DE1558476A1

DE1558476A1 - Galvanische Anode

Info

Publication number: DE1558476A1
Application number: DE19671558476
Authority: DE
Inventors: Schrieber Charles Frank
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1966-03-17
Filing date: 1967-03-16
Publication date: 1970-04-09
Also published as: NL6702395A; GB1164211A; FR1514690A; BE695667A

Description

D 1492

The Dow Chemical Company , Midland, Michigan, V.St.A.

Galvanische Anode

Diese Erfindung betrifft aich selbst aufzehrende (sacrificial) galvanische Anoden und befaßt sich insbesondere mit einer neuen, verbesserten Legierungsanode auf Aluminiumbasis, die pro Einheit der Metallmenge eine hohe elektrische Leistung aufweist, d.ho einen hohen elektrochemischen Wirkungsgrad hat, und deren Oxydationspotential in dem Bereich liegt, der besonders für die Anwendung als sich selbst aufzehrende Anode in Meerwasser geeignet ist.

Gegenwärtig wird hauptsächlich Zink für galvanische, sich selbst aufzehrende Anoden für den kathodischen Schutz von solchen Einrichtungen verwendet, die in oder' in Berührung mit Meerwasser betrieben werden. Zink, das ein Potential von etwa 1 Volt hat (gemessen gegen eine Kalomelbezugselektrode) ist für diese Zwecke ausreichend und hat den Vorteil, daS sein Arbeitspotential weniger Möglichkeiten zur Beschädigung schützender Oberflächenfiline, wie z.B. schützender Überzüge

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und Anstriche, bietet als ein Änodenmaterial mit höherem Arbeit spot ent ial, wie z.B» Magnesium (~ 1,5 Volt). Zink hat jedoch den Nachteil, daß es eine relativ geringe Amperestunden-Kapazität von etwa 815 Amperestunden/kg [ 370 Ah/0,453 kg] hat.

Aluminium, das eine hohe theoretische elektrische Leistung pro Einheit der verbrauchten Metallmenge aufweist, nämlich etwa 2975 Amperestunden/kg [ 1350 / 0,4-53 kg], hat sich in der praktischen Anwendung als sich selbst verzehrende galvanische Anode nicht als brauchbar erwiesen, da nämlich das Vorhandensein eines normalerweise passiven Oxydoberflächenfilms auf dem Aluminium sofort ein Hindernis gegen die Oxydation des Metalls darstellt und dadurch das wirksame Oxydationspotential auf 0,7 Volt herabsetzt (gemessen in einem geschlossenen Stromkreis bei entweder 0,269 oder 1,077 mA/cm² [250 oder 1000 mA/0,093 m² ] in einem synthetischen Meerwasserelektrolyten gegen eine gesättigte Standard KCl/Kalomel-Kette als Bezugssystem). Bei einer so geringen Arbeitsspannung ist z.B. gegen auf Eisen basierende Strukturen kein kathodischer Korrosionsschutz möglich; deshalb zeigt die Anode keine brauchbare elektrische Leistung.

Mit der vorliegenden Erfindung wird deshalb eine neue, auf Aluminium basierende Legierungsanode vorgeschlagen, die (1) ein Oxydationspotential von wenigstens 1 Volt und gewöhnlich von 1 bis 1,2 Volt zeigt (gegen Kalomel-Bezugs-

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elektrode) und eine elektrische Leistung je kg aufweist, die wesentlich höher als die bei Zink angegebene ist} die (2) einen Wirkungsgrad der elektrischen Leistung pro Einheit der verbrauchten Metallmenge (Amp/erestunden/0,453 kg) von wenigstens 90 ?6 zeigt, wenn sie als sich selbst verzehrende galvanische Anode für den kathodischen Korrosionsschutz von Einrichtungen gebraucht wird; die (3) zur Anwendung als sich selbst verzehrende Anode für den kathodischen Korrosionsschutz von Einrichtungen geeignet ist, die sich in oder in Kontakt mit Meerwasser oder anderen Wässern mit hohem Salzgehalt befinden j die (4) als galvanischer Schutzüberzug für auf Eisen basierendes Material geeignet ist und die (5) gute Beständigkeit gegen LuftOxydation aufweist, ohne daß Zusätze eines Desoxydationsmittels erforderlich sind, wie sie in den üblichen Aluminium-Quecksilber-Massen verwendet werden.

