WO1987000558A1 - Dispositif de protection cathodique de pieces metalliques contre la corrosion - Google Patents

Dispositif de protection cathodique de pieces metalliques contre la corrosion Download PDF

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Reinhard Padinger
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions

Definitions

  • the invention relates to a device for cathodic corrosion protection of metal parts, in which, with the aid of at least one electrode and at least one voltage source, a potential difference is generated between the metal parts to be protected and an electrolyte which may be on the metal part, so that at protecting points on the metal surface, a direct current from the electrolyte enters the metal surface, which counteracts the migration of positive metal ions from the metal surface.
  • the metal parts to be protected against corrosion in particular vehicle parts, can simply be connected to the negative pole of a voltage source and the positive pole of this voltage source can be connected to said electrode.
  • the electrode is attached in such a way that it creates an electrically conductive connection to an electrolyte which may be on the surface of the metal parts to be protected (moist dust, salt water, slush and the like), with a direct electrical connection of the electrodes to the metal parts to be protected is avoided by a correspondingly insulating layer (lacquer).
  • an electrolyte which may be on the surface of the metal parts to be protected (moist dust, salt water, slush and the like)
  • lacquer correspondingly insulating layer
  • a direct current flows from the electrolyte into the metal surface, for example at damaged areas of a paint finish, such as can arise, for example, from mechanical effects, in particular from the impact of scattered sand or the like, which has a positive effect on migration ⁇ ver counteracts metal ions from the metal surface and thus causes the so-called "cathodic corrosion protection".
  • the potential of the electrolyte in the vicinity of the point to be protected measured against a Cu / CuSO, electrode, must be at least approximately 0.85 volt more positive than the potential of the protective metal.
  • the device according to the invention of the type mentioned above is characterized in that, in order to protect the surface of metal parts not laid in the ground, for example to protect metal parts of vehicles, the electrode which comes into electrical contact with the electrolyte is linear and / or flat is attached to the metal surface to be protected, extending over wide areas. In this way, the objective stated above can be met well.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a device according to the invention
  • FIGS. 4, 5 and 6 show further exemplary embodiments with a linearly extended electrode, a two-dimensionally extended electrode and a spatially extended electrode.
  • the electrodes used in the previously known devices are designed in such a way that the cathodic protective current essentially enters the electrolyte centrally from the electrodes and spreads along it along essentially central current lines and thereby increases in the vicinity of the electrodes Current densities and thus increased voltage drops occur.
  • FIG. 1 shows the flow field and potential profile in the vicinity of an electrode A which is applied to an extensive surface conductor and is kept small compared to the surface conductor when the counter electrodes are far away.
  • FIGS. 3 and 4 electrodes 1 were used to show that one direction over wide areas of the metal surface are toconce ⁇ in at least extended line by way of, for example, conductive adhesive tapes' or conductive moldings, located so that the flow exiting from them, As illustrated in FIG. 2, it spreads in the vicinity of the electrodes along essentially parallel current lines in the electrolyte and, as a result, there are no increased current densities and therefore no increased voltage drops.
  • FIG. 2 shows the flow field and potential profile in the vicinity of an electrode 1, which is applied to an extensive surface conductor and extends linearly over a wide area of the surface conductor, with counterelectrodes far away. In the vicinity of the electrode 1 (except for the ends of the electrode) there is no increased current density and thus no increased voltage drop.
  • electrodes 9 are used in FIG. 5, which are extended over large areas of the metal surface to be protected, for example conductive coatings, in particular conductive underbody protection or conductive cavity protection, or according to FIG. 6 electrodes 10 which are spatially extended and touch the metal parts to be protected over large areas, for example conductive fillers for cavities in the vehicle body.
  • the device according to the invention has at least one electrode which can be brought into contact with the metal surface to be protected, preferably glued or applied as a coating or introduced into cavities.
  • the electrode is designed in such a way that it can be brought into extensive contact with the metal surface to be protected or with a coating (lacquer) on the metal surface in at least one direction. Electrodes 1 that extend in a linear manner, or electrodes 9 that extend over a surface area or electrodes 10 that are spatially extended are possible.
  • the device also has an electrical connecting line 4, with which the electrode can be connected to the positive pole of a voltage source 2.
  • the electrode is preferably made of a material which does not contain any ions at the interface with the electrolyte 3.
