DE2555876B2 - Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode - Google Patents

Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode

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DE2555876B2 DE2555876A DE2555876A DE2555876B2 DE 2555876 B2 DE2555876 B2 DE 2555876B2 DE 2555876 A DE2555876 A DE 2555876A DE 2555876 A DE2555876 A DE 2555876A DE 2555876 B2 DE2555876 B2 DE 2555876B2
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Description

40
Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode zum kathodischen Schutz von eisenhaltigen Werkstücken, wobei die Aluminiumlegierung ein handelsübliches Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 993 bis 993% umfaßt, das als natürlich vorkommende Verunreinigungen 0,02 bis 0,08% Silicium, 0,02 bis 0,1% Eisen, weniger als 150 ppm Kupfer lind Spuren anderer natürlich vorkommender so Verunreinigungen, zugesetztes Indium in dem. Bereich von 0,01 bis 0,06 und zugegebenes Zink in dem Bereich von O^ bis 15,0% enthält wobei alle Prozente als Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Legierung bezogen sind.
Indium und/oder Zink enthaltende Aluminiumlegierungen werden als galvanische Opferanoden zum Schützen eisenhaltiger Metalle gegen elektrolytischen Angriff verwendet Solche neben Aluminium mit Verunreinigungen an Kupfer, Eisen und Silizium als e>o Legierungskomponenten noch Zink und Indium enthaltende Legierungen sind beispielsweise in den US-PS 760, 34 18 230, 19 97 165, 32 27 644, 33 12 545, 16 420,20 23 512 und 25 65 544 beschrieben.
Die US-PS 34 96 085 betrifft eine Aluminiumanode, die geringe Mengen an Quecksilber und Zink enthält, wobei Silizium in einer Menge oberhalb des normalen Verunreinigungsgrades vorhanden ist. Die Mengen an Silizium und Eisen werden innerhalb bestimmter Bereiche und Verhältnisse gesteuert
Es wird allgemein angenommen, daß Anoden, die aus hochreinem Aluminium (Reinheitsgrad ungefähr 9939%) eine bessere Leistung ergeben als Anoden, die aus handelsüblichem Aluminium zubereitet sind (Reinheitsgrad 99,8 bis 993%), wobei die als Verunreinigungen vorhandenen Mengen an Kupfer, Eisen und Silizium so gering wie möglich zu hatten sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Aluminiumlegierung der eingangs umrisserien Art zu schaffen, die besonders gut für galvanische Opferanoden geeignet ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Legierung zusätzlich 0,03 bis 0,4% Silicium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung enthält, wobei die Gesamtmenge an Silicium wenigstens 0,07%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung beträgt
Wenn bei der Aluminiumlegierung die Menge an zugegebenem Indium in dem Bereich von 0,01 bis 0,03% und die Menge an zugesetztem Zink in dem Bereich von 1,0 bis 8,0% liegt, Hegt zweckmäßig die Menge an zugesetztem Silizium in dem Bereich von 0,05 bis 0,15%.
Bei der Aluminiumlegierung, bei welcher die Menge an zugegebenem Indium in dem Bereich von 0,01 bis 0,02% und die Menge an zugegebenem Zink in dem Bereich von 2,0 bis 6,0% liegt, liegt die Menge an zugegebenem SDizhim vorteilhaft in dem Bereich von 0,08 bis 0,13%, wobei das Alumimummetall als natürlich vorkommende Verunreinigungen nicht mehr als 0,08% Eisen, nicht mehr als 0,05% SDizium, nicht mehr als 0,01% Kupfer und andere geringere natürlich vorkommende Verunreinigungen enthält
Es wurde erfmdungsgemäß gefunden, daß wenn handelsübliches Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,8 bis 993% verwendet wird, im allgemeinen gute Spannungen und verbesserte Strombelastbarkeiten bzw. Stromaufnahmen erreicht werden. Auch werden ausgezeichnete Korrosionsmuster erzielt, was für eine langlebige, wirksame Opferanode wesentlich ist
Wenn Aluminium mit einem Reinheitsgrad von lediglich 99,7% verwendet wird, sind die Spannungen und Korrosionsbilder gut, aber es werden im allgemeinen keine verbesserten Strombelastbarkeiten bzw. Stromaufnahmen erzieh. Wenn hochreines Aluminium (d. h. Reinheitsgrad von 9939%) verwendet wird, ist die Zugabe von Silicium (um so einen Gesamtsilichimgehalt von wenigstens 0,07% zu erzielen) schädlich, und es werden schlechte Korrosionsmuster festgestellt
Handelsübliches Aluminium enthält definitionsgemäß als natürlich vorkommende Verunreinigungen 0,02 bis 0,08% SL, 0,02 bis 0,1% Fe, weniger als 150 ppm Cu und andere geringere Verunreinigungen. Die m der abschließenden Legierung enthaltene Gesamtmenge an Si (einschließlich natürlich vorkommendem und zugesetztem Si)i soll erfindungsgemäß wenigstens 0,07% ausmachen.
