Защита от обрастания

Испокон веков мореплаватели страдали от эксплуатации живой прородой. Для водной живности корабль был в лучшем случае удобным местом обитания, а в худшем — вкусной едой.

Любой погруженный в воду на небольшую глубину предмет сразу начинает обрастать колониями бактерий, водорослями и моллюсками. Корабль для моллюсков даже интереснее неподвижного предмета поскольку его движение упрощает фильтрацию воды, при помощи которой они добывают пищу. За полгода днище судна может покрыться наростом толщиной до 7 сантиметров!

Уже через год сопротивление движению воды увеличивается вдвое, а скорость падает на 20%.

Заодно любой кусок дерева в морской воде быстро обживают корабельные черви(на самом деле не черви, а моллюски).

За пару лет они могут источить дерево до состояния, когда оно будет ломаться руками.

Историю борьбы с этими напастями можно разделить на три этапа — смола, медь и защитные краски.

Как минимум со времен древних греков корпус защищали от древоточцев регулярным смолением(«Спустим же черный корабль, отправляемый плавать впервые.» Гомер) Обрастание просто счищали, особенно просто это было на ранних этапах мореплавания, когда корабли вытаскивались на берег буквально каждую ночь.

С ростом размеров кораблей чистка и обновление защитного слоя смолы становилась все труднее. Частично проблему решали периодические стоянки в пресной воде(древоточцы и многие другие моллюски ее не переносят), скажем в Севастополе был сооружен целый водопровод для подвода пресной воды в доки. Часто корпус обшивали временным покрытием из деревянных реек.

Еще во времена Римской империи начались эксперименты с использованием меди и свинца для защиты деревянного корпуса, но массовое применение началось лишь в конце 18 века. В 1761 фрегат Тревога(HMS Alarm) был обшит медными листами. Они дали отличную защиту от древоточцев и обрастания, но быстро ржавели в местах контакта с железными гвоздями, скреплявшими корпус. После многих экспериментов, пришли к довольно сложному комплексу мер — корпуса стали покрывать дёгтем, на него накладывался картон, пропитанный дегтярным маслом и «композицией» — специальным составом, — а внутренняя сторона медных листов покрывалась смесью свинцовых белил с льняным маслом. К 1793 году защищенный корабль мог проходить примерно 5 лет до полной смены медной обшивки. Эти успехи привели к быстрому распространению метода — уже в 1780х он стал стандартом в английском военном флоте, а к 1816 году 18% гражданских судов, перечисленных в регистре Ллойда имели медное покрытие.

Типичный лист обшивки имел вес от 20 до 32 унций на квадратный фунт, обычно использовался 28 унцовый — 8.5 кг/м^2(на линкор уходило 15 тонн меди!), итого коррозия все еще съедала примерно полтора килограмма меди в год на квадратный метр защищенной поверхности, нетрудно понять почему метод стал использоваться лишь с появлением дешевой меди.

Проблему коррозии попытался решить Хэмфри Дэви(Humphry Davy). Он изобрел катодную защиту, листы меди защищались кусочками чугуна, который «брал» коррозию на себя. Проблема в том что защиту от обрастания дают ионы меди, которые выделяются именно в ходе коррозии. Заодно коррозия не дает расти известковой пленке, которая опять таки защищает морскую живность от действия меди. В общем защищенная от коррозии медь переставала защищать от обрастания.

Цены удалось сбросить на треть благодаря мунцевой латуни, содержавшей лишь 60% меди и чуть более устойчивой к коррозии.

Проблему древоточцев в конце концов решил переход на железные корпуса, но это же решение лишь обострило проблему обрастания — медная обшивка не слишком дружила с железом. Это решение все еще использовалось, медное покрытие с деревянной подкладкой, к примеру, было на Авроре, но спрос на альтернативное решение все обострялся.

Предлагались различные покрытия и пропитки — только в Англии в 19 веке было получено 300 патентов, подавляющее большинство никуда не годилось. Одним из самых многообещающих методов казалась пропитка креозотом, но он работал лишь с деревом, давал защиту лишь на несколько лет, и повторная пропитка корабля была весьма затруднительна.

В конце концов удалось наладить производство защитных красок — к началу 20 века коммерческие краски на основе оксидов меди и оксида/солей ртути давали полную защиту меньше чем на год, во вторую половину 20 века благодаря трибутилолову(tributyltin) цифру удалось довести до 4 лет, причем даже во второй половине века встречалась уйма малоэффективных красок.

При содержании меди порядка 30%(и/или ртути в единицы процентов) и расходе порядка литра на несколько м^2 краски обеспечивали защиту м^2 на год ценой порядка сотни грамм меди — улучшение на порядок в сравнении с медной обшивкой.

В чем же сложность производства такой краски? Как мы уже видели с медной обшивкой, токсины должны выделяться постоянно. А значит даже небольшое изменение рецепта может привести к резкому замедлению/ускорению растворения краски и токсины или вымоются слишком быстро или не смогут создать достаточной концентрации для защиты.

В общем обшить одну вундервафлю медью попаданец может и потянет. Но массовая дешевая защита от обрастания/древоточцев это задача на годы, и даже после ее решения необходим строгий контроль состава вещества, производящегося десятками и сотнями тонн в год.

Рекомендуемые источники:
Marine fouling and its prevention ; prepared for Bureau of Ships, Navy Dept. 1952
Davy, H. (1824). Additional Experiments and Observations on the Application of Electrical Combinations to the Preservation of the Copper Sheathing of Ships, and to Other Purposes. doi:10.1098/rstl.1824.0015