DE1275284B

DE1275284B - Aluminiumlegierung und daraus hergestellte galvanische Opferanode

Info

Publication number: DE1275284B
Application number: DED47786A
Authority: DE
Inventors: John Joseph Newport O; John Thomas Reding
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1964-07-23
Filing date: 1965-07-21
Publication date: 1968-08-14
Also published as: SE307457C; DK111514B; GB1066755A; BE667338A; US3321306A; NL135189C; NL6509583A; JPS499287B1; ES315698A1; SE307457B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES jmWmS PATENTAMT Int. α.:

C22c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 40 b-21/00

Nummer: 1275 284

Aktenzeichen: P 12 75 284.0-24 (D 47786)

Anmeldetag: 21. Juli 1965

Auslegetag: 14. August 1968

Die Erfindung betrifft galvanische Opferanoden und befaßt sich insbesondere mit einer neuen Aluminiumlegierung, welche eine hohe elektrische Leistung pro Masseneinheit des Metalls, d. h. einen hohen elektrochemischen Nutzeffekt, und ein Oxydationspotential in dem zur Verwendung als Opferanode in Seewasser besonders geeigneten Bereich aufweist.

Zur Zeit wird Zink in weitem Umfang als galvanische Opferanode zum Kathodenschutz von Einrichtungen, die in Berührung mit Seewasser betrieben werden, verwendet. Zink, welches ein Potential von etwa 1 Volt besitzt (gemessen gegenüber Kalomel-Elektrode), ist für diesen Zweck zufriedenstellend und liefert den Vorteil, daß sein Arbeitspotential weniger Möglichkeit zur Schädigung von Oberflächenschutzfilmen, wie z. B. Schutzüberzügen und Anstrichen, liefert als Anodenmaterialien mit höherem Arbeitspotential, wie z. B. Magnesium (etwa 1,5 Volt). Zink ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es eine relativ geringe Amperestunden-Leistung von etwa 814 Ah/kg hat.

Aluminium, welches eine hohe theoretische elektrische Leistung pro Masseneinheit des verbrauchten Metalls aufweist, (etwa 2970 Ah/kg) hat sich in der Praxis nicht als geeignet für eine galvanische Opferanode erwiesen, da die Anwesenheit des normalerweise passiven Oxydfilms auf dem Aluminium eine Sperre für die Oxydation des Metalls darstellt, wodurch das wirksame Oxydationspotential auf etwa 0,7 Volt (gemessen im geschlossenen Stromkreis bei entweder 2,7 oder 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.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine neue Aluminiumlegierung mit 0,01 bis weniger als 1% Zink und 0,002 bis 0,2% Quecksilber.

Vorzugsweise besteht die Legierung aus Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen, 0,03 bis 0,5% Zink und 0,005 bis 0,05% Quecksilber.

Durchweg werden innerhalb des offenbarten Legierungsbereichs optimale Leistungen erzielt, wenn der Quecksilbergehalt mit zunehmender Zinkkonzentration gesteigert wird.

Wenn Zink über den hier angegebenen Höchstgehalt hinaus zulegiert wird, so wird der Korrosionsangriff auf die Anode unregelmäßig und führt zu Verlusten an massivem Metall durch z. B. Absplittern. Diese Verluste werden am deutlichsten während Aluminiumlegierung und daraus hergestellte
galvanische Opferanode

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;
John Joseph Newport III,
Lake Jackson, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 23. Juli 1964 (384 775)

der zweiten Hälfte der Lebensdauer der Anode. Dies ist unerwünscht, da dadurch eine Verminderung der Anodenleistung eintritt.

Überraschenderweise erleiden die erfindungsgemäßen Legierungen, wenn sie als galvanische Opferanoden verwendet werden, einen zufriedenstellend glatten und gleichmäßigen Korrosionsangriff und haben während der gesamten Lebensdauer der Anode ein Arbeits-Oxydationspotential von 0,9 bis 1,2 Volt in Abhängigkeit von der Stromdichte und eine Nutzleistung (tatsächlich abgegebene elektrische Leistung in Amperestunden pro Kilogramm des verbrauchten Metalls, verglichen mit dem theoretischen Wert) von mehr als 2750 Ah/kg.

Das zur Herstellung der neuen Aluminiumlegierungen verwendete Aluminium kann handelsübliches Metall (99,5 bis 99,9% Al) sein, in welchem die üblichen, durch die Herstellung eingebrachten Verunreinigungen vorliegen. Falls erwünscht, kann auch Aluminium von höherer Reinheit (beispielsweise 99,99 % Reinheit) verwendet werden, jedoch ist dies nicht notwendig, um hohe Spannungen und hohe Anodenleistungen zu erzielen. Die Legierungsmetalle können ebenfalls von hoher Reinheit oder handelsüblicher Qualität sein.

809 590/374

Beispiel 1

Es wurde eine Anzahl von Anoden gemäß vorliegender Erfindung hergestellt, indem man Aluminiumbarren handelsüblicher Reinheit in einem Graphittiegel schmolz, welcher in einem elektrischen Ofen angeordnet war. Die erforderlichen Mengen an Quecksilber und Zinklegierungsbestandteilen wurden in das geschmolzene Aluminium eingebracht und das erhaltene Gemisch gerührt, um Lösung und Dispergierung der Legierungsbestandteile innerhalb der Schmelze herbeizuführen. Die Legierung wurde in eine Graphitform zu zylindrischen Probestücken von etwa 14 cm Länge und etwa 1,6 oder 2,5 cm Durchmesser gegossen. Die Abkühlgeschwindigkeit der Proben entsprach derjenigen bei der großtechnischen Herstellung gegossener Anoden.

