает большей активностью, чем сталь, и распадается как анод. Это
препятствует ржавлению стали. Другое преимущество: цинк очень
медленно растворяется. Но, к сожалению, все еще отдают предпочтение
благородным покрытиям металлов, таким, как
хром. Просто потому, что
они хорошо выглядят. Однако, как и краска, эти покрытия защищают от
коррозии только при совершенной плотности. Никель лишь украшает, но
не защищает от коррозии, даже если покрытие выполнено безупречно.
Алюминий и его сплавы можно защищать анодированием, что на практике
означает электролитическое окисление. Основной металл образует слой
окислов, который препятствует дальнейшему развитию коррозии.
Последующими методами окраски и пропитывания можно еще более
повысить устойчивость этого слоя против коррозии и износа.
Места подводной части судна, особенно сильно подверженные коррозии,
защищают с помощью анодов - небольших металлических блоков, металл
которых по отношению к корпусу является неблагородным. Стальной
корпус защищают анодами там, где возникают гальванические элементы,
например, в районе бронзового гребного винта. Цинковые аноды
регулируют содержание ионов железа (которое по отношению к бронзе
является анодом). Железо
не убывает, более того вместо него идут в раствор ионы цинка (рис.
203). Аноды изготовляют из чистого цинка с примесью 0,1-0,15%
ртути. Для
алюминиевых яхт
используют иногда аноды из сплава магния, однако и в этом случае
хорошо зарекомендовал себя цинк.
Рис. 203. Расположение защитных анодов на
алюминиевой яхте. 1 - цинковый анод, вмонтированный для хорошего
обтекания корпуса водой заподлицо с поверхностью; 2-цинковый анод,
приварен к плавнику руля; 3- цинковое кольцо для защиты стального
вала от разрушения в паре с бронзовым гребным аинтом.
Алюминиевые суда
нелегко защитить от коррозии, так как из металлов алюминий
расположен дальше всех в отрицательной области. Некоторые сплавы
алюминия даже по отношению к цинку являются катодами, так что не
допускается применение даже оцинкованных болтов, хотя при этом они
не изнашиваются. В этом случае применяют болты из высококачественной
нержавеющей стали. На палубе любое клепаное или привинченное
соединение другого металла с алюминием надо электрически изолировать
от алюминия. Дельные вещи из бронзы в подводной части корпуса в
любом случае следует монтировать изолированно по отношению к
алюминиевому корпусу. Лучше всего применять забортную арматуру из
пластмасс.
К металлам, которые уживаются вместе в морской воде, относятся
медь, бронза и
монель-металл, расположенные в таблице потенциалов близко один к
другому. Алюминий, сталь с низким содержанием углерода и активную
высококачественную нержавеющую сталь можно также применять вместе,
но с осторожностью. Гальваническая коррозия появляется, если
оцинкованная сталь находится в соленой воде рядом с бронзой или
монель-металлом. Сначала возникает маленькое отверстие в слое цинка,
затем развивается глубокая язва в стали на самом коротком пути
ионов, по которому цинк уже ушел в раствор.
Разницы между речной и морской водой сегодня можно не делать, потому
что реки также наполнены солью. Для лодок и судов нельзя применять
простую латунь, так как она отдает цинк независимо от того,
эксплуатируется судно в соленой или речной воде.
Электролитическое разрушение металлов возникает не только из-за
разницы потенциалов между различными материалами в электролите.
Дефекты в собственной бортовой электросети могут иметь
неблагоприятные последствия. Если исходя из упругости растворения
металлов коррозию можно сравнить с первичным элементом (батарейка
карманного фонаря), то, не будучи очень точным, коррозию, вызванную
потоком паразитного тока, можно уподобить вторичному элементу
(аккумулятору).
Когда постоянный электрический ток подают на борт для зарядки
аккумуляторов, судно заряжается, например по отношению к причальной
стенке, анодом. Если часть тока идет обратно не через кабель, а
вследствие дефекта в его изоляции через воду, то на наружной обшивке
появляются коррозионные язвы. В зависимости от силы тока (25 А в час
"съедают" около 30 г железа) за короткое время стоянки значительная
площадь обшивки может быть поражена коррозией.
Если ток подают на борт через простой кабель, например для обогрева
каюты, то через поврежденную изоляцию в отопительном приборе часть
тока может идти от наружной обшивки через воду к земле и разъедать
металл борта, повернутый к причалу. Самый опасный случай - это
работа бортовой батареи на постоянном токе с берега в буферном
режиме. С одной стороны, постоянный ток образует аноды, с другой - у
судна особенно хорошая связь с батареей именно через стартер,
который, к сожалению, еще и сегодня выполняют однополюсным. Тут не
помогает никакая изолированная установка двигателя и никакая
изоляция его от гребного вала. Через воду системы охлаждения
двигатель электрически всегда связан с корпусом судна.
