Размыкание цепи коррозии

 

Автор статьи Пол Фэй проектирует и строит стальные яхты для океанских переходов, он яхтсмен с большим практическим опытом. Его компания называется Fay Marine, находится в Англии, адрес в Инете - http://www.faymarine.com/.

Русский перевод опубликован с разрешения автора.

Яхта была действительно хороша, она прошла десять тысяч миль за последний год без всяких проблем и вернулась на свою осыхающую в отлив стоянку на западном побережье, владелец хотел поднять лодку для проверки и ремонта. Двигаясь вокруг яхты, стоящей на осушке и исследуя участки подводного борта он внезапно с тревогой заметил, что защитные цинковые аноды разрушаются слишком быстро. Это требовало немедленного исследования, так как правильно построенная из стали 11-метровая яхта требует замены цинковых протекторов раз в 4-5 лет. Внезапно выросшая скорость разрушения анодов показывала, что что-то явно не в порядке.

Это нельзя назвать случайным явлением, или присущим только лодкам из металла. Вот другой случай - на новой яхте из стеклопластика, поднятой на верфи из воды, как оказалось, полностью уничтожена коррозией алюминиевая "нога" движителя типа "Сэйлдрайв". От затопления лодку удержал лишь внутренний защитный резиновый сальник. Разрушенные коррозией узлы были заменены, установлена новая анодная защита, тем не менее через три дня после спуска на воду анод разрушился так сильно, что в дырках помещался палец.

Ужасные истории, подобные этой, становятся слишком привычными и с увеличением электроники на борту происходят все чаще.

Такие происшествия добавляют мистики общепринятому взгляду на гальваническую и электролитическую коррозию. Морская индустрия в свою очередь не заинтересована в простой и легко понимаемой неспециалистом теории этих процессов, и предпочитает сложные решения, так как они стоят дороже для клиента и создают ореол значительности морским инженерам, как механикам, так и электрикам, которые, кроме того, часто конфликтуют между собой. Часто эти решения только ухудшают ситуацию и обходятся владельцу яхты в значительную сумму.

Главное, что нужно понять - источник как гальванической, так и электролитической коррозии - ПОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.

Для того, чтобы этот поток электричества мог существовать, нужна ЗАМКНУТАЯ ЦЕПЬ.

ПОНЯТЬ ПРОЦЕСС

Попытки вспомнить наши школьные дни и то, что мы изучали в высшей школе напомнят нам, что электрический ток появляется, если опустить два разных металла в электропроводящую жидкость и соединить их. Это простейшая батарейка. Один из металлов будет разрушаться, другой остается практически неизменным. Этот процесс называется гальванической коррозией.

Другая форма коррозии происходит, когда два металлических электрода опущены в электролит и подключены к источнику тока. Это может быть батарея или электрическая сеть, металл электродов может быть одним и тем же или различаться. Коррозия зависит от величины электрического тока и его направления. Это - электролитическая коррозия.

Получается, что здесь присутствуют разные правила, необходимые для возникновения коррозии.

Для гальванической коррозии металлы должны быть разными. Чем дальше друг от друга находятся металлы в электрохимическом ряду, тем больший электрический ток будет течь по цепи и тем быстрей будет уходить металл из анода.

Второе, металлы должны быть погружены в электролит - электропроводящую жидкость. Нас интересует случай, когда электролитом является морская вода, которая хорошо проводит электричество.

Третье - ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ДОЛЖНА БЫТЬ ЗАМКНУТА. Подобно любой другой электрической цепи, если металлы, или полюсы батареи, или электроды анод и катод, в зависимости от применяемой терминологии, не имеют электрического соединения - ТОК НЕ ПОТЕЧЕТ.

Такое электрическое соединение может возникнуть либо в результате касания электропроводящих частей, таких как электрические кабели с поврежденной изоляцией, или через отсыревший интерьер яхты.

Из этого можно сделать вывод, что если мы сможем изолировать разные металлы, которые мы используем ниже ватерлинии, друг от друга, электрическая цепь будет разорвана. Мы остановим поток электричества и таким образом остановим коррозию, или потерю металла - анода.

Вывод прост - в случае проявления электролитической или гальванической коррозии нужно УВИДЕТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЦЕПЬ И РАЗОМКНУТЬ ЕЕ.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

В практике, существуют определенные места, где фактически невозможно изолировать металлические детали. Для примера, мы обычно используем гребные валы из нержавеющей стали с гребными винтами из бронзы, также очень часто рули, сделанные из обычной стали, имеют приваренные нержавеющие осевые бобышки. В этих случаях нужно стараться выбирать металлы как можно ближе в электрохимическом ряду металлов, чтобы разность потенциалов, а значит и уровень коррозии была минимальна.

Электрическая цепь, возникающая в обоих этих случаях - через соприкасающиеся металлы, через воду и обратно в металл.

Чтобы еще уменьшить гальваническое разрушение, которое неизбежно даже в случае металлов, стоящих рядом в электрохимическом ряду, используют протекторы - "жертвенные аноды". Для протектора используют более активный металл, который будет играть роль анода по отношению ко всем защищаемым узлам. Обычно это алюминий или цинк.

Другой случай, когда может быть трудно изолировать металлические части - корпус из древесины. Цепь замыкается через бронзовый кингстон, воду, другой кингстон или свинцовый (чугунный) фальшкиль и влажную древесину корпуса к первому кингстону.

