DE2903676C2

DE2903676C2 - Galliumhaltige Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2903676C2
Application number: DE19792903676
Authority: DE
Inventors: Jurij Dmitrievi&ccaron; Dunaev; geb. Nigmetova Svetlana Ermekovna Ko&scaron;irova; Leonid Fomi&ccaron; Kozin; Evgenij Georgievi&ccaron; Lukin; Ergali Ospanov; Rau&scaron;an Gaisovna Sarmurzina; Irina Fedorovna Alma-Ata Silukova
Original assignee: ALMA-ATINSKIJ INSTITUT ZELEZNODOROZNOGO TRANSPORTA ALMA-ATA SU; INSTITUT ORGANICESKOGO KATALIZA I ELEKTROCHIMII AKADEMII NAUK KAZACHSKOJ SSR
Current assignee: ALMA-ATINSKIJ INSTITUT ZELEZNODOROZNOGO TRANSPORTA ALMA-ATA SU; INSTITUT ORGANICESKOGO KATALIZA I ELEKTROCHIMII AKADEMII NAUK KAZACHSKOJ SSR
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE2903676A1

Description

besteht.

Die Erfindung beziehtsich auf galliumhaltige Aluminiumlegierungen, die zum elektrochemischen Korrosionsschutz von Gegenständen, Konstruktionen und Bauwerken aus Eisen und Stahl bestimmt sind, die im Laufe des Betriebes mit wäßrigen Medien verschiedener Zusammensetzung in Kontakt stehen oder im Boden vorhanden sind.

Es sind Magnesiumlegierungen (90% und darüber) bekannt, die Zink und Aluminium (Rest bis zur Auffüllung auf 100%) enthalten und als Schutz dienen (siehe »Die physikalisch-chemische Mechanik von Werkstoffen«, 1973, Nr. 6, S. 76-79, in Russisch).

Die erwähnten Legierungen für Schutzzwecke weisen eine niedrige Stromausbeule (etwa 1000 bis 1200 Ah/ kg) auf, was 50 bis 60% der Theorie beträgt, und gewährleisten den stabilen Korrosionsschutz von Eisen und Stahl wegen der Bildung einer Oberflächenoxidschicht nicht, was die Passivierung der Legierungen und die Verminderung der Schutzstromstärke hervorruft.

Bekannt ist ebenfalls eine Aluminiumlegierung, die 0,005 bis 0,03% Gallium enthält (siehe »Boshoku Gujutsu«).

Die dort angegebene Legierung ist nur in Wasser mit hohem Salzgehalt, z. B. in Meerwasser, wirksam und sichert den Eisen- und Stahlschutz bei der Berührung mit Trink- und Bodenwasser, enthaltend eine geringe Salzmenge (bis 10 mg/1), nicht.

Es ist ferner eine Aluminiumlegierung für Schutzzwecke bekannt, die aus 0,005 bis 0,05% Gallium, 0,02 bis 2% Wismut, 0,005 bis 0,5% Indium, alles übrige Aluminium, besteht (siehe die US-PS 38 78 081).

Die bekannte Legierung besitzt ungenügende elektrochemische Eigenschaften (die Stromdichte im Wasser mit spezifischem Widerstand von 5000 Ohm/cm beträgt 1,0 mA/dm² und in der gesättigten Lösung von Calciumsulfat 5 mA/dm²). Die Legierung enthält außerdem rare, kostspielige Metalle (Indium, Wismut).

Aus der DE-AS 15 33 343 ist eine Aluminiumlegierung bekannt, die 0,04 bis 0,5%Zinn, 0,001 bisO,l%Bor, sowie zusätzlich 0,001 bis 8% eines oder mehrerer der folgenden Elemente, und zwar beispielsweise 0,001 bis 7% Magnesium und/oder 0,005 bis 1% Gallium enthält. Diese bekannte Aluminiumlegierung unterscheidet sich von der erfindungsgemäßen dadurch, daß zwingend Zinn und Bor vorhanden sein müssen, die bei der erfindungsgemäßen Legierung fehlen.

