DE1458312A1 - Galvanische Anoden aus einer Aluminiumlegierung - Google Patents

Galvanische Anoden aus einer Aluminiumlegierung

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DE1458312A1 DE19621458312 DE1458312A DE1458312A1 DE 1458312 A1 DE1458312 A1 DE 1458312A1 DE 19621458312 DE19621458312 DE 19621458312 DE 1458312 A DE1458312 A DE 1458312A DE 1458312 A1 DE1458312 A1 DE 1458312A1
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    • 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
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Description

Aluminium Company of America, Pittsburgh, FennsylTania,V.St.A. GalTanischt Anoden aus einer Aluminiumlegierung
BIe Erfindung bezieht sich auf galvanische AIuminiumaetallanoden für den kathodischen Schutz τοη Metallen und auf ein Verfahren zum Behandeln derselben zwecks Verbesserung ihrer leistung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf sich Tersehrende ( sich rerbrauchende } Anoden aus einer Aluminiumlegierung für den kathodschen Schutz τοη Nichtaluainiumbauteilen, die der korrodierenden Einwirkung τοη wässrigen Medien und besonders wässrigen salzhaltigen Medien ausgesetzt sind, und auf ein Verfahren zu» t Herstellen derartiger Anoden.
Systeme kathodischen Schütze sind allgemein bekannt, bei denen ein Metallgegenstand, der in einem Elektrolyten eingetaucht ist. gegen Korrosion mittels einer sich hergebenden ( sacrificial ) oder aufbrau-chenden Anode geschützt wird, die ebenfalls in des Elektrolyten eingetaucht und elektrisch mit dem Metallbauteil ( Kathode ), der zu schützen ist, Terbunden ist.Ein Schützen gegen Korrosion
ist
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ist dann besonders lichtig, wenn der Metallgegenstand der korrodierenden Einwirkung eines wässrigen salzhaltigen Mediums ausgesetzt ist. Sich hergebende Anoden benutzt man zub Vorsehen eines kathodischen Schutzes für solche Bauteile, wie z.B. fiohrleitungen, Schiffrümpfe, Schiffstauchtanke, Hafendämme und Strandmauern und Bohrgestelle.
Sich hergebende oder sich Terzehrende (aufbrauchende ) Anoden werden im allgemeinen in jeder gewünschten Gestaltungsform oder Grosse gefertigt, um sich dem eu schützenden Bauteil anzupassen, und müssen aus einem Metall bestehen, das anodisch gegenüber dem zu schützenden Metallkörper ist. Die Anoden können in Knet- oder Vergussfona Torilegen, aber die letztere wurde allgemein beTorzugt, Für das Befestigen der Anode an den zu schützenden Gegenstand ist gewöhnlich eine zweckdienliche Einrichtung nötig, wie z.B. ein eingebettetes Metallkernband-, Stab- oder Kabel.
viele Anwendungen stellt der Kostenaufwand
ver
für das Ersetzen τοη/fcrauchten Anoden einen wesentlichen Teil der Kosten des Schutzsystems dar. Aus dieses Grunde wurde erkannt, dass eine lange Lebensdauer, hegleitet τοη einer angemessenen Stromleistung (-Netseffekt) höchst erwünscht ist für Minderung der Kosten des kathodischen Schutzes. Dieses kennseichende Merkmal beaeichnet man als hohen Stromwirkungsgrad (efficiency) und wird im allgemeinen in Bezug auf Amp&restunden ausgedrückt, die der Kathode
je
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je 0,454 kg an Terz ehrtemÄnodenme tall zugeführt werden. Der Potentialunterschied zwischen der Anode und der Kathode auss natürlich gross genug sein, um ein StromfHessen aufrecht zu erhalten. Andererseits iird jedoch eine zu grosse Potentialdifferenz die Lebensdauer ( Gebrauchedauer ) der Anode ehne entsprechende Verbesserung hinsichtlich des Methodischen Schutzes rerkürzen.