Erfindungsgemäß ist eine gegossene, sich selbst verzehrende galvanische Anode aus einer auf Aluminium basierenden Zink-Quecksilber-Dreifach-Legierung, die ein minimales Oxydationspotential von 1 Volt, eine hohe elektrische Leistung und gute-Beständigkeit gegen Luftoxydation besitzt, dadurch gekennzeichnet₉ daß die Aaode zu 0,1 bis 35 Gew.-fi aus Zink, zu 0,02 bis 0,08 Gew..-# aus Quecksilber und dem Rest aus Aluminium besteht. Vorzugsweise besteht die Legierungsanode hauptsächlich aus Aluminium, und damit sind 0,1 bis 25 Sew.-$ Zink und 0,02 bis 0_?05 Gew.-JO Queck-

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süber legiert. Alle Gew.~$ sind auf das Gewicht der gesamten Masse "bezogen.

Im allgemeinen werden in diesem offenbarten Legierungsbereich optische Wirkungsgrade erzielt, wenn die Quecksilberkonzentration mit zunehmender Zinkkonzentration ebenfalls zunimmt.

Die vorliegende ,spezifisch verbesserte neue Masse zeigt unerwartet, wenn sie als sich selbst aufzehrende galvanische Anode verwendet wird, eine befriedigende, relativ glatte Korrosionsschicht während der gesamten Reaktionsdauer der Anode, ein minimales Arbeitsoxydationspotential von 1 Volt und einen V/irkungsgrad (tatsächliche elektrische Leistung in Amperestunden/O,453 kg von verbrauchtem Metall im Vergleich zur theoretischen) von mehr als 90 % und gewöhnlich mehr als 95 <p der Theorie. Außerdem haben diese Anoden gute Lagerfähigkeit, denn sie werden durch Lagern unter Luftzutritt nicht nachteilig beeinflußt werden; d.h. sie zeigen geringe oder gar keine unerwünschte Luftoxydation.

Galvanische Anoden können aus der vorliegenden neuen, verbesserten Masse nach den in der Aluminium-Verarbeitung üblichen Legierungs- und Guß-oder Fabrikationstechniken hergestellt werden.

Aluminium, das zur Herstellung der vorliegenden neuen Legierungsmassen verwendet wird, kann handelsüblich reines (99,5 - 99,9 ^ Aluminium) Metall sein, das normale,

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durch die Herstellung bedingte Verunreinigungen enthält. Gegebenenfalls kann Aluminium von größerer !Reinheit (z.B. 99,99 $> Eeinheit) verwendet werden, aber dies ist nicht notwendig, um das erwünschte hohe Potential oder den anodischen Wirkungsgrad (d.h. hohe' elektrische leistung pro Masseneinheit des Metalls) und die Beständigkeit gegen Luftoxydation zu erreichen. Die legierenden Metalle können ebenfalls von hoher Reinheit oder von üblichem Reinheitsgrad sein.

Das folgende Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung.

Beispiel 1

Eine Anzahl Anoden der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt, indem handelsübliches Aluminium in einem Graphit-Tiegel im elektrischen Ofen geschmolzen wurde. Die erforderlichen Mengen der legierenden Bestandteile Quecksilber und Zink wurden in das geschmolzene Aluminium gegeben und die erhaltene Mischung gerührt, um die Dispergierung und Lösung der legierenden Bestandteile in der Schmelze zu bewirken, wie es in den üblichen Gießverfahren gehandhabt wird. (Gewöhnlich wird in einem solchen üblichen Verfahren das Quecksilber zunächst mit dem Zink legiert und eine quecksilberreiche Vorlegierung oder ein "Härtungsmittel" erhalten, und diese Vorlegierung wird dann in Aluminium dispergiert.) -Die erhaltene Aluminium-Zink~Quecksilber-Legierung wurde in einer Graphitform au einer fast

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zylindrischen Probe von 25_f4 cm länge, 8,9 cm Durchmesser und einem Gewicht von 4 »53 kg gegossen.Die Abkühlungs- und Verfestigungsgeschwindigkeit der GieSlinge -wurde so gesteuert, daß sie der Abktihlungsgeschwindigkeit entspricht, die in der Herstellung von käuflichen, gegossenen Anoden angewendet wird.

