DE1268852B - Aluminiumlegierung und deren Verwendung fuer galvanische Opferanoden - Google Patents

Aluminiumlegierung und deren Verwendung fuer galvanische Opferanoden

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DE1268852B
DE1268852B DEP1268A DE1268852A DE1268852B DE 1268852 B DE1268852 B DE 1268852B DE P1268 A DEP1268 A DE P1268A DE 1268852 A DE1268852 A DE 1268852A DE 1268852 B DE1268852 B DE 1268852B
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DEP1268A
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English (en)
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John Thomas Reding
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Dow Chemical Co
Original Assignee
Dow Chemical Co
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • C23F13/08—Electrodes specially adapted for inhibiting corrosion by cathodic protection; Manufacture thereof; Conducting electric current thereto
    • C23F13/12—Electrodes characterised by the material
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C 22 c
Deutsche Kl.: 40 b-21/00
Nummer: 1 268 852
Aktenzeichen: P 12 68 852.7-24
Anmeldetag: 21. Juli 1965
Auslegetag: 22. Mai 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, nämlich erstens ein hohes theoretisches Oxydationspotential (1,80VoIt, bezogen auf Kalomelelektrode) und zweitens 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 Opferanoden 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/m2 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.
'Die vorliegende Erfindung umfaßt eine neue Legierung auf Reinaluminiumgrundlage, welche aus 0,003 bis 0,2 Gewichtsprozent Gallium, 0,02 bis 2 Gewichtsprozent Wismut und 0,02 bis 2 Gewichtsprozent Blei besteht.
Vorzugsweise enthält die Legierung 0,005. bis 0,03 Gewichtsprozent Gallium, 0,03 bis 0,5 Gewichtsprozent Wismut und 0,03 bis 0,5 Gewichtsprozent Blei, Rest Reinstaluminium.
Die Legierung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Wismut-Blei-Gewichtsverhältnis etwa im Bereich von 0,5 bis 2 liegt.
Aus der USA.-Patentschrift 2 565 544 ist eine als Werkstoff für galvanische Opferanoden verwendete Legierung mit Reinaluminium (Al έ 99,9"/o) als Basis und je 0,02% und mehr Gallium, Wismut und gegebenenfalls Zinn bekannt. Wie jedoch aus der nachfolgenden Tabelle hervorgeht, sind die erfindungsgemäßen Legierungen 1 bis 4 auf Rein-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, Tex. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Juli 1964 (384 795) - ■
aluminiumgrundlage, die gegenüber den aus der genannten USA.-Patentschrift bekannten Legierungen Blei enthalten, in überraschender Weise hinsichtlich ihrer Leistung weit überlegen.
Tabelle 1
Legierung Ga Bi Sn Pb Volt Leistung
(%) (%) ί%> (0Z11) <"/..)
A 0,003 0,04 0,01 „_ 1,40 61
1 0,005 0,03 — 0,025 1.45 79
B 0,003 0,85 0,12 — 1,38 47
2 0,005 1,00 — 0.50 1,50 85
C 0,003 0,18 0,23 — 0,8 31
3 0,005 0,20 — 1.00 1,49 85
D 0,003 0,45 0.1 — 1.38 42
4 0,005 0,50 — 0.50 1,35 7K
809 550/375
Die vorliegende neue Legierung liefert — wenn sie für galvanische Opferanoden verwendet wird — einen zufriedenstellenden Korrosionsverlauf, ein hohes Arbeitspotential und eine hohe elektrische Leistung pro Masseneinheit der verbrauchten Legierung.
Galvanische Opferanoden können aus der neuen Legierung unter Verwendung von üblicherweise in der Aluminiumtechnik angewendeten Legierungs-, Guß- oder sonstigen Herstellungsmethoden hergestellt werden. Es sind keine speziellen Maßnahmen erforderlich.
Das zur Herstellung der neuen Legierung verwendete Aluminium sollte vorzugsweise Reinstaluminium (99,99% Al) sein; es kann aber auch einen Reinheitsgrad von etwa 99,930Ai Aluminium aufweisen.
Zweckmäßig kann Reinaluminium (99,9% Al), welches übliche Verunreinigungen enthält, mit Reinstaluminium (99,99"/o Al) legiert werden, um die Aluminiummatrix herzustellen. Die Legierungselemente können ebenfalls hohe Reinheit oder Handelsqualität aufweisen. Mit Aluminium geringerer Reinheit als angegeben kann nachteilige Verminderung des Elektropotentials eintreten.