Eines der Ziele der Erfindung ist die Schaffung einer Terbeaserten galTanischen Anode aus einer Aluminiumlegierung, die eine längere fiutz-Lebensdauer fe Gewichtseinheit des Anodenaaterials aufweist, mit gleichzeitiger Ersparnis an Kosten, als in Sifinüwg diese bisher mit derselben Legierung erzielbar war. Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer galvanischen Aluminiumlegierungeanode, die sowohl einen hohen Stromwirkungsgrad als auch ein im wesentlichen konstantes niedriges Elektrodenpotential während ihrer Haltbarkeit aufweist, um kontinuierlich die Metallbauteile, mit denen sie Terbunden ist, su schütten. Noch ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer thermischen Behandlung ( Wärmebehandlung ) der Anode, die ihren Strömt irkungsgad verbessert.
Gemäss der Erfindung schafft man eine galvani- icht Anode aus einer Aluminiumlegierung, die 3,5 - 9,0 Gew.-^ Zink zusätzlich zu 0,05 - 0f2o Gew.-tf Zinn und/oder 0,008 - 0,05 Gew.~?£ Indium aufweist, wobei der Best mit
Aus-
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Ausnahme der Verunreinigungen Aluminium ist, und lobei die Anode lösungsglühbehandelt (solution heat treated) und da-
Ea umnach rasch auf Temperatur abgekühlt wird. .
Ach schafft die Erfindung ein Arbeitsverfahren zum Herstellen einer galvanischen Anode aus einer Aluminiumlegierung, bei dem man diese Anode aus einer Legierung ausbildet, die 3,5 - 9,0 Gew.-# Zink ausser 0,05 - 0,2o Ge».-Ji" Zinn und/oder 0,008 - 0,05 Gew.-?i Indien auf»eiat, wobei der lest mit Ausnahme von Verunreinigungen Aluminium ist, man die so gebildete Anode auf eine Temperatur τοη 426,7? 496,1? C solange erhitzt, dass eint praktisch Tollkommene lösung der löslichen legierungebildenden Elemente bewirkt wird, und man danach die Anode rasch auf Raumtemperatur herunterkühlt.
Für Erzielung bester Ergebnisse benutzt man vorzugsweise 6,0 - 8,0 Gew.-^ Zink. Alle Verunreinigungen in der Aluminiumlegierung, wie z.B. Eisen, Silicium und Kupfer, sollen insgesamt 0f5o 1» nicht überschreiten, und noch spezifischer soll die Legierung weniger als 0y2o i» Sie en, 0,2o # Silicium und 0,02 i Kupfer enthalten, da lit in grösseren Mengen den Stromwirkungsgrad der behandelten Anoden reduzieren. Alle anderen Verunreinigungen sollen je nicht über 0,05.# liegen.
Notwendig ist die Zinkkomponente der Legierung für Vorsehen des gewünschten Elektrodenpotentiale (Sollpotentials ) für die Anode. Geringere Mengen als 3,5 * rer-
leihen
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leihen nicht die gewünschten Kennmerkmale in der Anode, fahrend othr als 9*0 i nicht irgendwelche zusätzliche Verbesserung in der Leistung zur Folge haben. Die Elemente Zinn und Indium haben Einfluss auf das Verhalten der behandelten Anoden« Is lurde herausgefunden, dass sie dazu dienen, eine hohe Stroaleietung ( output ) τοη Anfang bis Ende der Lebensiitr der Inode aufrecht zu erhalten. Geringere Mengen als die dargelegten lindestaengen haben einen unbedeutenden Einfluss, wohingegen grössere Mengen einen umgekehrten Effekt haben.
