Страшный враг коррозия

Страшный враг, казалось бы, непобедим. Он разукрашивает белоснежные борта безобразными рыжими потеками. Сверкающий полированный винт покрывает белесым налетом. Откусит то здесь, то там. Будучи выгнанным в дверь, войдет в окно. В имени его слышится скрежет терзающих металл челюстей...

ЧТО ЭТО ТАКОЕ КОРРОЗИЯ?

Казалось бы, защитить свою любимую посудину можно от чего угодно. Непогода? Вовремя укроемся в гавани. Начала выгорать краска? Купим тент. Закашлял мотор? Сделаем профилактику.

На стоянке шляются подозрительные личности? Раздобудем якорную цепь со списанного крейсера и амбарный замок.

И лишь один страшный враг, казалось бы, непобедим. Он разукрашивает белоснежные борта безобразными рыжими потеками. Сверкающий полированный винт покрывает белесым налетом. Откусит то здесь, то там. Будучи выгнанным в дверь, войдет в окно. В имени его слышится скрежет терзающих металл челюстей...

Ну, хватит лирики. Коррозия — вещь неприятная, но вполне естественная (если верить специалистам). И только дикари бессильно грозят разбушевавшимся небесам, ежась под проливным дождем — поскольку еще не изобрели зонтика. Бороться с коррозией и нужно, и можно.

Но не будем забегать вперед. Врага надо знать в лицо. Надо знать его сильные и слабые стороны. Этому и посвящается наша первая публикация на эту тему.

Увы, но сталкиваться с коррозией нам приходится практически во всех областях нашей жизни. И ничего загадочного в ней нет — это вполне естественное изменение любого металла. Протекающие при этом процессы примитивными не назовешь, но и особо сложного тут тоже ничего нет.

ШКОЛЬНЫЕ ГОДЫ ЧУДЕСНЫЕ...

Чтобы лучше понять, что такое коррозия, начнем с наиболее распространенной ее разновидности — ржавчины. Все мы имели с ней дело, но чтобы понять, как она возникает, придется освежить в памяти школьные уроки химии.

1

С точки зрения химика железная руда представляет собой два атома железа, связанных тремя атомами кислорода (Fe2O3). Добытый из земли коричневато-красный порошок сам по себе ни на что не годен. Но после процессов его очистки и выплавки мы получаем железо, или чугун — материал куда более полезный. Использовать его можно как в чистом виде, так и в улучшенном, получая при добавлении иных химических элементов различные сорта стали.

2

Даже малому ребенку известно, что происходит с железными изделиями под воздействием воды — они ржавеют. Если процесс идет достаточно долго, то, скажем, от железной дверной ручки в итоге останется лишь кучка коричневато-красного порошка — ржавчины, или оксида железа, имеющего химическую формулу Fe2O3. Да-да, ржавчина — оксид железа — имеет абсолютно тот же состав, что и железная руда.

И вот почему. Атомы железа стремятся вернуться в свое естественное состояние, в котором они находятся в составе руды, ржавчины или оксида железа. В нем атомы железа наиболее стабильны. Подобное стремление к естественному стабильному состоянию присуще не только железу, но и практически всем прочим металлам, используемым в промышленности.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Тот вид коррозии, которому подвергается оставленное под дождем железное изделие, включает в себя не только химические, но и физические процессы. Происходящую реакцию принято именовать электрохимической. Сложного тут тоже ничего нет, несмотря на мудреное название.

Для того, чтобы два атома железа смогли соединиться с тремя атомами кислорода (и образовать Fe2O3), они должны объединиться электронами (крошечными частицами, вращающимися вокруг атомов). При этом несколько электронов освобождается. И поскольку электричество — это попросту движение свободных электронов, то при химической реакции вырабатывается и электрический ток.

Не забывайте, что железо стремится к превращению в оксид железа, потому что это его естественное, наиболее стабильное состояние. Необходим для этого только кислород. “Поставщиком” кислорода является вода, так что при наличии влаги железо ржавеет гораздо быстрее. Все это в полной мере применимо к оксиду алюминия и собственно алюминию, из которого делают подводные части подвесников и угловых колонок.