  • has conductivity for example made of graphite or a graphitized carrier material, for example graphitized rubber, so that they are not degraded by the current like the known so-called “sacrificial anodes", or they are made, for example, of metal and surrounded by such a non-ion-conductive material .
  • the electrodes can preferably be designed as flexible, easily cut-to-length adhesive tapes, which can be attached to the surface of vehicles in a simple manner, whereby they can adapt to the contours of the vehicle and in this way line up over wide areas of the metal surface to be protected can extend.
  • connection of the electrode to the positive pole of a voltage source takes place, as shown in FIG. 3, by a preferably insulated connecting line 4, which can be connected at one end to the positive pole of a voltage source 2 and can be connected to the electrode at the other end, whereby the connection 5 to the electrode preferably takes place via an already described conductor which has no ionic conductivity at the interface with the electrolyte 3.
  • the device is optionally equipped with a current limiting device 6 known per se, preferably an electrical resistor or an electrical fuse, optionally with a voltage limiting device 7 known per se, preferably a voltage divider, and optionally with an operating display device 8 known per se, preferably a control lamp.
  • a current limiting device 6 known per se, preferably an electrical resistor or an electrical fuse
  • a voltage limiting device 7 known per se, preferably a voltage divider
  • an operating display device 8 known per se, preferably a control lamp.
  • FIG. 3 shows how a device according to the invention can be provided on a vehicle body.
  • FIG. 4 illustrates the attachment of a linearly extended electrode to a vehicle underbody
  • FIG. 5 illustrates the attachment of an areally extended electrode to a vehicle underbody.
  • 6 illustrates the attachment of a spatially extended electrode 10 in a cavity of a vehicle body, e.g. an entry bar 11, the electrode 10 touching the metal parts that delimit the cavity over a large area.

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Description

Vorrichtung zum kathodischen Korrosionsschutz von Metallteilen
Seit Beginn der Salzstreuung auf den Straßen zur Vermei¬ dung von Schnee- und Eisglätte sind die Fahrzeuge einer erheb¬ lichen Korrosionsbelastung ausgesetzt. Durchgerostete Karros¬ serie- und Rahmenteile gefährden die Verkehrs- und Betriebs¬ sicherheit des Fahrzeuges und verkürzen erheblich dessen Nutzungsdauer. Durch entsprechende Anstriche oder Beschichtun¬ gen (Unterbodenschutz, Hohlraumschutz) wird heute versucht, dem Korrosionsvorgang entgegenzuwirken.
Neben den erwähnten "passiven" Korrosionsschutzmaßnahmen gibt es jedoch noch die Möglichkeit des "aktiven" Korrosions¬ schutzes durch einen der Korrosion entgegenwirkenden Gleichstrom.
Diese Methode, bekannt unter dem Namen "Kathodischer Korrosionsschutz" wird bei stationären Anlagen (Stahlbehälter, Stahlrohrleitungen etc.) sowie auch bei Fahrzeugen bereits seit längerem angewendet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum katho¬ dischen Korrosionsschutz von Metallteilen, bei der mit Hilfe zu¬ mindest einer Elektrode und zumindest einer Spannungsquelle eine Potentialdifferenz zwischen den zu schützenden Metallteilen und einem allenfalls am Metallteil befindlichen Elektrolyten er¬ zeugt wird, sodaß an zu schützenden Stellen der Metalloberfläche ein Gleichstrom vom Elektrolyten in die Metalloberfläche ein¬ tritt, welcher dem Abwandern positiver Metallionen von der Me¬ talloberfläche entgegenwirkt. Bei einer solchen Vorrichtung kann man die vor Korrosion zu schützenden Metallteile, insbesondere Fahrzeugteile, einfach an den negativen Pol einer Spannungsquelle anschließen und den positiven Pol dieser Spannungsquelle mit der genannten Elektrode verbinden. Di Elektrode wird so angebracht, daß sie zu einem gegebenenfalls an der Oberfläche der zu schützen¬ den Metallteile befindlichen Elektrolyten (feuchter Staub, Salz¬ wasser, Schneematsch und dergl.) eine elektrisch leitende Ver¬ bindung herstellt, wobei eine direkte elektrische Verbindung der Elektroden zu den zu schützenden Metallteilen durch eine ent¬ sprechend isolierende Schicht (Lack) jedoch vermieden wird. Mit einer solchen Elektrode kann man so den an der Oberfläche der zu schützenden Metallteile befindlichen Elektrolyten auf posi- tives Potential gegenüber den zu schützenden Metallteilen an¬ heben. Dies hat zur Folge, daß z.B. an schadhaften Stellen ei¬ ner Lackierung, wie sie beispielsweise durch mechanische Ein¬ wirkungen, insbesondere durch das Aufprallen von Streusand oder dergl., entstehen können, ein Gleichstrom vom Elektrolyten in die Metalloberfläche fließt, welcher dem Abwandern positi¬ ver Metallionen von der Metalloberfläche entgegenwirkt und da¬ mit den sogenannten "Kathodischen Korrosionsschutz" bewirkt.