Die Lösungsglühbehandlung ( solution heat treatment) der Legierung, die erforderlich ist, um die gewünschte Beschaffenheit für hohe AnodenIeistung zu erstellen, besteht aus des Erhitzen der Anoden auf eine zwischen 426,7° und 496,Io C liegende Temperatur, und Halten innerhalb dieses Bereiches so genügend lange, dass praktisch vollkommene Lösung der löslichen legierungsbildenden Elemente bewirkt und dadurch eine homogenes Gefüge ( Struktur ) erstellt ilrd. Im allgemeinen soll sich die Zeit für das Durchwärmen innerhalb des τοErgehenden Temperaturbereiches über einen Zeitraum τοη 1-12 Std. erstrecken, wobei die Zeitlänge τοη der Temperatur und Masse der behandelten Anoden abhängt» Das Halten der Anoden innerhalb der Torerwähnten Teaperatur für etwa 2 Std. wurde in fielen Fällen als ausreichend ermittelt und kann als praktisches Minimum
für
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für technische 'Wärmebehandlung angesehen werden. Das Erhitzen auf eine Temperatur im unteren Teil des Temperaturkibereiches erfordert gewöhnlich eine längere Zeit, um ein Lösen der lös liehen Elemente zustande zu bringen als das Erhitzen innerhalb des oberen Abschnittes des Temperaturbereiches. Sind einmal die legierungsbildenden Elemente in praktisch völliger Lösung und ist ein homogener Zustand erstellt, dann scheint keineswegs irgendein Vorteil in Erscheinung zu treten, die thermische Behandlung fortzusetzen.
Uach Halten der Anoden bei der erhöhten Temperatur für eine genügend lange Zeit müsEen sie rasch auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Dies führt man in bekannter Weise durch Abschrecken in Gebläseluft, durch ftasserspritzen, durch Eintauchen in einem Wasserbad oder durch andere Mittel aus. Die besonderen Mittelund Wege, die man anwendet, werden im allgemeinen durch die vorhandenen Einrichtungen bestimmt. Um das Verziehen der Anoden zu vermindern, wurde ein Ansehrecken in heissem Wasser bei einer Temperatur von 82,22° - Ιοο,ο 0C als ganz fcc zufriedenstellend ermittelt. Keine weitere thermische Behandlung ist nötig oder erwünscht nach dem dratischen Kßhlvorgang.
Die Anoden können entweder in geschmiedeter ( gekneteter ) oder in Verguesform gefertigt werden, aber im allgemeinen ist es zweckdienlicher, sie in der Form von GieBslingen auszubilden, da der Stützstab oder -Kabel an
Ort
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Ort und Stelle gegossen «erden können. Im allgemeinen sind Sand- oder Dauerformgussverfahren am zweckdienlichsten anzuwenden.
Grosse und Gestalt der Anoden variieren mit der Art des Einbaues ; und allgemein wiegen sie zwischen 4,54 und 22,7 kg.
Die «ie oben beschrieben behandelten Legierungsanoden Yermögen gut über looo Amperestunden je 0t454 kg bei einem praktisch konstanten Potential ( Spannung) herzugeben, wohingegen Anoden au§ derselben Legierung ohne die Wärmebehandlung weniger als 7oo Amperestunden je 0,454 kg erzeugen. Ss wird ein Unterschied von 0t2 - 0,4 Volt im Elektrodenpotential zwiichen der behandelten, aus der Aluminiumlegierung bestehenden Anode und dem Stahlteil (steel structure ) gehalten, und dieses vermag angemessenen Schutz auf der einen Seite hervorbringen, während andererseits vermieden wird, wta als " Ueberschutz " bekannt ist. Die behandelten Anoden halten ein im wesentlichen konstantes Potentialdifferena während der Gebrauchedauer der Anoden aufrecht.
Die Verbesserung in dem Anodenwirkungsgrad, der sich aus der Lösungswärmebehandlung ergibt, wird in denfolgenden beiden Beispielen erläutert :
Beispiel 1 '
Probeanoden aus einer Aluminiumlegierung, die BAD..OMQiNAL.