Следовательно, зарядный ток должен поступать на борт только через
разделительный трансформатор, благодаря чему у судна не возникает
электрического соединения с землей, а только магнитное. Нет тока,
вызывающего коррозию, судно и причальная стенка не образуют двух
полюсов. Разделительный трансформатор следует устанавливать
изолированно на судне и он не должен иметь никакого электрического
соединения с наружной обшивкой или двигателем. При поврежденной
изоляции или коротком замыкании в трансформаторе необходимо
заземлить железный сердечник на суше через третий провод.
Если судно находится в воде, которая проводит электрический ток, то
в корпусе судна происходит перемещение электронов, даже если нет
соединения с источником тока. Металл одного борта обогащается
электронами, а с другого борта они уходят в воду. Борт, в металле
которого уменьшенное количество электронов, обладает более высокой
упругостью растворения. Он становится анодом и корродирует. Борт,
металл которого имеет более высокое число электронов, защищен от
коррозии как катод. Такое преобразование бортов в катод и анод тем
заметнее, чем плотнее стоят лодки в гавани. При длительном
протекании тока на катоде разрушается слой окраски. Вследствие
образования микропузырьков водорода краска лопается и во время
плавания появляется в этих местах локальная коррозия. Металлы,
бывшие катодами, при прохождении тока, становятся анодами. Развитие
коррозии от паразитного тока (вторичная коррозия) намного
интенсивнее первичной коррозии, вызванной естественным образованием
гальванического элемента в воде. Во-первых, борта лодки в
зависимости от направления тока становятся попеременно анодом и
катодом. Во-вторых, здесь могут возникать более высокие токи,
которые ускоряют износ металла. Даже если ток протекал через судно
во время непродолжительной стоянки и не мог причинить заметных
повреждений, в обшивке образуются местные аноды, которые во время
плавания становятся источниками развития первичной коррозии.
Размещение анодов-протекторов в этом случае ничего не дает, так как
вторичная коррозия имеет другую причину. Она поражает только
наружные части судна. Яхту нельзя ставить вблизи мест, где
производится электрическая сварка. Если этого все-таки не избежать,
то следует вывести на сушу и заземлить самый толстый электрический
кабель и надежно соединить его с корпусом.
Определить силу коррозионных токов затруднительно, но можно измерить
потенциал между электродом сравнения (медь - сульфат меди -
измерительный фотоэлемент) и защищаемой поверхностью с помощью
милливольтметра постоянного тока.
Защитить металл от коррозии можно, компенсируя коррозионный ток
другим. Необходимый противоток поступает из дисковых анодов,
изготовленных из платинированного титана, которые питаются от
судовой аккумуляторной батареи. Их устанавливают заподлицо с
наружной обшивкой. Критерием для такой катодной защиты служит
потенциал между электролитом и защищаемой поверхностью. Электрод
сравнения позволяет определить силу тока для катодной нагрузки на
наружную обшивку. Например, если сталь в морской воде имеет
потенциал 540 MB по отношению к электроду сравнения, то достаточно
снизить его до 310 MB, чтобы защитить обшивку. Обычно регулирование
компенсационного тока осуществляется автоматически специальным
прибором, управляемым электродом сравнения.
Коррозия от собственного тока. Под собственным понимают ток, который
создается на борту яхты. Он может поступать от батареи,
осветительной установки или генераторного агрегата. При однополюсной
системе проводки такой ток неизбежно протекает по обшивке. Иногда
это непреднамеренно получается и при двухполюсной проводке - так
называемая "утечка тока" или "дикие электрические цепи".
Металлическая наружная обшивка состоит из листов, которые
сварены между собой.
Наплавленный металл швов по сравнению с основным металлом обладает
меньшей электрической проводимостью. Это значит, что между листами и
швом возникает разность потенциалов, правда, незначительная, которая
обусловливает образование анода и катода.
На алюминиевых корпусах повышение сопротивления в зависимости от
состава сплава достигает 10%. При сварке металл нагревается, и при
последующем относительно быстром охлаждении зернистая структура
металла становится более мелкой. Это значит, что уменьшаются
расстояния между атомами пространственных решеток металла. Электроны
внешней электронной оболочки становятся плотнее связанными с атомным
ядром, а так как проводимость металлов зависит от числа именно этих
свободных электронов, то здесь кроется причина повышения
сопротивления.
Дерево, пропитанное соленой водой, имеет более высокое электрическое
сопротивление, чем металл, благодаря чему разность потенциалов с
металлом крепежа и дельных вещей оказывается значительно больше, чем
на сварном шве. В этом случае в морской воде также начинают
действовать коррозионные процессы. При наличии токов утечки из
бортовой сети свинцовый киль становится катодом, а стальные детали
на корпусе - анодом. Самое простое средство воспрепятствовать
коррозии от собственного тока - устройство сети переменного тока. Но
для малых и средних яхт это слишком дорого. В любом случае бортовая
сеть должна быть двухпроводной. Владельцам деревянных яхт следует
обращать особенное внимание на безупречную проводку кабеля.