Der hohe galvanische Strom und der hohe Wirkungsgrad der bekannten Legierung ist ausschließlich auf das Zusammenwirken von Sn und B zurückzuführen.

Die bekannte Legierung kann außer Zinn und Bor noch folgende Elemente enthalten: Wismut, Titan, Zirkonium, Indium, Magnesium und Gallium, wobei die letzteren drei lediglich als für die Stabilisierung des in fester Lösung befindlichen Sn erforderliche Gittererweiterer angesehen werden. Nur ein derartig stabilisiertes Sn ermöglicht die Gewinnung von maximalen Strömen aus der Legierung.
Der Erfindung wurde also die Aufgabe zugrundegelegt, solch eine Aluminiumlegierung zu entwickeln, die gute elektrochemische Eigenschaften besitzt, den wirksamen Korrosionsschutz von Eisen- und Stahlwerkstoffen in verschiedensten wäßrigen Medien sichert und hauptsächlich zugängliche, leicht beschaffbare

ίο Komponenten enthält.

Diese Aufgabe wird, wie aus dem vorstehenden Anspruch ersichtlich, gelöst.

Erfindungsgemäß werden Gallium und Magnesium der Legierung auf Al-Basis ausschließlich zur Verlei-

!S hung neuer elektrochemischer Eigenschaften zugesetzt, wobei die optimalen Ergebnisse (Strom, Potential, Wirkungsgrad sowie Verringerung der Korrosionsgeschwindigkeit des Stahls) nur bei -5.Ä:ichzeitiger Anwesenheit von Magnesium und Gallium erzielt werden können. Diese Behauptung läßt sich durch Beispiele aus Tabelle 1 sowie durch die zusätzlichen nachgebrachten Versuchsangaben in Tabelle 2 und 3 untermauern.
Die angeführten Beispiele zeigen deutlich, daß die größte Wirkung bei gleichzeitigem Zusatz von Magnesium und Gallium zur Legierung erzielt wird.

Völlig überraschend ist, wenn man von der DE-PS 15 33 343 ausgeht, wonach der hohe Wirkungsgrad (bis 84%) ausschließlich den Sn- und B-Zusätzen zugeschrieben wird, die Steigerung des Wirkungsgrades auf 92% bei der erfindungsgemäßen Schutzlegierung (1% Ga, 1% Mg, Rest Aluminium).

Die Erzielung einer so hohen Stromausbeute läßt sich erfindungsgemäß einerseits durch den Ausschluß von Sn und B aus der Legierungszusammensetzung erklären, andererseits jedoch durch die gleichzeitige Wirkung des Zusatzes von Magnesium und Gallium.

Die bekannte Legierung dient als Schutz bei Arbeiten in Meerwasser und anderen Elektrolyten. Die erfindungsgemäße Legierung hat je nach der Mg- und Ga-Konzentration ein Potential in Süßwasser von bis zu — 1,460 V (ges. KE) und einen hohen Korrosionsschutzgrad bei Stahl (Tab. 1, Bsp. 10). Eine derartige Schutzlegierung kann daher nicht nur bei Verwendung von Meerwasser, sondern auch in Heizwassersystemen, Wasserleitungen und in anderen Fällen, wo Stahl mit Süßwasser in Berührung kommt, eingesetzt werden.

Die Legierung besteht hauptsächlich aus zugänglichen, leicht beschaffbaren Komponenten, sichert den

so wirksamen Korrosionsschutz von Eisen und Stahl bei Berührung mit wäßrigen Salzlösungen verschiedener konzentration (von 10 mg/1 bis gesättigte Lösung) beispielsweise mit destilliertem Wasser, Fluß-Bodenwasser (Grundwasser) und Meerwasser. Dadurch läßt sich die erfindungsgemäße Legierung zum Korrosionsschutz von Tiefbauanlagen, Hochsee- und Flußschiffskörpern, Einrichtungen von Seeölfeldern, Dampf- und Heißwasserkesseln, verschiedenen technologischen Ausrüstungen sowie Außen- und Innenflächen der Wasserleitungen im Trinkwasser-, Warmwasser- und Beiriebswasservefsofgungssystem verwendet.

