EP0119640B1 - Galvanische Opferanode auf Aluminiumlegierungsbasis - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Zink und Indium enthaltenden Aluminiumlegierung.
• Galvanische Opferanoden aus Aluminiumlegierungen werden in zunehmendem Masse für den kathodischen Korrosionsschutz von Bauteilen aus Eisenwerkstoffen, die der Korrosion durch wässrige, insbesondere wässrige salzhaltige Medien ausgesetzt sind, verwendet. Mit solchen Anoden werden beispielsweise Rohrleitungen, Schiffsrümpfe, Ballasttanks, Bohrgestelle oder Stahlbauten, insbesondere Offshore-Anlagen, geschützt.
• Die Opferanoden müssen sich dem zu schützenden Bauteil in jeder Gestalt und Grösse anpassen und diesem gegenüber anodisch verhalten. Sie liegen bevorzugt als Gussteil vor und werden beispielsweise mittels eines eingebetteten Metallkerns elektrisch leitend mit dem zu schützenden Eisenwerkstoff verbunden. Da der Ersatz verbrauchter Anoden nur mit hohem Kostenaufwand in den Schutzsystemen vorgenommen werden kann, ist eine lange Lebensdauer bei angemessener Stromabgabe für den kathodischen Schutz erwünscht. Der Strominhalt wird durch die Amperestunden ausgedrückt, die dem zu schützenden Objekt pro kg verzehrten Anodenmetalls zugeführt werden, wobeizur Aufrechterhaltung eines Stromflusses zwischen Anode und Kathode die Treibspannung genügend gross sein muss. Ist sie jedoch zu gross, so wird eine eventuelle Beschichtung ohne Verbesserung des kathodischen Schutzes erheblich geschädigt, unter Umständen sogar der zu schützende Werkstoff in Mitleidenschaft gezogen.
• Es ist bekannt, dass reines Aluminium nicht als Werkstoff für Opferanoden in wässrigem Medium eingesetzt werden kann, weil es sich alsbald mit einer etwa 200 Ä dicken oxidischen Schicht bedeckt, welche den Stromdurchgang verhindert und die Anode passiviert. Um die Ausbildung einer solchen zusammenhängenden Deckschicht zu vermeiden, müssen dem Aluminium aktivierende Legierungsbestandteile wie Zink oder Magnesium zugesetzt werden. Darüber hinaus werden zusätzlich noch bestimmte Metalle als sogenannte «Gitterdehner» zulegiert, welche die Aktivität der Anode langzeitig aufrechterhalten sollen. In der Vergangenheit hat man als Gitterdehner vorwiegend Quecksilber und Cadmium dem Aluminium zulegiert, um Anoden ausreichender Effektivität herstellen zu können. Aus Gründen des Umweltschutzes sind aber diese Legierungsmetalle heute praktisch kaum noch im Gebrauch. Man ist daher dazu übergegangen, Metalle aus der Gruppe Gallium, Indium, Thallium als Gitterdehner dem Aluminium zuzulegieren, insbesondere Indium. Derartige bekannte Aluminiumlegierungen für Anoden enthalten Zink und Indium neben Verunreinigungen wie Kupfer, Eisen und Silicium, welche Verunreinigungen im allgemeinen den Herstellungsbedingungen des Aluminiums entstammen. Es ist selbstverständlich, dass die Gehalte an schädlichen Verunreinigungen je nach Legierung in unterschiedlichen, aber engen Grenzen gehalten werden müssen. Aus der DE-AS 1 458 312 ist eine als galvanische Anode verwendete Aluminiumlegierung bekannt aus 3,5 bis 9,0% Zink, 0,008 bis 0,05% Indium, Rest Aluminium.
• Alle Verunreinigungen in dieser Aluminiumlegierung, wie Eisen, Silicium und Kupfer, sollen insgesamt 0,5% nicht überschreiten. Die aus DE-AS 2 555 876 bekannte Aluminiumlegierung für eine galvanische Opferanode enthält 0,5 bis 15 Gew.-% Zink, 0,01 bis 0,06 Gew.-% Indium und 0,03 bis 0,4% Gew.-% Silicium, Rest Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,8 bis 99,9%. Dabei enthält das Aluminium als natürlich vorkommende Verunreinigungen 0,02 bis 0,08 Gew.-% Silicium, 0,02 bis 0,1 Gew.-% Eisen und weniger als 150 ppm Kupfer. Silicium als Legierungselement ist insofern eine sehr kritische Komponente, als bei höheren Gehalten ( ä 0,4 Gew.-%) die elektrochemischen Eigenschaften der Anode drastisch verschlechtert werden können. Legierungen der vorbekannten Art haben theoretische Strominhalte bis zu etwa 2,995 Ah - kg-¹. In der Praxis werden aber diese Werte bei weitem nicht erreicht, weil durch die Aktivierung ein gewisser «Eigenverzehr» der Anoden eintritt, wodurch die praktisch verwertbare Stromausbeute auf ca. 2.500 Ah - kg-1 vermindert wird. Normalerweise wird heute von galvanischen Anoden auf Basis Aluminium eine nutzbare Stromausbeute von mindestens 2.400 kg-¹ verlangt.
• Schliesslich sind auch ternäre Aluminium-Zinn-Zink-Legierungen bekannt, die als Verunreinigungen u.a. bis 0,1 % Mangan und bis 0,01 % Titan enthalten (DE-AS 1 284 631).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Opferanode bereitzustellen, die bei guten mechanischen Eigenschaften eine lange Gebrauchsdauer bei hohem elektrochemischem Wirkungsgrad aufweist. Ausgehend von einer galvanischen Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Aluminiumlegierung der eingangs genannten Art, wird die Aufgabe gemäss der Erfindung gelöst mit einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung:

