DE1258606B

DE1258606B - Aluminiumlegierung und deren Verwendung fuer galvanische Opferanoden

Info

Publication number: DE1258606B
Application number: DED47785A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Reding; John Joseph Newport Iii; Lake Jackson
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1964-07-23
Filing date: 1965-07-21
Publication date: 1968-01-11
Also published as: NL144441B; BE667340A; GB1066724A; SE306620B; DK106948C; US3337332A; NL6509581A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 22 c

Deutsche Kl.: 40 b - 21/00

Nummer: 1 258 606

Aktenzeichen: D 47785 VI a/40 b

Anmeldetag: 21. Juli 1965

Auslegetag: 11. Januar 1968

Die Erfindung betrifft eine neue Aluminiumlegierung, welche ein hohes Oxydationspotential und eine günstige elektrische Leistung pro Masseneinheit der Legierung aufweist, d, h. ein elektrochemisches Äquivalent, welches die Legierung für galvanische Opferanoden geeignet macht.

Theoretisch wäre zu erwarten, daß Aluminium allein zufriedenstellend als Werkstoff für galvanische Opferanoden zu gebrauchen wäre, weil Aluminium die beiden primären Erfordernisse für Opferanoden erfüllt:

1. ein hohes theoretisches Oxydationspotential (1,80VoIt bezogen auf Kalomelelektrode) und

2. eine hohe theoretische elektrische Leistung pro Masseneinheit des verbrauchten Metalls (2,98 Ah/g).

In der Praxis jedoch erwies sich Aluminium als unzureichend für derartige Anwendungszwecke, da es diese günstigen theoretischen Eigenschaften bei Verwendung als Werkstoff für galvanische Opferanöden nicht aufweist. Die Anwesenheit des normalerweise passiven Oxydfilms auf der Aluminiumoberfläche stellt offensichtlich eine Sperre gegenüber der Oxydation des Aluminiummetalls dar, wodurch das tatsächliche Oxydationspotential auf etwa 0,7 Volt (gemessen in geschlossenem Stromkreis bei 2,7 bis 10,7 A/m^a in einem synthetischen Seewasser-Elektrolyten mit einer gesättigten KCl-Kalomel-Standardzelle als Bezugsgröße) herabgesetzt wird. Bei derartig niedrigen Betriebsspannungen erhalten z. B. Eisenkonstruktionen keinen Kathodenschutz, da die Anode keine günstige elektrische Leistung liefert. Vergleichsweise ist das tatsächliche Arbeitspotential von Magnesium etwa 1,5 Volt und von Zink etwa 1 Volt.

Es ist bekannt, gewisse Elemente, wie z. B. Gallium, Wismut oder Indium, dem Aluminium zuzusetzen, um zu versuchen, eine Aluminiumanode von wirtschaftlicher Brauchbarkeit zu erhalten. Derartige Zusätze waren technisch jedoch nicht erfolgreich, da keine merkliche Steigerung des Oxydationspotentials zusammen mit einer brauchbaren Leistung erhalten werden konnte.

In der USA.-Patentschrift 2 565 544 wird unter anderem eine Legierung aus Reinaluminium (Al ^ 99,9 °/o) und jeweils 0,02 °/₀ und mehr Gallium, Indium, Wismut und gegebenenfalls Zinn als Werkstoff für Opferanoden für den kathodischen Korrosionsschutz beschrieben. Wie jedoch aus der nachstehenden Tabelle hervorgeht, sind die erfindungsgemäßen Legierungen, welche an Stelle von Zinn Blei enthalten, den zinnhaltigen Legierungen hinsichtlich des Potentials sowie der Leistung erheblich überlegen:

Aluminiumlegierung und deren Verwendung für
galvanische Opferanoden

Anmelder:

The Dow Chemical Company,

Midland, Mich. (V. St. A,)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,

Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

John Thomas Reding, Freeport, Brazoria, Tex.;

John Joseph Newport III,

Lake Jackson, Brazoria, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 23. Juli 1964 (384 773) ■

	VoGa	VoIn	VoBi	VoSn	VoPb	Poten	Lei
Legie-						tial	stung
30 ¹¹¹¹¹S	0,01	0,055	0,58	0,32		(Volt)	(Vo)
A	0,01	0,03	0,50	—	1,0	1,22	30
1	0,009	0,04	0,22	0,32	—	1,45	56
B	0,01	0,03	0,20	—	0,20	1,30	31
35 2					1,37	64

Die Erfindung umfaßt eine neue Legierung auf Reinaluminiumgrundlage, welche 0,005 bis 0,2% Gallium, 0,015 bis 0,5 % Indium, 0,02 bis 3 °/₀ Wismut und 0,02 bis 3 °/₀ Blei enthält.

Vorzugsweise umfaßt die Legierung Reinaluminium, dem 0,01 bis 0,03 °/₀ Gallium, 0,02 bis 0,3 % Indium, 0,1 bis 1 % Wismut und 0,1 bis 1 % Blei zulegiert sind.

Überraschenderweise weist die neue Legierungszusammensetzung, wenn sie für galvanische Opferanoden verwendet wird, einen zufriedenstellenden Korrosionsverlauf, ein hohes Arbeitspotential und eine hohe elektrische Leistung pro Masseneinheit der verbrauchten Legierung auf.

Galvanische Opferanoden können aus der neuen Legierung unter Verwendung von üblicherweise in der Aluminiumtechnik angewendeten Legierungs-, Guß-

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oder sonstigen Herstellungsmethoden hergestellt werden. Es sind keine speziellen Maßnahmen erforderlich.