Die Legierung besitzt gute elektrochemische Eigenschaften: die Dichte des abgenommenen Stroms im Naturwasser mit gesamtem Salzgehalt von 100 bis 200 mg/1 beträgt 2 mA/dm² und in dem gesättigten Calciumsulfat 10 mA/cm².

Die elektrochemische Aktivität der erfindungsgemäßen Legierung wird zum Unterschied von den anderen

Legierungen auf der Basis von Magnesium und Zink nach der quantitativen Zusammensetzung der Legierung je nach den Eigenschaften des Mediums (Salzgehalt, pH-Wert usw.) geregelt

Man stellt die erfindungsgemäße Legierung wie folgt her. In einem Tiegel oder einer beliebigen Schmelzeinrichtung wird die notwendige Aluminiummenge geschmolzen. In die Schmelze führt man unter Vermeidung der Oxydation der Komponenten, insbesondere von Magnesium, die notwendigen (i^e nach den Eigenschaften des wäßrigen Mediums) Mengen von Gallium und Magnesium ein. Aus der hergestellten Legierung werden Schutzeinrichtungen von erforderlicher Form bzw. erforderlichem Gewicht abgegossen.

Zwecks Untersuchung der Schutzeigenschaften wurden aus der erfindungsgemäßen Legierung auf der Basis von Aluminium Schutzeinrichtungen in Form von Stäben gefertigt, deren Durchmesser d 4 bis 5 mm und Oberfläche S 10 cm² betragen. Jede der genannten Schutzeinrichtungen wurde mit Hilfe von Federkontakten mit einem Suhistab verbunden, dessen Durchmesser d 4 mm und Oberfläche S Io cm² gleich sind. Die so gebildeten Paare brachte man in Bechergläser von 200 ml Fassungsvermögen mit verschiedenen wäßrigen Medien ein. Die Lösungen in den Bechergläsem wurden nach Verlauf von 24 h gewechselt Der Abstand zwischen Stahlstab und Schutzeinrick Jung betrug 5 cm, die Temperatur der Lösungen 20° C.

Die Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl (mg/cm² ■ 24 Stunden) in Trinkwasser (Trockensubstanz etwa 150 mg/1) wurde kolorimetrisch nach der Menge des oxydierten Eisens vFe⁺⁺), übergegangen in Wasser, ermittelt

Zwecks Vergleichs wurden die Schutzeigenschaften von erfindungsgemäßen Alumir.iumMgierungen mit Gallium und Magnesium und Aluminium-Magnesium-Legierungen in Trinkwasser (Trockensubstanz etwa 150 mg/1) sowie die Korrosion der Stahlkörper ohne Schutzeinrichtungen geprüft. Die Prüfergebnisse zeigt die Tabelle 1.

Tabelle 1 Zusammensetzung der Legierung Zusammensetzung der Legierung

10

20

Ohne Schutzeinrichtung
0,1% Mg, Al alles übrige
1,0% Mg, Al alles übrige
0,1% Ga, Al alles übrige

Tabelle 4

0,26 0,25 0,21

0,25 0,23 0,21

0,22 0,24 0.22

0,24 0,22 0,20

411

Korrosionsgeschwindigkeit
von Stahl,

mg/cm² ■ 24 Stunden Versuchsdauer, Tage Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl,

mg/cm² · 24 Stunden Versuchsdauer, Tage

10

20

0,25% Ga, Al alles übrige 1,0% Ga, Al alles übrige 0,1% Ga, 0,1% Mg, Al alles übrige