  

  Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9% Al.
• Mittels der erfindungsgemässen Zusätze von Mangan und Titan werden die Eigenschaften der Opferanode deutlich verbessert, d.h. es wird die Stromausbeute beträchtlich erhöht.
• Eine bevorzugte Ausführungsform für die erfindungsgemässe galvanische Anode besitzt folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung:

  

  Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9% Al.
• In den als Opferanoden verwendeten erfindungsgemäss zusammengesetzten Aluminiumlegierungen betragen zweckmässig die unerwünschten Verunreinigungen an Kupfer nicht mehr als 0,02 Gew.-% und an Eisen und Silicium zusammen nicht mehr als 0,1 Gew.-%. Eine Verunreinigungsmenge von 0,12 Gew.-% sollte daher keinesfalls überschritten werden.
• Die Vorteile der erfindungsgemässen Opferanode sind darin zu sehen, dass eine verbesserte Stromausbeute bei gleichmässiger, narbenarmer Abtragung der Anode erreicht und ferner eine Anodenlegierung ohne umweltfeindliche Legierungsbestandteile bereitgestellt wird.
• Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.
• Es wurden Anoden aus Aluminiumlegierungen folgender Zusammensetzungen hergestellt:
• Aluminiumlegierung 1 (Stand der Technik)
  
  Rest Aluminium vom Reinheitsgrad 99,8 bis 99,9% AI.
• Aluminiumlegierung 2 (gemäss Erfindung)
  
• Es wurde eine Messanordnung verwendet, die im wesentlichen der von Robinson beschriebenen und von Det Norske Veritas verbesserten entspricht. In der nachfolgenden Tabelle ist das Arbeitspotential der Legierung gegen die gesättigte Kalomel-Bezugselektrode die nutzbare Stromausbeute in Amperestunden/kg Anodengewicht angegeben.

  

Claims (3)

1. Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Zinkk und Indium sowie übliche herstellungsbedingte Verunreinigungen enthaltenden Aluminiumlegierung, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung:

Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9% Al.

2. Galvanische Opferanode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung:

Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9% AI.

3. Galvanische Opferanode nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigung an Kupfer nicht mehr als 0,02 Gew.-% und an Eisen und Silicium zusammen nicht mehr als 0,1 Gew.-% beträgt.