In der nachfolgenden Beschreibung sind alle Prozente als Gewichtsprozente angegeben und auf das Gesamtgewicht der Legierung bezogen.
Es ist für den Fachmann schwierig, Legierungen zuzubereiten, weiche mittels Analyse die genauen Konzentrationen der Legierungsbestandteile aufweisen, die dem Legierungsgemisch zugegeben wurden. Dies ist teilweise auf Grund der Tatsache schwierig, daß einige Bestandteile durch Verdampfung verlorengehen oder von einem Behälter zu einem anderen übertragen werden. Eine Analyse solcher Legierungen ist schwierig,
und Messungen mittels Emissionsspektroskopie (oder Massenspektroskopie) weisen oft einen ziemlich breiten Fehlerprozentbereich in Abhängigkeit von der Größe der Störung seitens anderer Bestandteile in der Legierung auf. In den folgenden Beispielen als Erläuterung der Erfindung wird die Nenn- bzw. Nominalanalyse der Ausgangslegierung vor dem Zugeben von In, Zn und Si bestimmt Nach Zugabe von In, Zn und Si wird eine andere Analyse erstellt, um den Gehalt an In, Zn und Si (wenn es zugegeben ist) in der abschließenden Legierung zu bestimmen. Die wiedergegebenen Ergebnisse sind Nenn- oder Nominalmengen mit Ausnahme, wenn es angegeben ist, wobei die nominalen Mengen der Durchschnitt von zwei oder mehreren Proben sind. In den folgenden Beispielen wurde das Ausgangsmetall (handelsübliches Al) analysiert, welches die folgenden natürlich vorkommenden Verunreinigungen aufweist
Metall
Nr.
A-I
A-2
A-3
A-4
A-5
A-6
A-7
A-8
A-9
Reinheitsgrad Mengen an Verunreinigungen, % (nominal) % Si Fe Cu
99,8-99.9 0,047 0,063
DO 0,058 0,068
DO 0,050 0,073
DO 0,042 0,069
DO 0,042 0,054
DO 0,046 0,072
DO 0,034 0,051
DO 0,040 0,046
DO 0,025 0,043
<0,0011
DO
DO
DO
DO
DO
DO
DO
DO
andere Verunreinigungen
<0,02
DO
DO
DO
DO
DO
DO
DO
DO
DO steht hier für »desgleichen«.
Zubereitung und Untersuchung der Al-Legierungen.
Ungefähr 665 Teile des Ausgangsahiminhims werden in einem Graphittiegel auf eine Temperatur von 750° C erhitzt Die angemessenen Mengen an In, Zn und Si werden dem geschmolzenen Aluminium zugegeben und gut verrührt, um ein so vollständiges wie durchführbares Mischen zu gewährleisten. Die geschmolzene Legierung wird dann in erhitzte Stahlformen gegossen, um runde Anodenproben von einer Länge von 15£ cm und einem Durchmesser von 153 mm zu erhalten. Die Proben werden gereinigt, getrocknet, gewogen und in einem elektrischen Kreis angeordnet Der Kreis besteht aus einer Gleichstromzuleitung, einem Mih'amperemeter, einem Kupfer-Coulometer und einer Meßzelle.
Die MeBzeUe verwendet die Ahiminhimlegierungsproben als Anoden, nichtrostende Stahlstangen als Kathoden und Seewasser als Elektrolyt Die Länge einer jeden Anode in dem Elektrolyt beträgt ungefähr 38 mm. Der Zellenbehälter ist Plexiglas. Ein 2000-Ohm-Widerst and ist in jedem Draht vorgesehen, der mit einer Anode verbunden ist, um den Strom auszugleichen. Strom wird durch den Kreis während eines Monats geschickt, wobei wöchentlich Potentialmessungen an den Versuchsproben erhalten werden und eine gesättigte Kalömel-Bezugselektrode verwendet wird. Der Strom von 6,3 mA ergibt eine Anodenstromdichte von annähernd 19375 mA/m2. Am Ende des Versuchs werden die Proben aus der Zelle entfernt, in Wasser gewaschen, in einer Lösung mit 5% Phosphorsäure/2% Chromsäure bei 80° C gereinigt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Anzahl der durch die Proben geflossenen Amperestunden wird durch Messen der Gewichtszunahme des Couiometer-Drahtes erhalten. Die Strombelastbarkeiten bzw. Stromaufnahme der Versuchsproben werden errechnet, indem die Anzahl der Amperestunden, die dadurch geflossen sind, durch ihren Gewichtsverlust dividiert wird.