Вот, в общем, и все секреты коррозии металла, в основе которой лежит электрохимическая реакция. Такой тип коррозии принято еще называть гальванической. Любая гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию (хотя далеко не всякая электрохимическая реакция — гальваническая коррозия).

ВИДЫ МОРСКОЙ КОРРОЗИИ

Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются двум типам коррозии: гальванической и так называемой “коррозии от блуждающих токов”.

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными, потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен. Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов есть электроны, движение которых и есть электричество.

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).

Процесс гальванической коррозии можно наиболее наглядно проиллюстрировать на примере алюминиевой подводной части подвесного мотора и гребного винта из нержавеющей стали. Алюминий — более химически активный металл — является в данном случае анодом, а менее активная нержавеющая сталь — катодом. Вот что происходит, когда эта пара помещается в воду, играющую роль электролита (рис. 1):

1. На аноде:

  1. Через место контакта (в нашем случае — через гребной вал) электроны перетекают с анода, металла более химически активного на катод — гребной винт. Происходит следующая реакция: Al ® Al+++ +3e.
  2. При этом атомы более химически активного металла превращаются в ионы (этим термином обозначаются атомы с “недостатком“ или “избытком” электронов), которые устремляются в воду и связываются с ионами кислорода, обмениваясь с ними электронами и образуя оксид алюминия. (Процесс этот ничем не отличается от того, что происходит с ионами железа при образовании оксида железа).
  3. Образовавшиеся молекулы оксида алюминия либо уносятся потоком воды, либо оседают на алюминиевой поверхности. Таким образом, подводная часть вашего подвесника в результате гальванической коррозии буквально растворяется в воде.

2. На катоде:

  1. С анода поступают электроны, причем они не просто накапливаются, а вступают в реакцию с ионами электролита.
  2. Реакция обычно происходит такая:
    11/2 О2 + 3 Н2О + 6 е ® 6 ОН—.
  3. Ион гидроокиси ОН— — щелочной, поэтому в районе катода образуется щелочная среда. (Следует отметить, что это обстоятельство надо обязательно иметь в виду владельцам деревянных корпусов — щелочь разрушает целлюлозу).

Очень важно понять, что следствием освобождения каждого позитивного иона металла на аноде обязательно является формирование негативного иона электролита, образующегося вследствие реакции электронов катода. Электрически анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост или снижение уровня катодной реакции вызывает ответные рост или снижение уровня анодной реакции. Это ключевой факт для понимания процесса коррозии и управления им. Его можно проиллюстрировать эффектом влияния размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится.

Алюминиевых деталей на катере или мотолодке полным-полно. И если не контролировать процесс гальванической коррозии, все они быстро выйдут из строя.

Гальваническая коррозия может протекать даже в том случае, если на вашей лодке нет ни одной детали из нержавеющей стали. Предположим, что и подводная часть мотора, и винт алюминиевые, но лодку вы обычно ставите у пирса со стальной стенкой и подключаетесь при этом к береговой системе электроснабжения. Провод заземления (так называемый “третий” — дань безопасности) соединяет при этом алюминиевые детали лодки с погруженной в воду стальной стенкой (рис. 2). Если учесть внушительную массу стальной стенки, то и подводной части мотора, и винту грозят серьезные повреждения. Предотвратить их можно при помощи гальванического изолятора — своеобразного фильтра, отсекающего токи низкого напряжения и позволяющего при этом заземляющему проводу в случае пробоя изоляции или короткого замыкания выполнить свою функцию — отвести ток в землю и спасти вам жизнь. Подробнее о нем — в следующей публикации.