Die Leistungsfähigkeit der Anoden wurde bewertet, indem man jede Probe als Anode in einem Glasgefäß von 1,891 und ein Drahtnetz aus Stahl an der Innenwand des Gefäßes als Kathode anordnete. Synthetisches Seewasser wurde als Elektrolyt verwendet, wobei etwa 7,6 cm jeder Probe eingetaucht waren. Die Zellen wurden hinsichtlich der elektrischen Schaltung vervollständigt. Es wurde ein Gleichrichter verwendet, um einen konstanten Strom durch eine

ίο Gruppe von in Serie geschalteten Zeilen aufrechtzuerhalten.

Die Ergebnisse einer Anzahl von Versuchen bei einer Stromdichte von etwa 10,7 A/m² mit erfindungsgemäßen Anoden und solchen aus dem als Basis für diese Legierungen verwendeten handelsüblichen Aluminium sind in der Tabelle zusammengefaßt.

Versuch	Legierungsbestandteile	Hg	Al-Reinheit	Gesamtstrom	Ergebnis	Potential	Nutzleistung
Nr.	Zn	°/o			Volt*)	o/o²)
	%	0,005	°/o	Ah	0,92	96,5
1	0,031	0,008	99,9	52	0,98	98
2	0,070	0,022	99,9	52	0,97	97
3	0,13	0,013	99,9	97	1,05	97
4	0,22	0,018	99,9	38	1,07	98
5	0,57	0,028	99,9	38	1,00	95
6	0,75	0,037	99,9	61	1,00	88
7	0,11	—	99,5	25	0,71	—
8*)	—	—	99,5	—	0,72	—
9*)	—	99,9	—

¹O Gegenüber gesättigter Kaliumchlorid-Kalomel-Elektrode. ²) Bezogen auf die theoretische Leistung bei 2967 Ah/kg. *) Vergleichsproben aus unlegiertem Öl.

Diese Ergebnisse wurden im Betriebsversuch in fließendem Seewasser unter Verwendung von 2,54 und 7,6 cm dicken zylindrischen Anoden bestätigt.

Diese Ergebnisse zeigen klar die Überlegenheit der Anoden aus den neuen Legierungen hinsichtlich des Lösungspotentials und des elektrochemischen Äquivalents im Vergleich zu solchen aus unlegiertem Aluminium. Das Lösungspotential und die elektrische Leistung der erfindungsgemäßen Legierungen liegen in dem für einen erfolgreichen Betrieb als galvanische Opferanode, insbesondere als Kathodenschutz in Seewasser und Salinenwasser, erforderlichen Bereich.

Beispiel 2

Es wurde eine Schmelze aus Aluminium mit 0,022% Quecksilber und 0,13% Zink hergestellt. Kaltgewalzte Stahlbleche (2,5 · 7,6 · 0,16 cm groß), welche in Perchloräthylen entfettet und in 15%iger wäßriger Chlorwasserstoffsäure gebeizt, mit Wasser gewaschen und getrocknet worden waren, wurden in die Schmelze getaucht. Ein im wesentlichen kontinuierlicher Überzug von etwa 1,27 mm Dicke blieb auf den Blechen haften.

Die galvanischen Eigenschaften der so überzogenen Bleche wurden in einem Standardtest geprüft, indem das Lösungspotential gegenüber einer gesättigten Kaliumchlorid-Kalomel-Elektrode in Seewasser und normalem Leitungswasser gemessen wurde. Die Spannungen waren 1,08 und 0,94 Volt in frischem Leitungswasser.

Ein ähnlicher galvanischer Schutz von Eisenteilen kann durch Flammsprühen der erfindungsgemäßen Legierung auf das Eisen erreicht werden; hierbei ist die erfindungsgemäße Legierung in Pulverform im Überschuß im Trägerwerkstoff oder Bindemittel vorhanden und wird mit diesem auf eine erhitzte Eisenoberfläche aufgesprüht, wobei die Temperatur des Eisens ausreicht, um die Aluminiumlegierung zu schmelzen, weshalb eine Haftung zwischen der Legierung und dem Eisen gewährleistet ist.

Die neuen Legierungen sind auch zur Verwendung als galvanische Pigmente, Anstrichfilme oder Überzüge und als galvanisches Anodenmaterial für Primärbatterien geeignet. Außerdem finden diese Legierungen Verwendung als aktiver Bestandteil in Leuchtmitteln oder Leuchtkörpern, zur Verwendung bei chemischen Reduktionen und zur Herstellung von Aluminiumalkylen.

Claims

Patentansprüche:

1. Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,01 bis weniger als 1% Zink, und 0,002 bis 0,2% Quecksilber, Rest Aluminium mit den üblichen Verunreinigungen.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,03 bis 0,5% Zink und 0,005 bis 0,05% Quecksilber.

3. Galvanische Opferanode auf Aluminiumbasis mit hohem Oxydationspotential von 0,9 bis 1,2 Volt und hohem elektrischem Äquivalent, bestehend aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, welche im Gußzustand vorliegt.

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4. Galvanische Opferanode nach Anspruch 3, nischen Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,03 bis überzogen ist.

0,5% Zink und 0,005 bis 0,05% Quecksilber.

5. Gegenstand, gekennzeichnet durch ein Me- In Betracht gezogene ältere Patente: tall auf Eisenbasis, welches mit einer galva- 5 Deutsches Patent Nr. 1179 718.

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