Beispiel Ibis32
Die bi der Tabelle I gezeigten Beispiele wurden in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt In Tabelle I ist die »Ziek-Menge an In, Zn und Si, die zugesetzt ist, als »% zugegeben« gezeigt; die in der abschließenden Legierung analysierte Menge ist als »% analysiert« wiedergegeben. In den Spalten »Legierungsleistung« ist das Anodenpotential als Spannung (Volt) angegeben, die mit einer gesättigten Kalomel-Bezugselektrode gemessen ist, und die Anodenbelastbarkeit bzw. Stromaufnahme ist als Amperestunden/kg angegeben. Wenn die Daten Durchschnitte von eng benachbart gruppierten Zahlen sind, ist lediglich die Durchschnittszahl angegeben. Wo die Streuung zu groß ist, um einen repräsentativen Durchschnitt zu geben, ist der Datenbereich angegeben.
Tabelle I Metall
Nr.		 indium
% zugeg.		 °/o analys. Zink
% zugeg.		 % analys. SSzium
% zugeg.		 % analys.* LegieruTigs- Leistung
") Anoden- Strombelast-
Potential barkeit
(Volt) (Ah/kg)		 2293
2543-2532
N.S.·)
N.S.·)
Beisp.
Nr.		 A-I
DO
DO
DO		 0,01
DO
DO
DO		 0,013
0,012
0,012
0,010		 2,0
DO
DO
DO		 1,4
1,5
1,6
1,4		 0
0,05
0,10
0,20		 (0,058)
0,077
0,120
0,20		 1,10
0,99-1,10
passiviert
passiviert
1
2
3
4
Metall
KJ-		 Indium 5 0,015 Zink 25 55 43 876 6 Beispiele33—36 Das Untersuchen is t jedoch 45 Tabelle II 0 Nominal-Zusammensetzung') % Zn % Si 0,05 (Volt) Strombelast
barkeit		 Strom mit einem Reinheitsgrad von Fe, 0,09% Beispiele37-45 mit einem Reinheitsgrad von 99,7% als natürliche
NT. 0,015 43 Legierungen in diesen Beispielen werden im hierzu unterschiedlich, als tatsächliche Arbeitsbedingun Beisp. % Si 0 % In 0,05 1,09 (Ah/kg) dichte Aluminium Si, < 150 ppm Cu und weniger als 200 ppm anderer natürlich vorkommen-
0,010 43 wesentlichen wie in den vorgehenden Beispielen gen angewandt wurden und der Elektrolyt eine natürlich 0,10 0,15 031-1,05 2437
A-2 % zugeg. % analys. 0,012 4,8 Silizium beschrieben zubereitet 0,10 0,15 1.08 2626-2697 (mA/irf)
Fortsetzung DO 0,034 % zugeg. % analys. 0,6 % zugeg. 5,0 sind »Ziel«-Mengen, mit 1,07 2604 185 Anodenleistung
Beisp. DO 0,01 0,028 0,56 Legierungs-Leistung 0,02 5,0 der Nennwert durch Analyse ist 1.Ί2 2600 184 Pot**) Strom