Die Leistung der gegossenen Anode wurde berechnet, indem jede gegossene zylindrische Probe (als Anode) in natürliches Meerwasser getaucht wurde, das entweder in Ruhe oder in Fließbewegung niar, und die Anode in elektrischen Kontakt mit Eisenoberflächen in Meerwasser während einer vorherbestimmten Zeitspanne gebracht wurde.

Das Arbeitspotential, die Dichte des Anodenstroms und der Anoden-Wirkungsgrad wurden bestimmt.

Außerdem wurde die Beständigkeit einzelner Anoden gegen Luftoxydation durch visuelle Prüfung der Anodenoberflächen von Anoden bestimmt, die in entsprechenden Zeitabschnitten in feuchter Atmosphäre gelagert wurden (Texas Gulf Coast).

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle I zusammengefaßt.

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Tab'ell

Laufende Kr.	1	Legierungs- kphzentration in Geyt,-fo Zn Kr	0,021	Einwir kung B- aeit in T af. en	Spannung im geschlossenen Stromkreis Lvoit] (1)	Anoden- Strom- dichte ρ in mA/cm	Wirkungs grad des Ano denk st rom s in °J>	Beständig keit gegen Luftoxyda- tion
	2	0,42	0,030	300	. 1,001	0,450	97	(2) keine^v '
	3	0,43	0,026	300	1,007	0,224	98,	ti
	4	0,52	0,036	ö2	1,000	0,425	94
ο	5	0,52	0,059	81	1,110	0,531	95	SI
co	6	0,60	0,060	61	1,110	0,675	100	5-10$
03 —A	7	0,73	0,028	61	1,150	0,794	97	U
	8	2,8	0,036	175	1,080	0,308	98	keine
O	9	3,3	0,040	175	1,099	0,466	9?	It
cn	10	3,7	0,059	174	1_P124	0,466	97	keine
cn	11	5,0	0,070	174	1,119	0,230	94 ·	\/·■· j \JfSr
	12	6,9	0,043	182	1,110	0,509 .	97
>	13	15,0	0,066	22	1,070	1,077	100
	25,0	22	1,070	1,077	98	5-10?έ

(1) gemessen gegen eine Cu-CuSO.-Bezxigselektrode

(2) kein Unterschied in der Luftoxydation gegen nicht legiertes Aluminium

cn απ oo j> -ο cn

Die Ergebnisse zeigen deutlich die Überlegenheit der vorliegenden neuen Masse in Bezug auf das Lösungspotentiai und das hohe elektrochemische Äquivalent im Vergleich zu solchen^auf Aluminium basierenden Material, das bisher bekannt war. Es ist ferner zu bemerken, daß das Lösungspotential und die gebräuchliche elektrische Leistung der vorliegenden neuen Hasse sich im gewünschten und erforderlichen Bereich von (1,0 - 1,2 YoIt) befindet, um eine erfolgreiche Funktion als sich selbst verzehrende galvanische Anode insbesondere für den kathodischen Korrosionsschutz von Vorrichtungen in Meerwasser und BaI-. zigen Gewässern, zu erreichen. Bei diesen Untersuchungen traten praktisch keine bemerkenswerten Unterschiede in der Leistung der Anoden in ruhigem und fließendem Wasser auf. Ferner weisen die Anoden dieser speziellen offenbarten Masse eine unerwartete Beständigkeit gegen Luftoxydation auf, ohne daß die üblicherweise verwendeten desoxydierenden Metallzusätze dieser Aluminium-Zink-Queoksilber-Dreifach-Legieruhgsmasse zugefügt werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche:

1. Eine gegossene, sich selbst verzehrende galvanische Anode aus einer auf Aluminium basierenden Zink-Quecksilber-Dreifach-Legierung, die ein minimales Oxydationspotential ▼on 1 YoIt, eine hohe elektrische leistung und gute Beständigkeit gegen Luftoxydation besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode zu 0,1 bis 35 Gew.-^ aus Zink, zu 0,02 bis 0,08 Gew.-^ aus Quecksilber und dem Rest aus Aluminium besteht.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu 0,1 bis 25 Gew.-^ aus Zink, zu 0,02 bis 0,05 Gew.-56 aus Quecksilber und dem Rest aus Aluminium besteht.

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