Die Legierung wird bei Lagerung in normaler Atmosphäre durch Luftoxydation nicht schädlich beeinflußt.
Tabelle 2
Al-Rein Legierungsbestandteil Bi Pb Poten Lei
Legierungs- heit 0,14 0,14 tial stung
Nr. ("/«) Ga 0,17 0,17 (Volt) (7o)
5 99,99 0,013 0,07 0,12 80
6 99,99 0,01 1,0 0,40 63
7 99,99*) 0,01 0,12 0,14 86
8 99,99 0,005 0,11 0,11 79
9 99,99 0,031 0,15 0,073 57
10 99,97 <0,01 84
11 99,99 0,068 1,45 74
Vergleichs — — ,50
versuche : ,44
1 99,99 —· 0,04 1,52 -
2 99,99 0,022 — 0,99 ,54 -■■
3 99,99 — 1,4 ,34
4 99,99 — 0.09 — 1,48
5 99,99 — 0,21 _.
6 99,99 0,10 0,13 0,14
7 99,99 0,14 0,71 -
8 99,99 — 0,76 -
0,77
0,72
0,73
1,14
0,90
0,71
Beispiel
Es wurde eine Anzahl von Opferanoden gemäß vorliegender Erfindung hergestellt, indem man in einem Graphittiegel, welcher in einem elektrischen Ofen angeordnet war, eine Legierung aus Rein- und Reinstaluminium erschmolz, um eine Matrix aus etwa 99,97% Aluminium herzustellen, oder direkt Reinstaluminiumbarren aufschmolz. Die erforderlichen Mengen an Gallium, Wismut und Blei wurden in das geschmolzene Aluminium eingebracht und die Schmelze gerührt, um eine Dispersion der Legierungsbestandteile herbeizuführen. 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 waren hinsichtlich der elektrischen Schaltung vollständig; ein Gleichrichter wurde zur Beibehaltung eines konstanten Stromes durch eine Gruppe von Zellen, die in Serie geschaltet waren, verwendet.
Die Ergebnisse weiterer Versuche, bei welchen die Leistungsfähigkeit der Opferanoden aus der erfindungsgemäßen Legierung mit derjenigen von Anoden aus Reinstaluminium, welches als Basis für diese Legierung verwendet wurde, und von solchen aus verschiedenen binären und ternären Legierungen verglichen wurden, sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
*> = 450 Teile pro Million Teile Eisen als Verunreinigung eingebracht.
Die Ergebnisse zeigen eindeutig die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Legierungen hinsichtlich des Oxydationspotentials und des hohen elektrochemischen Äquivalents im Vergleich zu Reinstaluminium und den Vergleichslegierungen. Es ist ferner zu vermerken, daß das Oxydationspotential und die günstige elektrische Leistung der neuen Zusammensetzungen sich sämtlich in dem für eine erfolgreiche Verwendung als Werkstoff für Opferanoden erforderlichen Bereich bewegen.
Diese Legierungen weisen sämtlich ein hohes Oxydationspotential und hohe elektrische Leistung auf und sind neben der Verwendung als Werkstoff für Opferanoden beispielsweise als galvanische Pigmente in Anstrichfilmen oder überzügen, als galvanisches Anodenmaterial für Primärbatterien und als galvanische Korrosionsschutzüberzüge für Stahlblech und andere gegenüber Aluminium kathodische Metalle geeignet. Außerdem sind diese Legierungen verwendbar als aktiver Bestandteil in Leuchtmitteln oder Leuchtkörpern, zur Verwendung bei chemischen Reduktionen und zur Herstellung von Aluminium-
alkylen. ...

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Aluminiumlegierung mit hohem Oxydationspotential und hohem elektrischem Äquivalent, bestehend aus 0,003 bis 0,2% Gallium, 0,02 bis 2% Wismut und 0,02 bis 2% Blei, Rest Reinaluminium, vorzugsweise Reinstaluminium, wobei das Gewichtsverhältnis von Wismut zu Blei etwa 0,5 bis 2 beträgt.
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,005 bis 0,03% Gallium, 0,03 bis 0,5% Wismut und 0,03 bis 0,5% Blei.
3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff für galvanische Opferanoden mit hohem Oxydationspotential und hohem elektrischem Äquivalent.
In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 565 544.
M9 SSO/375 5.6SO Bunilesdruckenl Berlin
DEP1268A 1964-07-23 1965-07-21 Aluminiumlegierung und deren Verwendung fuer galvanische Opferanoden Withdrawn DE1268852B (de)

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SE (1) SE307675B (de)

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DK113536B (da) 1969-03-31
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GB1066723A (en) 1967-04-26
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