BO DO 0,035 5,0 0,58 0 % analys.··) Anoden-
Pntentini		 33 0,02 5,0 Potential, 1,00-1,12 1867 188 belast
A-3 DO 0,028 DO 0.53 0,05 34 0,02 5,0 1,12 2139 210 barkeit
5 DO DO 0,040 DO 1.4 0,10 (0,050) 35 0,02 1,00-1,11 2176 > Si-Gehaltes
6 DO 0,03 0,024 DO 1,4 0,20 0,082 36 Angegebene Mengen 1,04-1,11 2196
7 DO DO 0,027 0,5 1,5 0 0,13 *) 1,00-1,07 1909
8 A-4 DO 0,052 DO 1,6 0,05 0,17 1,09 2284
9 DO DO 0,048 DO 4,6 0,10 (0,042) ") 1.07 2326
10 DO 0,03 0,030 DO 4,1 0,20 0,084 1,07 2183
11 DO DO 0,037 2,0 4,6 0 0,13 1,08 2077
12 A-5 DO 0,030 DO 3,8 0,05 0,19 1,05 2282 (Volt) (Ah/kg)
13 DO DO 0,075 DO 0,63 0,10 (0,042) 1,09 2390 1,06 1673
14 DO 0,03 0,054 DO 0,45 0,20 0,09 In 2470 1,06 1717
15 DO DO 0,047 5,0 0,44 0 0,12 1454 1,08 2538
16 A-6 DO 0,060 DO 0,50 0,05 0,13 1841 1,09 2558
17 DO DO 0,036 DO 1,1 0,10 (0,046) 1927
18 DO 0,06 0,050 DO 1.1 0,20 0,076 2260
19 DO DO 0,070 0,5 0 0,12 1176
20 A-7 DO 0,074 DO U 0,05 0,15 1852
21 DO DO 0,040 DO 2£ 0,10 (0,034) 1523 von 0,05%, welcher
22 DO 0,06 0,064 DO 3,4 0,20 0,062 ,14 2147
23 DO DO 0,090 2,0 3,6 0 0,065 ,14 1154 gemessen unter Verwendung einer gesättigten Kalomel-Bezugselektrode.
24 A-8 DO 0,080 DO 3,1 0,05 0,15 ,14 1913
25 DO DO DO nicht bemerkenswert da Probe passiviert 0,10 (0,040) ,12 1695
26 DO 0,06 DO 0,20 0,072 13 1389 der folgenden Tabelle III enthielt das
27 DO DO 5,0 0 0,10 ,11 Verunreinigungen 0,16%
28 •ί NS. bedeutet DO DO 0,05 0,15 ,13
29 DO DO 0,10 (0,025) 1,11
30 DO 0,20 0,078 1,09 Daten sind in
31 0,11 1,07 Tabelle II wiedergegeben. Das Ausgangsaluminium war
32 0,16 1,07 ein handelsübliches Al
1,05 993%.
··) Analysen in runden Klammern stammen aus der Analyse des Ausgangs-Al-Metalls.
Die
fließende Seewasserumgebung war. Die
Vers.-Bedingung
Zeit
unters.
(Tage)
392
396
392
396
Ausnahme de:
der Verunreinigungen. Das Aluminium mit einer Reinheit von 99,9% enthielt als natürliche Verunreinigungen 0,03% Fe, 0,04% Si, < 50 ppm Cu und weniger als 200 ppm anderer natürlicher Verunreinigungen. Die
Mengen an In, Zn und Si sind die zugegebene »Ziel«-Mengen. Die Legierungen wurden im wesentl chen in Übereinstimmung mit dem für Beispiel 1—3 beschriebenen Verfahren zubereitet und untersucht.
Tabelle III Zusätze % Zn %Si Poten Strom
Beisp. Al 5,0 0 tial belast
Nr. % Rein 5,0 0,05 barkeit
heit % In 5,0 0,10 (Volt) (Ah/kg)
0,03 5,0 0 1,09 2196
37 -99,7 0,03 5,0 0,05 1,08 2207
38 DO 0,03 5,0 0,10 1,09 2240
39 DO 0,02 5,0 0 1,09 2472
40 -99,9 0,02 5,0 0,05 1,09 2516
41 DO 0,02 5,0 0,10 1,09 2527
42 DO 0,03 1,09 2218
43 DO 0,03 1,10 2461
44 DO 0,03 1,10 2472
45 DO

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode zum kathodischen Schutz von eisenhaltigen Werkstücken, wobei die Aluminiumlegierung ein handelsübliches Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,8 bis 993% umfaßt, das als natürlich vorkommende Verunreinigungen 0,02 bis 0,08% Silicium, 0,02 bis 0,1% Eisen, weniger als 150 ppm Kupfer und Spuren anderer natürlich vorkommender Verunreinigungen, zugesetztes Indium in dem Bereich von 0,01 bis 0,06 und zugegebenes Zink in dem Bereich von 0,5 bis 15,0% enthält, wobei alle Prozente als Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Legierung bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich 0,03 bis 0,4% Silicium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, enthält, wobei die Gesamtmenge an Silicium wenigstens 0,07% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung beträgt
2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei die Menge an zugegebenem Indium in dem Bereich von 0,01 bis 0,03% und die Menge an zugesetztem Zink in dem Bereich von 1,0 bis 8,0% liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an zugesetztem Silicium in dem Bereich von 0,05 bis 0,15% liegt
3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei die Menge an zugegebenem Indium in dem Bereich von 0,01 bis 0,02% und die Menge an zugegebenem Zink in dem Bereich von 2,0 bis 6,0% liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an zugegebenem Silicium in dem Bereich von 0,08 bis 0,13% liegt und daß das Aluminiumnietall als natürlich vorkommende Verunreinigungen nicht mehr als 0,08% Eisen, nicht mehr als 0,05% Silicium, nicht mehr als 0,01% Kupfer und andere geringere natürlich vorkommenden Verunreinigungen enthält
DE2555876A 1974-12-23 1975-12-11 Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode Expired DE2555876C3 (de)

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