GALVANIC SACRIFICIAL ANODE BASED ON AN ALUMINIUM ALLOY

Abstract: 1. A sacrificial anode for cathodic protection, comprising an aluminium alloy, which contains zinc, indium, and usual impurities which are due to the manufacture, characterized by the composition : 2.0 to 5.0 wt. % zinc 0.01 to 0.05 wt. % indium 0.01 to 0.05 wt. % titanium 0.15 to 0.5 wt. % manganese balance aluminium having a purity of 99.85 to 99.9 % Al.

Description: Galvonische¯Op¯er¯node auf Aluminiumiegie2gsbasis Die Erfindung betrifft eine Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Zink und Indium entholtenen Aluminiumlegierung. Golvonische Opferonoden aus Aluminiumlegierungen werden in zu nehmendcm osse für den kathodischen Korrosionsschutz von Bauteilen ous Eisenwerkstoffen, die der Korrosion durch wässrige, insbesondere wässrige solzholtige Medieçn ausgesetzt sind, verwendet. Mit solchen Anoden werden beispielsweise Rohrleitungen, Schiffsrümpfe, Ballcsttons, Bohrgestelle oder Stahlbauten, insbesondere Offshore-Anlogen, geschützt. Die Opferonoden müssen sich dem zu schützenden Bauteil in jeder Gestolt 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 angernessener Stromobgobe für den kothodischen Schutz erwünscht. Der Strominhalt wird durch die Amperestunden ausgedrückt, die dem zu schützenden Objekt pro kg verzehrten Anodenmetalls zugeführt werden, wobei zur 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 Umstanden 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 als 0 bald mit einer etwa 200 A 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 "Gitserdehner" zulegiert, welche die Aktivität der Anode langzeitig aufrechterhalten sollen. In der Vergongenheit hat mon als Gitterdehner vorwiegend Quecksilber und Cadmium dem Aluminium zulegiert, um Anoden ausreichender Effektivitat 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, ober engen Grenzen gehalten werden müssen. Aus DE-AS 14 58 312 ist eine als galvanische Anode verwendete Aluminiumlegierung bekannt aus 3,5 bis 9,0 9¯ Zink, o,oo8 bis a,o5 % Indium,Rest Aluminium. Alle Verunreinigungen in dieser Aluminiumlegierung, wie Eisen, Silicium und Kupfer, sollen insgesamt o,5 % nicht überschreiten. Die aus DE-AS 25 55 876 bekannte Aluminiumlegierung für eine golvanische Opferanode enthält o,5 bis 15 Gew B Zink, 0,01 bis o,o6 Gew.% Indium und o,o3 bis o,4 Gew.% Silicium, Rest Aluminium mit einem Reinheitsgrod von 99,8 bis 99,9 . Dabei enthält das Aluminium als natürlich vorkommende Verunreinigungen o,o2 bis o,o8 Gew.% Silicium, o,o2 bis 0,1 Gew. Eisen und weniger als 150 ppm Kupfer. Silicium als Legierungselement ist insofern eine sehr kritische Komponente, als bei höheren Gehalten ( > o,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. k zu-1 In der Praxis werden aber diese Werte bei weitem nicht erreicht, weil durch die Aktivierung ein gewisser "Eioenverzehr" der Anoden eintritt, wodurch die praktisch verwertbare Stromausbeute auf ca. 2.500 Ah kg-1 vermindert wird. Normalerweise wird heute von galvenischen Anoden auf Basis Aluminium eine nutzbare Stromausbeute von mindestens 2.400 Ah 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 entholten (DE-AS 12 43 884, 12 84 631). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Opferanode bereitzustellen, die bei guten mechanischen Eigenschaften eine lange Gebrauchsdouer bei hohem elektrochemischem Wirkungsgrad aufweist. Ausgehend von einer galvanischen Opferonode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Bosis einer Aluminiumlegierung der eingangs genannten Art, wird die Aufgabe gemäss der Erfindung gelöst mit einer Aluminiumleaierung der Zusammensetzung: 2,o bis 5,o Gew. % Zink o,ol bis o,o5 Gew. % Indium o,ol bis o,o5 Gew. % Titan o,15 bis o,5 Gew. % Mangan 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 betröchtlich erhöht. Eine bevorzugte Ausführungsform für die erfindungsgemässe galvanische Anode besitzt folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung: 2,o bis 2,2 Gew. % Zink o,ol -bis 0,02 Gew. B Indium o,oi bis o,o3 Gew. % - Titan o,25 bis o,3 Gew. B Mangan Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9 % Al. In den als Opferonoden verwendeten erfindungsgemöss zusammengesetzten Aluminiumlegierungen betragen zweckmässig die unerwünschten Verunreinigungen an Kupfer nicht mehr als o,o2 Gew. % und an Eisen und Silicium zusammen nicht mehr als o,1 Gew. . Eine Verunreinigungsmenge von o,12 Gew. B 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 nochstehenden Beispiele näher und beispielhoft erläutert. Es wurden Anoden aus Aluminiumlegierungen folgender Zusammensetzungen hergestellt: Aluminiumlegierung 1 (Stand der Technik) 1,5 Gew. % Zink o,o12 Gew. % Indium weniger als 0,001 Gew. % Kupfer o,o63 Gew. % Eisen o,o77 Gew. % Silicium weniger als o,o2 Gew. % sonstige Verunreinigungen Rest Aluminium vom Reinheitsgrod 99,8 bis 99,9 a Al. Aluminiumlegierung 2 (gemöss Erfindung) 2,o Gew. Zink o,oio Gew. % Indium o,o23 Gew. Titan o,27 Gew. % Mangan o,o2 Gew. % Kupfer o,1 Gew. % Eisen und Silicium weniger als o,o3 Gew. % sonstige Verunreinigungen Es wurde eine Messanordnung verwendet, die im wesentlichen der von Robinson beschriebenen und von Det Norske Veritos verbesserten entspricht. In der nochfolgenden Tabelle ist das Arbeitspotential der Legierung gegen die gesättigte Kolomel-Bezugselektrode die nutzbare Stromausbeute in Amperestunden/kg Anodengewicht angegeben Anodenpotential unter Last Nutzbare (50 mA . dm-2) Stromausbeute Legierung Volt Ah .kg 1 1 -0,99 bis -1,10 2.540 2 -1,14 2.675

Claims: PATENTANSPRUCHE 1. Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Zink und Indium sowie übliche herstellungsbedingte Verunreinigungen enthaltenden Aluminiumlegierung gekennzeichnet durch die Zusammensetzung: 2,0 bis 5,0 Gew.% Zink 0,01 bis 0,05 Gew.% Indium 0,01 bis 0,05 Gew,% Titan 0,15 bis 0,5 Gew.% Mangan Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9 %Al. 2. Galvanische Opferanode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung: 2,0 bis 2,2 Gew.% Zink 0,01 bis 0,02 Gew.% Indium 0,01 bis 0,03 Gew.% Titan 0,25 bis 0,3 Gew.% Mangan Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9 % Al. 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.

Inventors: BOHNES, HERMANN, HEINRICH, GERHARD
Applicants: GRILLO-WERKE AG, METALLGESELLSCHAFT AG
Application year: 1984
Main classification: C23F13
IPC codes: C23F13, C22C21