0,1% Ga, 0,5% Mg, Al alles übrige

0,1% Ga, 1,0% Mg, Al alles übrige

1,0% Ga, 1,0% Mg, Al alles übrige

0,12 0,12

0,10 0,10 0,lÜ

0,14

0,12 0,10 0,004 0,006 0,000

Tabelle 2 Abhängigkeit der Anodenstromdichte (mA/dm²) des Schutzes vom Gallium- und Magnesiumgehalt der

Legierung

(künstliches Meerwasser, t= 15° C)

Zusammensetzung der Legierung

Stromstärke, mA/dm²

0,1% Mg, Rest ist Aluminium 1,0% Mg, Rest ist Aluminium 0,1% Ga, Rest ist Aluminium 1,0% Ga, Rest ist Aluminium

5,0 3,6

10

90

y, 1,0% Ga, 1% Mg, Rest ist Aluminium

Tabelle 3

Abhängigkeit des Potentials V (ges. KE) der Schutzlegiening von Gallium- und Magnesiumgehalt der Legie-■ rung
(künstliches Meerwasser, t = 20° C)

Zusammensetzung der Legierung

V (gew. KE)⁺

0,1% Mg, Rest ist Aluminium - 0,730

1,0% Mg, Rest ist Aluminium -0,760

0,1% Ga, Rest ist Aluminium - 0,900

1,0% Ga, Rest ist Aluminium - 1,250

1,0% Ga, 1,0% Mg, Ren ist Aluminium - 1,400 ⁺ V (ges. KE) = gesättigte Kalomelektrode in Volt.

Die Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl (mg/cm² ■ 24 Stunden) in Salzlösungen wurde gravimetrisch unter Berücksichtigung der Gesamtmenge des oxydierten Eisens (siehe Tabelle 4) bestimmt.

Konzentration von Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl, NaCI in Wasser mg/1 mg/cm² ■ 24 Stunden

Zusammensetzung der Legierung, Oew.-%

6000

1000

10

ohne Schutzeinrichtung

0,42
0,35
0.28

Oa 0,005
Mg 1,000
Al alles übrige

0,04
0,05 Oa 0,010
Mg 1,000
Al alles übrige

Oa 3.5 Mg 1.0 Al alles übrige

0,05

Versuchsdauer, Tage

30 30 40

Wie aus den dargestellten Angaben zu ersehen ist (siehe Tabelle I bis 4), sichert die erfindungsgemSße Legierung den wirksamen Schutz von Eisen und Stahl in einem weiteren Bereich der Zusammensetzung der wäßrigen Medien und besitzt bessere elektrochemische Eigenschaften gegenüber den bekannten Legierungen

auf der Basis von Aluminium.

Die folgenden nachgebrachten Versuchsergebnisse in Tabelle 5 zeigen, daß der Zusatz von Zinn und Bor in kleinen Mengen zu gallium- und magnesiumhaltsgen Aluminiumlegierungen deren elektrochemische Eigenschaften verschlechtert.

Tabelle 5

Wirkung eines Bor- und Zinnzusatzes auf die elektrochemischen Eigenschaften und Korrosionsschutzeigenschaften

der Legierungen

fei I	Synthetisches Meerwasser, 7,5 g/l NaCI, 2 g/l Na₂So₄, 0,5 g/l K₂SO₄	Mg	Sn	B	Al	Potential V/ges. KE	Dichte des Anodenstroms mA/dm²	Geschwindigkeit der Stahlkorrosion mg/cm² pro Tag
I	Gehalt an Legierungszusätj-en in Gew.-%	1,0	0	0	Rest
	Ga	0,5	0	0	Rest
I V/i	1. 1,0	1,0	0,01	0,01	Rest	-U	150	0,000
fs	2. 0,5	0,5	0,05	0,05	Rest	- 1,28	90	0 005
I i	3. 1,0					- 1,15	90	0,008
I	4. 0,5				-1,12	15	0,120

Claims

Patentanspruch:

Galliumhaltige Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

0,005 bis 3,5% Gallium,
0,1 bis 1,0% Magnesium
und Aluminium als Rest