Hiezu ist bekannt, daß für ein Wirksamwerden des katho¬ dischen Korrosionsschutzes das Potential des Elektrolyten in der Umgebung der zu schützenden Stelle, gemessen gegen eine Cu/CuSO,- Elektrode um mindestens ca. 0,85 Volt positiver sein muß als das Potential des zu schützenden Metalls.
Während diese Forderung für Metallteile, die von einem Elektrolyten mit großem elektrischen Strömungsquerschnitt um¬ geben sind (dies gilt insbesondere für erdverlegte Metallteile) relativ leicht erfüllbar ist, besteht bei Metallteilen, die nur mit einer dünnen elektrolytischen Schicht bedeckt sind, das Prob¬ lem, daß das Potential infolge des geringen elektrischen Strömungs¬ querschnittes bzw. des dadurch bedingten hohen elektrischen Wider¬ standes des Elektrolyten mit der Entfernung zur Elektrode sehr rasch abnimmt und bereits in geringer Entfernung von der Elek¬ trode den für ein Wirksamwerden des kathodischen Korrosions¬ schutzes erforderlichen Wert unterschreitet. Zwar könnte eine Vergrößerung des Wirkungsbereiches durch Erhöhung der Spannung der Elektrode erreicht werden, doch ist diese Maßnahme aus Grün¬ den der elektrischen Beeinflussung sowie aus Sicherheitsgründen nur beschränkt durchführbar.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung vorstehend genannter Art zu schaffen, mit der bei verhältnismäßig niedrigen Werten der angewendeten Spannung auch in größeren Entfernungen von der bzw. den Elektrode(n) eine gute Schutzwirkung erzielbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung vorstehend genannter Art ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Oberfläche von nicht im Erdboden verlegten Metallteilen, z.B. zum Schutz von Metallteilen von Fahrzeugen, die mit dem Elektrolyten elektrisch in Verbindung kommende Elektrode linienhaft und/oder flächenhaft über weite Bereiche reichend an der zu schützenden Metallfläche anliegend angebracht ist. Es kann so der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere vorteilhafte Ausbil¬ dungen vorgesehen, deren Merkmale in den Unteransprüchen ange¬ führt sind.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Beispiele, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, weiter er¬ läutert, wobei auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung dargelegt werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Strömungsfeld und Potentialverlauf, wie sie bei bisher eingesetzten Vorrichtungen auftreten,
Fig. 2 Strömungsfeld und Potentialverlauf bei einer er¬ findungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und die
Figuren 4, 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele mit linien¬ haft ausgedehnter Elektrode, flächenhaft ausgedehnter Elektrode und räumlich ausgedehnter Elektrode.