Das zur Herstellung der neuen Legierung verwendete Reinaluminium (99,5 bis 99,9% -Al) hat die üblichen durch die Herstellung eingebrachten Verunreinigungen, wobei Silicium etwa 0,1% ^un-d Eisen etwa 0,22 % betragen können. Falls gewünscht, kann Reinstaluminium mit, %,. B. 99,99 ⁰J₀ Reinheit verwendet werden, jedoch ist es nicht erforderlich, um' hohe Spannung und hohen Anodennutzeffekt (d. h. eine hohe elektrische Leistung pro Masseneinheit der Legierung) zu erreichen. Die Legierungselemente können ebenfalls hohe Reinheit oder handelsübliche Qualität aufweisen.

Die Legierung wird bei Lagerung in normaler Atmosphäre durch Luftoxydation nicht schädlich beeinflußt.

Beispiel

Es wurde eine Anzahl von Opferanoden gemäß vorliegender Erfindung hergestellt, indem man Reinaluminiumbarren in einem Graphittiegel, welcher in einem elektrischen Ofen angeordnet war, schmolz. Die" erforderlichen Mengen an Gallium, Indium, Wismut und Blei wurden in das geschmolzene Aluminium eingebracht und. die Schmelze gerührt, um eine Dispersion der Legierungsbestandteile zu erreichen. Die Legierung wurde in eine Graphitform zu zylindrischen Probestücken von 14 cm Länge und 1,6 cm Durchmesser gegossen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit der Probestücke wurde so geregelt, daß diese derjenigen bei der technischen Herstellung gegossener Opferanoden in großem Maßstab ähnlich war.

Die Leistungsfähigkeit der Legierungen wurde bewertet, indem man jede gegossene zylindrische Probe als Anode in einer Stahlbüchse von 7,6 cm Durchmesser und 15,2 cm Höhe (als Kathode) anordnete. Als Elektrolyt wurde synthetisches Seewasser verwendet, wobei etwa 10,2 cm jeder Probe eingetaucht waren. Die Zellen wurden vervollständigt hinsichtlich der elektrischen Schaltung; es wurde ein Gleichrichter zur Beibehaltung eines konstanten Stromes durch eine Gruppe von Zellen, die in Serie geschaltet waren, angewendet.

Die Ergebnisse einer Anzahl von Versuchen, bei welchen die Leistungsfähigkeit der Opferanoden aus der erfindungsgemäßen Legierung mit derjenigen von Anoden aus unlegiertem Reinaluminium verglichen wurde, sind in der Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle

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Ver such	Le Ga	0,005	gierung In	sbestandteile Bi I Pb	0,025	0,025	Potential	Leistung
Nr.	-	0,005.	Gewichtsprozent)	0,40 .	0,40	(Volt)	%
1	0,01	0,03	0,20	0,10	1,00	64
2	0,01.	0,03	0,80 .	0,10	1,42	62
3	0,01	0,03	0,20	. 2,00 .	1,40 .	57
4	0,01	0,20	2,00 ■	0,10	1,47	64
5	0,01	0,20	0,40	0,80	1,28	50
6	0,037	0,20	0,4	0,29	1,48	59
7	0,013	0,03	0,17	0,22	1,47	55
8	0,02	Vergleich (99,9% Al)		1,53	51
•9	0,28	1,52	52
0,72	—

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— als Werkstoff für Opferanoden hinsichtlich des Oxydationspotentials und des hohen elektrochemischen Äquivalents im Vergleich zu unlegiertem Reinaluminium. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß das Oxydationspotential und die günstige elektrische Leistung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sich sämtlich in dem für eine erfolgreiche Verwendung als Werkstoff für Opferanoden erforderlichen Bereich bewegen.

Es wurden große Anoden mit D-förmigem Querschnitt und einem Durchmesser von etwa 8,9 cm sowie 30,4 cm Länge aus einer der neuen Legierungen hergestellt, welche im wesentlichen aus 0,02 Gewichtsprozent Gallium, 0,03 Gewichtsprozent Indium, 0,5 Gewichtsprozent Wismut, 0,5 Gewichtsprozent Blei, Rest Reinaluminium bestand. Nachdem diese Anoden etwa 9 Wochen lang einem Betriebstest in fließendem Seewasser unterzogen worden waren, arbeiteten sie in zufriedenstellender Weise als galvanische Opferanoden mit einem Potential von etwa 1,45VoIt und einer Stromleistung von etwa 60%·

Die neuen Legierungen zeigen sämtlich ein hohes Oxydationspotential und eine hohe elektrische Leistung und sind neben der Verwendung als Opferanoden beispielsweise als galvanische Pigmente in Anstrichfilmen oder Überzügen, als galvanisches Anodenmaterial für Primärbatterien und als galvanische Schutzüberzüge für Stahlblech und andere gegenüber Aluminium kathodische Metallbleche geeignet. Außerdem sind diese Legierungen verwendbar als aktiver Bestandteil in Leuchtmitteln oder Leuchtkörpern, zur Verwendung bei chemischen Reduktionen und zur Herstellung von Aluminiumalkylen.

Claims

Patentansprüche:

1. Aluminiumlegierung mit hohem Oxydationspotential und hohem elektrischem Äquivalent, bestehend aus 0,005 bis 0,2% Gallium, 0,015 bis 0,5% Indium, 0,02 bis 3% Wismut und 0,02 bis 3 % Blei» Rest Reinaluminium.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,01 bis 0,03% Gallium, 0,02 bis 0,3% Indium, 0,1 bis 1% Wismut und 0,1 bis 1% Blei.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff für galvanische Opferanoden mit hohem Oxydationspotential.

Die Ergebnisse zeigen eindeutig die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Legierungen bei Verwendung In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2565 544.