-βία wesentlichen aus Aluminiua, 7,0 i* Zink und L, 12 # Zinn, bei einem Gehalt an Verunreinigung« von 0,01 f> Kupfer, 0φ12 Eisen und O,Io i Silicium, besteht, lurden in der Form τοη Zylindern in einer Dauergussform τergossen. Der halbe Poeten der Anoden wurde im gegossenen (as-cast) Zustande geprüft, während die andere Hälfte einer lösungsglühbehandltiiig unterworfen wurde, die aus dem Erhitien für 2 Stunden bei 454,40C gefolgt Ton einem Abschrecken in siedendes Wasser Tor des Prüfen bestand. Jede der Anoden im gegossenen Zustande und der lösungswäraebehandelten Anoden wurden gewogen und' in synthetischem Meerwasser in getrennten Stahltroameln eingetaucht, deren innere Oberfläche.Tor der Prüfung siecke Beseitigung τοη allem Host und Zunder sandbestrahlt war. Die Anoden wurden elektrisch mit den Trommeln durch ein Voltmeter, das einen Widerstand τοη 0,05 Ohm aufwies, Terbunden, um den Spannungsabfall zu messen und so die Stromleistung ( Ausbeute ) festisusteilen, Ablesungen wurde* in regelmäßigen Zeitabständen während der Prüfieit τοη 32 Tagen Torgenommen ; nach Ablauf dieser Zeit wurden die Anoden weggenommen, gereinigt und gewogen, um den Verlust an Metall su bestimmen. Es wurde ermittelt, dass beide Anodeneinsätze einen Verlust τοη etwa 6o Ϊ ihres Gewicht· leiten. Die Stromleistung, wie aus den Ablesungen bestimmt wurde, zeigte, dass die Anoden in gegossenem Zustande 64o - Ampe"reetunden je Ok454 kg Tersehrter Anode lieferten, wobei
der
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der Durchschnitt 660 war, wohingegen unter denselben Bedingungen die lösungsgeglühten Anoden Io5o - 117o Ampereatunden je 0t454 kg Terzehrter Anode oder durchschnittlich Ho Amperettunden je 0,454 kg Anodelieferten ( abgaben ). Darüberhinaus wurde beobachtet, dass anfänglich die Strorale istung aus den Anoden im gegossenen Zustand 184 Milliampirei und aus dem lösungsglühbehandelten Anoden 182 Milliampere! war. Indessen zeigten nach Ablauf von 32 tätiger Prüfnit di· Anoden eine Stromleistung τοη nur 61 Milliamplrtt oder eine 67 #ige Abnahme, während die Lösungswärmebehtndtlten Anoden 149 Milliamperes lieferten oder eine Abnahmt τοη nur 17 # «eigten. Kur die lösungsglühbehandelten Anoden erhielten daher einen im wesentlichen konstanten hohen ffert im Verlauf dtr ganzen Früfztit. £s wurde auch beobachtet, dass das Korrosionsprodukt an den gegossenen Anoden haftete, während dies nicht an den lösungsglühbehandtlten Anoden auftrat. Wahrscheinlich wirkte der massive Korrofionsproduktüberzug an den Anoden im gegossenen Zustand störend auf den Stromfluss ein und machte die Obtrfläch· widerstandsfähiger dem Fliessen des elektrisch« ätroKta gegenüber als dit nichtübenogenen Anoden und reduzierte das effektive Potential der Anoden.
Beispie 12
Probe an den aus einer Aluminiumlegierung, die im wesentlichen aus Aluminium, 7tO % Zink und 0,01 # Indium
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mit einem Gehalt an Verunreinigungen τοη 0,01 £ Kupfer, 0(12 Eisen und O,Io '/·> silicium bestand, wurden ebenfalls in zylindrischer Form in einer Dauergussform Tergoasen. D«r Posten wurde in zwei Teile wie im τorhergehenden Beispiel geteilt, der eine wurde im gegossenen Zustande dagegen der andere Teil 2 stunden bei 454,4° C lösungsgejLüht und abgeschreckt. Die Anoden wurden erselben 32 tägigen Korrosionsprüfung unterworfen, üeide Gruppen Terloren 6o # ihres Gewichtes. Diejenigen, die lösungswärmebehandelt waren, lieferten durchschnittlich lloo Amperestunden je Of454 kg Anode, wohingegen diejenigen in dem gegossenen Zußwnde nur 65o Ampireatunden je 0,454 Itg Anode erzeugten. Die aniixii fängliche otromleistung der lösungsglühbehandelten Anoden ii war 133 Milliamperes und die Leistung an Ende der irrüfung 128 Milliamperes unter Aufzeigen eines Verlustes von 16 f·. Die Anoden im gegossenen Zustande hatten andererseits eine anfängliche Leistung τοη 15o Milliamperes, die auf 67 Milliamperes am Ende der Zeitdauer abfiel, was einen Verlust τοη 55 > aufzeigt. Die wäraebehandelten Anoden waren praktisch frei τοη einte Korrosionsprodukt, aber die nur gegossenen Anoden waren stark überzogen.