Die bei den bisher bekannten Vorrichtungen eingesetzten Elektroden sind so gestaltet, daß der kathodische Schutzstrom im wesentlichen zentral von den Elektroden ausgehend in den Elek¬ trolyten eintritt und sich in diesem entlang im wesentlichen zen¬ trisch verlaufender Stromlinien ausbreitet und dadurch in der Umgebung der Elektroden erhöhte Stromdichten und damit erhöhte Spannungabfälle auftreten. Es liegen also Verhältnisse vor, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, welche Strömungsfeld und Poten¬ tialverlauf in der Umgebung einer an einen ausgedehnten Flächen¬ leiter angelegten, gegenüber dem Flächenleiter klein gehaltenen Elektrode A bei weit entfernten Gegenelektroden zeigt. Infolge der erhöhten Stromdichte in der Umgebung der Elektrode nimmt das Potential des Flächenleiters in der Umgebung der Elektrode A sehr rasch ab.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Auftreten erhöhter Stromdichten und damit erhöhter Spannungsabfälle ver¬ mieden und dadurch der Wirkungsbereich der Elektroden gegenüber herkömmlichen Elektroden wesentlich vergrößert. Es werden hiezu, wie z.B. die Fig. 3 und 4 zeigen, Elektroden 1 eingesetzt, die in zumindest einer Richtung über weite Bereiche der zu schützen¬ den Metalloberfläche linienhaft ausgedehnt sind, beispielsweise leitfähige Klebebänder' oder leitfähige Zierleisten, sodaß sich der Strom, der aus ihnen austritt, wie Fig. 2 verdeutlicht, in der Umgebung der Elektroden entlang im wesentlichen parallel ver¬ laufender Stromlinien im Elektrolyten ausbreitet und dadurch kei¬ ne erhöhten Stromdichten und damit keine erhöhten Spannungsabfäl¬ le auftreten. Fig. 2 zeigt dabei Strömungsfeld und Potentialver¬ lauf in der Umgebung einer an einen ausgedehnten Flächenleiter angelegten, über einen weiten Bereich des Flächenleiters linien¬ haft ausgedehnten Elektrode 1, bei weit entfernten Gegenelektro¬ den. In der Umgebung der Elektrode 1 (die Enden der Elektrode ausgenommen) tritt keine erhöhte Stromdichte und somit kein er¬ höhter Spannungsabfall auf.
In ähnlicher Weise werden in Fig. 5 Elektroden 9 einge¬ setzt, die über weite Bereiche der zu schützenden Metalloberfläche flächenhaft ausgedehnt sind, beispielsweise leitfähige Beschich¬ tungen, insbesondere leitfähiger Unterbodenschutz oder leitfähi¬ ger Hohlraumschutz, oder gemäß Fig. 6 Elektroden 10, die räum¬ lich ausgedehnt sind und die die zu schützenden Metallteile über weite Bereiche flächenhaft berühren, beispielsweise leitfähige Füllstoffe für Hohlräume der Fahrzeugkarosserie.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Elektrode auf, die an der zu schützenden Metalloberfläche in Anlage gebracht, vorzugsweise angeklebt oder als Beschichtung aufgebracht oder in Hohlräume eingebracht werden kann. Die Elek¬ trode ist so ausgebildet, daß sie an die zu schützende Metall¬ oberfläche bzw. an eine auf der Metalloberfläche befindliche Be¬ schichtung (Lack) in zumindest einer Richtung über weite Berei¬ che ausgedehnt in Anlage gebracht werden kann. Es kommen linien¬ haft ausgedehnte Elektroden 1, oder flächenhaft ausgedehnte Elek¬ troden 9 oder räumlich ausgedehnte Elektroden 10 in Frage. Die Vorrichtung weist weiter eine elektrische Anschlußleitung 4 auf, mit welcher die Elektrode an den positiven Pol einer Spannungs¬ quelle 2 angeschlossen werden kann.
Die Elektrode ist vorzugsweise aus einem Material ausge¬ führt, welches an der Grenzfläche zum Elektrolyten 3 keine Ionen- leitfähigkeit aufweist, beispielsweise aus Graphit oder einem graphitierten Trägermaterial, beispielsweise graphitierter Gummi, sodaß sie durch den Strom nicht wie die bekannten sogenannten "Opferanoden" abgebaut werden, oder sie sind beispielsweise me¬ tallisch ausgeführt und von einem derartigen, nicht ionenleit- fähigen Material umgeben.
Die Elektroden können vorzvigsweise als flexible, leicht ablängbare Klebebänder ausgeführt sein, welche auf einfache Weise an der Oberfläche von Fahrzeugen angebracht werden können, wobei sie sich den Konturen des Fahrzeuges anpassen können und sich auf diese Weise über weite Bereiche der zu schützenden Metall¬ oberfläche linienhaft erstrecken können.
Der elektrische Anschluß der Elektrode an den positiven Pol einer Spannungsquelle erfolgt, wie Fig. 3 zeigt, durch eine vorzugsweise isolierte Anschlußleitung 4, welche am einen Ende an den positiven Pol einer Spannungsquelle 2 anschließbar ist und am anderen Ende an die Elektrode anschließbar ist, wobei der Anschluß 5 an die Elektrode vorzugsweise über einen bereits be¬ schriebenen Leiter erfolgt, welcher an der Grenzfläche zum Ele- trolyten 3 keine Ionenleitfähigkeit aufweist.