Обычная практика состоит в соединении большинства или всех металлических узлов деревянной лодки медной шиной. Медная шина (заземление) соединяется в свою очередь с группой цинковых протекторов. Протекторы придется регулярно менять. Однако в результате изготовления такой "батарейки" появляется новая проблема - возникновение щелочной среды в древесине вокруг защищаемых кингстонов. Некоторые сорта древесины будут быстро разрушаться вследствие этого, поэтому при монтаже заново такой системы на деревянной яхте нужна консультация специалиста.

На ранних корпусах из стеклопластика все бортовые фиттинги часто объединялись заземлением, как на деревянных лодках, но сейчас обычно оставляют их изолированными. Корпус из стеклопластика является хорошим изолятором, и если металлические кингстоны не смочены постоянно льяльными водами, то замкнутой электрической сети не будет. На многих современных стеклопластиковых корпусах анодный протектор должен быть установлен лишь на гребной вал, так как все другие металлические узлы хорошо изолированы друг от друга и цепь не возникает.

На металлических корпусах можно использовать разные методы для минимизации гальванических повреждений. В последнее время часто используют пластмассовые кингстоны, которые полностью закрывают проблему.

При использовании бронзовых кингстонов их электрически изолируют от корпуса пластиковыми шайбами, прокладками и втулками, чтобы металлы не соприкасались, размыкая тем самым цепь.

Дейдвудную трубу делают из стали и приваривают к стальному корпусу, в качестве корпуса подшипника Гудрича выбирают пластмассовый (а не бронзовый) вариант, дейдвудный сальник крепят к дейдвудной трубе через армированную резиновую трубу, гребной вал изолируют от редуктора пластиковой проставкой, в конечном счете изолируя электрически винт и гребной вал от корпуса.

Это некоторые из многих путей, которыми возникающие под водой цепи коррозии могут быть прерваны. Когда лодка поднята из воды, сопротивление между фиттингами корпуса может быть измерено дешевым мультиметром, также как и лампочкой с куском провода и батарейкой. Контакта между фиттингами не должно быть.

Часто делают ошибку, подобным образом пытаясь измерить сопротивление между металлическими частями лодки, когда она на воде. В этом случае сам измерительный прибор замыкает цепь, создавая поток электричества и сигнализируя о проблеме, которая на самом деле может быть и не существует.

НАВЕДЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗ

Альтернатива гальванической коррозии - коррозия электролитическая, где уже имеющийся электрический ток прикладывается к металлическим частям лодки, находящимся в морской воде. На больших судах таким образом часто управляют процессом коррозии, используя специальные аноды, через которые пропускают ток определенной величины. Таким образом судовые инженеры держат электролиз под прямым контролем.

На маленьких лодках и яхтах наведенный электрический ток обычно возникает случайно. Электрический провод с поврежденной изоляцией или разъем, на который попала морская вода приводят к утечке электричества в воду через кингстон или другое подводное оборудование, обычно вызывая сильную и быстро протекающую электролитическую коррозию.

К счастью, большинство коррозионных проблем связаны все-таки с гальванической коррозией, так как найти источник электролитической коррозии бывает довольно трудно. Типичный пример - часть электрического тока, проходящего через работающий прибор идет от "плюса" аккумуляторной батареи через прибор или радиостанцию к килевому болту или корпусу для создания "земли" для антенны, потом через воду к корпусу двигателя, который толстым кабелем соединен к "минусу" батареи. Эта небольшая утечка, нашедшая извилистый путь для замыкания электрической цепи, тем не менее способна создать разность потенциалов на элементах оборудования яхты, находящихся под водой. А это все, что нужно для развития элетролитической коррозии. (Четверти вольта вполне достаточно. Прим. пер.)

Фактически на многих лодках "минусовый" провод соединен с водой, облегчая токам утечки путь. Это может быть замыкание через корпус двигателя (стартер), через его контрольные кабели, и через "заземление" антенн УКВ и других радиоприборов.

Часто упускают еще один распространенный путь тока утечки: - Корпус радиоприемника соединен с "минусом" батареи, оплетка коаксиального антенного кабеля - тоже. Другой конец коаксиала подведен к антенне, где оплетка имеет электрическое соединение с алюминиевой мачтой. Многие яхты имеют защиту от удара молнии - мачта или стоячий такелаж соединены электрически с фальшкилем или кингстонами. Это второй "минус" в воде, кроме того, что прошел через двигатель, что снова открывает дорогу токам утечки.

Как видно, поиск таких цепей может быть затруднительным. Кроме того, цепь всегда может возникнуть просто "случайно". Установлен новый прибор, или прикручена новая полка, а шуруп повредил провод...

Кстати об ужасах, описанных в начале статьи.

За несколько недель до того, как он обнаружил съеденные коррозией аноды, владелец яхты проверял болты, крепящие бронзовую дейдвудную трубу и "слегка перетянул" их. Это вызвало повреждение изоляции между бронзой и стальным корпусом, образовав электрическую цепь. Изоляция была отремонтирована и проблема устранена.

На стеклопластиковую яхту с прохудившейся "ногой" движительной установки незадолго перед этим установили новый погодный факс. Радиоинженер соединил многое из судового оборудования электрически, чтобы создать хорошую "землю" для нового прибора. Алюминиевая "нога" двигателя и бронзовые китнгстоны создали мощную гальваническую пару, что стоило владельцу ремонта на тысячи фунтов стерлингов.

Большинство гальванических и электролитических проблем имеют довольно простые решения. Для нас, владельцев и инженеров яхтенного флота нет нужды в глубоком понимании научных теорий, состава "морских" металлов. Это может быть интересно специалистам, конструирующим морское оборудование. Для нас главное - основное понятие, что для предотвращения этих коррозионных проблем НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ЗАМКНУТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.

Перевод Андрея Поповича