НА ЧТО ОБРАЩАТЬ ВНИМАНИЕ

Первый признак гальванической коррозии — вздутие краски на поверхностях, расположенных ниже ватерлинии, начинающееся обычно на острых гранях, и образование на обнажившемся металле белесого порошкообразного налета. Потом на поверхности металла начинают образовываться заметные углубления — словно кто-то выгрызает из него кусочек за кусочком (рис. 3).

Гальваническую коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых колонок — или любых алюминиевых частей лодки — значительно ускоряет наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты, триммеры (особенно если они “заземлены” на двигатель), узлы дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых деталей. Другая причина, способная ускорить процесс гальванической коррозии — это уменьшение полезной площади анодных протекторов (о них тоже будет рассказано позже). Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию гальванической коррозии — хотя и не столь интенсивной, как при контакте с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных, вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные аноды и катоды — в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются посторонние вкрапления или примеси — например, частицы металла с форм или штампов.

Нержавеющую сталь в качества катода и алюминий в качестве анода мы использовали лишь в качестве одного из примеров; образовать “батарею” для запуска гальванической коррозии в паре с алюминием способен любой другой металл. К примеру, такая пара образуется и при контакте алюминия с цинком, только на сей раз катодом становится алюминий, а подвергается коррозии цинк — металл более химически активный. Один из худших врагов алюминия при образовании гальванической пары — это медь или медные сплавы (бронза).

Другая причина гальванической коррозии — подключение к береговой электросети. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или колонки посредством заземляющего вывода подключается к подводным частям других лодок и становится частью огромной гальванической батареи, связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.

КОРРОЗИЯ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ

Мы рассмотрели, на что способная гальваническая коррозия при использовании электрического потенциала самих металлов. Представьте, что будет, если добавить еще электричества!

3

Произойти подобное может в том случае, если металл, по которому течет электрический ток, поместить в любой заземленный водоем (в реку, озеро, море, океан — без разницы, не в счет разве что стеклянный аквариум). Ток через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная коррозия в том месте, где произошел “пробой”. В наихудшем случае та же алюминиевая подводная часть мотора может разрушиться буквально за несколько дней.

Данная разновидность коррозии отличается от гальванической, хотя природа у них одна. Гальваническая коррозия вызывается соединением двух разнородных металлов и происходит за счет их электрических потенциалов. Один металл выступает в роли анода, другой — в роли катода. Здесь же электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего источника и через воду уходит в землю.


4

Рис. 3. Коррозия алюминиевой подводной части и гребного винта.


К примеру, ваша лодка расположена между лодкой с утечкой постоянного тока и местом, являющимся хорошим заземлением для этого тока. Хотя ток могут уходить в землю и через воду, ваша лодка может явиться проводником со значительно меньшим сопротивлением. Таким образом, ток будет уходить в землю и с нее. Наиболее интенсивно коррозия будет развиваться в том месте лодки, откуда ток уходит в воду.

Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними источниками — коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого-либо элемента электрооборудования.

Наиболее распространенный внешний источник блуждающих токов — береговая сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов (например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление. Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же “третьего” заземляющего провода.

Гораздо более неуловимый — но потенциально более опасный — случай коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с электрооборудованием (и вашей лодки, и соседних). Предположим, что вы возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите домой — автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся батарею. В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на несколько дней. Электрическая батарея готова — большой стальной корпус и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим проводом. В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.

ЩЕЛЕВАЯ КОРРОЗИЯ

Этому виду коррозии подвержены многие металлы, а в особенности — нержавеющая сталь. “Щель” в данном случае — это пространство под всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами, фетровыми прокладками и т.д. — иначе говоря, место, из которого попавшая туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона.

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна, в который входят хром и никель. Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома. При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной. Иными словами, “нержавейка” не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. В “щели”, где влага кислорода практически лишена, эта разновидность стали теряет свои свойства. Самый простой способ предотвратить данную разновидность коррозии — ограничить доступ влаги в “щели”, вовремя удалять образующиеся отложения и обеспечить хорошую вентиляцию “сомнительных” мест.

 

Назад