Die Vorrichtung ist gegebenenfalls mit einer an sich be¬ kannten Strombegrenzungseinrichtung 6, vorzugsweise einem elek¬ trischen Widerstand oder einer elektrischen Sicherung, gegebenen¬ falls mit einer an sich bekannten Spannungsbegrenzungseinrichtung 7, vorzugsweise einem Spannungsteiler, sowie gegebenenfalls mit einer an sich bekannten Betriebsanzeigeeinrichtung 8, vorzugs¬ weise einer Kontrollampe, versehen.
Fig. 3 zeigt, wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen werden kann. Fig. 4 ver¬ deutlicht die Anbringung einer linienhaft ausgedehnten Elektrode an einem Fahrzeugunterboden, und Fig. 5 verdeutlicht die An¬ bringung einer flächenhaft ausgedehnten Elektrode an einem Fahr¬ zeugunterboden. Fig. 6 verdeutlicht die Anbringung einer räum¬ lich ausgedehnten Elektrode 10 in eine'm Hohlraum einer Fahr¬ zeugkarosserie, z.B. einem Einstiegsbalken 11, wobei die Elek¬ trode 10 die Metallteile, die den Hohlraum begrenzen, großflächig berührt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Vorrichtung zumkathodischen Korrosionsschutz von Metall¬ teilen, bei der mit Hilfe zumindest einer Elektrode und zumin¬ dest eine-r Spannungsquelle eine Potentialdifferenz zwischen den zu schützenden Metallteilen und einem allenfalls am Metallteil befindlichen Elektrolyten erzeugt wird, sodaß an zu schützenden Stellen der Metalloberfläche ein Gleichstrom vom Elektrolyten in die Metalloberfläche eintritt, welcher dem Abwandern positi¬ ver Metallionen von der Metalloberfläche entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Oberfläche von nicht im Erd¬ boden verlegten Metallteilen, z.B. zum Schutz von Metallteilen von Fahrzeugen, die mit dem Elektrolyten elektrisch in Verbin¬ dung kommende Elektrode (1, 9, 10) linienhaft und/oder flächen¬ haft über weite Breiche reichend an der zu schützenden Metall¬ fläche anliegend angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem Material, das an der Grenzfläche zum Elek¬ trolyten keine Ionenleitfähigkeit aufweist, beispielsweise aus Graphit oder einem graphitierten Trägermaterial, beispielsweise Gummi, besteht oder von einem solchen Material umgeben ist, sodaß die Elektrode durch den Gleichstrom nicht als Opferanode abgebaut wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Anschluß der Elektrode an den positiven Pol einer Spannungsquelle (2) über eine Anschlußleitung (4) erfolgt, welche an einem Ende am positiven Pol der Spannungsquelle an¬ schließbar ist und am anderen Ende an der Elektrode anschließbar ist, wobei der Anschluß an die Elektrode gegebenenfalls über einen Anschlußteil (5) aus einem Material, das an der Grenzfläche zum Elektrolyten keine Ionenleitfähigkeit aufweist, erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, da'durch gekennzeichnet, daß im Stromkreis eine Strombegrenzungseinrichtung (6), vorzugsweise ein elektrischer Widerstand oder eine elektrische Sicherung, vor¬ gesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrode eine Spannungsbegrenzunseinrichtung (7), vorzugs¬ weise ein Spannungsteiler, vorgeschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Betriebsanzeigeeinrichtung (8) , vorzugsweise eine Kontrollampe, aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) als leitfähiges Klebeband ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1, 9) als leitfähige Beschichtung, vorzugsweise als leitfähiger Lack oder als leitfähiger Unterbodenschutz oder als leitfähiger Hohlraumschutz, ausgeführt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10) als leitfähiger Füllstoff für Hohlräume ausge¬ führt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) als leitfähige Leiste, vorzugsweise als leit¬ fähige Zierleiste, ausgeführt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode an kantenförmigen Strukturen der zu schützenden Metallteile, beispielsweise an den Rändern der Metallteile oder an gefalzten Verbindungsstellen der Metallteile abwinkelbar ist oder entsprechend abgewinkelt ist oder sich selbständig elastisch abwinkelt, sodaß sie an diesen, gegebenenfalls mit Hilfe geeigne¬ ter Klemmen, befestigbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einer Einrichtung, die zunächst vorwiegend andere Zwecken dient, beispielsweise einer Schutzleiste oder einer Ver¬ kleidung eines Metallteiles, besteht.
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