In beiden obigen Beispielen hatten die lösungsgeglühten Anoden 3tromwirkungsgrade beträchtlich grosser alsAnoden im gegossenen Zustand·, und die Stroaleistung der Iö*8ung9glühten Anoden war hoch und Yerblieb hoch während
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Claims (1)

  1. -irder garnen Prüf dauer, fahrend die ütromleistung der Ano-
    i en den Im gegokaepTZustand beträchtlich abfiel.
    i)er ton der Gegenwart einer geringen Menge an Zinn oder Indiuaiin homogenisierten Aluminiumzinklegierungsanöden herrührende lotsen wird im Vergleich mit einer gegossenen Anode τοη eiper Aluminium-5,5 1· Zinklegierung τοη dem für die Ziecke kkthodischen Schutzes benutzten Typ erläutert. Die Legierung wurde in einer Dauergussform vergossen, und die Anoden wurden*löeungswärmebehandelt bei derselben Temperatur und unter denselben Bedingungen, wie sie beim Behandeln der Anoden In den Torhergehenden Beispielen eingehalten wurden* Die Anoden erzeugten einen Durchschnitt τοη nur 71o Amperes je 0,434 kg Metall, was beträchtlich unter der Ausbeute der Anoden liegt, die Zinn oder Indium, wie dies oben ι beschrieben ist, enthalten. .Patentansprüche
    1. Galvanische Anode aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 3,5 - 9,0 Gei.-^ Zinn auster 0,05 - Q,2o Gew.-# Zinn und/oder 0,008 - 0,05 Uei.-^ Indium enthält, wobei der Best mit Ausnahme der Verunreinigungen Aluminium ist und wobei die Anode lösungageglüht und danach rasch auf Baumtemperatur gekühlt 1st.
    2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinkgehalt 6,0 - 8,0 Gei.-^ ist.
    3· Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-
    zeich-
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    zeichnet, dass die Verunreinigungen insgesamt 0,5o nicht überschreiten, wobei die Legierung nicht sehr all 0,2o Ge*.-# Eisen, 0f2o Gew.-bilieium und 0,02 Ge·.-* Kupfer enthält und wobei die verbleibenden Verunreinigungen je in einer Menge τοη nicht mehr als 0,05 Gew.-# zugegen sind«
    4. Verfahren as zur Herstellung der Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Anode aus einer legierung bildet, die 3,5 - 9,0 Gew.-# Zink lieh zu .0,05 - 0f2o Gew«-# Zinn und /oder 0,008 - 0,05 Indium enthält, wobei der Rest unter Ausnahme der Verunreinigungen Aluminium ist, dass man die so gebildete Anode auf eine Temperatur τοη 426,7°. - 496,lo° G «ine so hinreichende Zeit erhitzt, dass praktisch Töllige ISaung der löslichen legierungsbildenden Elemente bewirkt wird, und dass stan danach die Anode rasch auf Eaum tempera tür MhIt
    5. Verfahren nach Anspruch 4t dadurch gekennzeichnet, dass der Zirigejjalt der Legierung 6,0 - 8,0 Gew.-i» ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 4 odir 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungen insgesäet 0,5o Gew.-^ nicht überschreiten, wobei die Legierung nicht »ehr als 0,2o Gew.-$> Eisen, 0,2o Gew.~£ Silicium und 0f02 ßtw.-# Kupfer enthält und wobei die Terbleibenden Verunreinigungen je in einer Menge τοη nicht mehr als 0,05 ßtw.-fl iugegen sind.
    , 7. Verfahren nach Anspruch A9 5 oder 6* dadurch
    gtkann-
    SAD OWGiNAL 809813/0572
    dttrcih Ab atihrepelEeö- M
DE19621458312 1961-10-05 1962-06-12 Verwendung einer aluminiumlegierung als werkstoff fuer galvanische anoden Pending DE1458312B2 (de)

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