[0001] Die Erfindung betrifft eine Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf
Basis einer Zink und Indium enthaltenen Aluminiumlegierung.
[0002] Galvanische Opferonoden aus Aluminiumlegierungen werden in zunehmendem Maße für den
kathodischen Korrosionsschutz von Bauteilen aus Eisenwerkstoffen, die der Korrosion
durch wäßrige, insbesondere wäßrige solzholtige Medien ausgesetzt sind, verwendet.
Mit solchen Anoden werden beispielsweise Rohrleitungen, Schiffsrümpfe, Ballasttanks,
Bohroestelle oder Stahlbauten, insbesondere Offshore-Anlogen, geschützt.
[0003] 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 Strominholt 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 Treibsponnung genügend groß sein muß.
Ist sie jedoch zu groß, so wird eine eventuelle Beschichtung ohne Verbesserung des
kathodischen Schutzes erheblich geschädigt, unter Umstönden sogar der zu schützende
Werkstoff in Mitleidenschaft gezogen.
[0004] Es ist bekannt, daß reines Aluminium nicht als Werkstoff für Opferanoden in wäßrigem
Medium eingesetzt werden kann, weil es sich also 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 "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 DE-AS 14 58 312 ist eine als galvanische Anode verwendete Aluminiumlegierung
bekannt aus 3,5 bis 9,o % Zink,
0,
008 bis o,o5 % Indium,Rest Aluminium.
[0005] 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 galvanische Opferanode enthält o,5 bis 15 Gew.% Zink, o,o1 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 o,1 Gew. % Eisen und weniger als 15o ppm Kupfer.
Silicium als Legierungselement ist insofern eine sehr kritische Komponente, als bei
höheren Gehalten (≧ 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. 2.5oo Ah . kg
-1 vermindert wird. Normalerweise wird heute von galvanischen Anoden auf Basis Aluminium
eine nutzbare Stromausbeute von mindestens 2.400 Ah . kg-
1 verlangt.
[0006] Schließlich sind auch ternäre Aluminium-Zinn-Zink-Legierungen bekonnt, die als Verunreinigungen
u.a. bis o,1 % Mangan und bis o,o1 % Titan enthalten (DE-AS 12 43 884, 12 84 631).
[0007] 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 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:

[0008] Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9 % Al.
[0009] Mittels der erfindungsgemäßen Zusätze von Mongan und Titan werden die Eigenschaften
der Opferanode deutlich verbessert, d.h. es wird die Stromausbeute betröchtlich erhöht.
[0010] Eine bevorzugte Ausführungsform für die erfindungsgemäße galvanische Anode besitzt
folgende Zusammensetzung der Aluminiumlegierung:

[0011] Rest Aluminium der Reinheit 99,85 bis 99,9 % Al.
[0012] In den als Opferanoden verwendeten erfindungsgemäß 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. % sollte daher keinesfalls überschritten werden.
[0013] 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.
[0014] Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.
[0015] Es wurden Anoden aus Aluminiumlegierungen folgender Zusammensetzungen hergestellt:
[0016] Aluminiumlegierung 1 (Stand der Technik)

Rest Aluminium vom Reinheitsgrod 99,8 bis 99,9 % Al.
[0017] Aluminiumlegierung 2 (gemäß Erfindung)

fs 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

1. Opferanode für den kathodischen Korrosionsschutz auf Basis einer Zink 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 % 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.