Zink-Opferanode an Alu-Fuselage - Wie soll das funktionieren?
 

Manche Foil-Hersteller bewerben ja ihr Produkte (z.B. SAB oder Indiana) mit Hinzunahme einer Zinkopferanode. Ich frage mich schon seit längerem wie das elektrochemisch funktionieren soll? Im Idealfall könnte ich damit meine Stahlschrauben vor Korrosion schützen, aber nicht, wie beworben, die Aluminium-Fuselage oder den Alumast.
Aluminium hat ein Standardpotential von -1,67 V, Zink hat -0,76 V und damit ein deutlich positiveres Potential. Im Falle einer Redox-Reaktion würde entsprechend Aluminium die (Opfer-) Anode stellen und Zink die Kathode.

Nicht berücksichtigt bleibt bei den Überlegungen, dass es sich bei den verwendeten Aluminium vermutlich um eine Legierung handelt. Aber welche Legierung wäre das?

Schau mal unter Außenborder Anoden. Die Außenbordmotoren sind auch aus Alu und haben eine Anode, oft aus Magnesium.

ich kann dir nichts zu Voltzahlen sagen, aber ich weiß dass es funktioniert.
mit den SAB Foils in der Karibik immer Probleme gehabt.
Mit den SAB Kraken mit 2 Anoden, absolut NULL weisse Punkte au der Fuselage mehr.

Think negative.

"A zinc anode's protective properties result from a strongly negative reduction potential, which is more negative than the metal it is protecting. Oxidants, which corrode metals, will oxidize the zinc anode rather than the protected metal structure, thus preventing the structure from being corroded."

Wäre die Opferanode bei den Foil -Herstellern aus Magnesium, würde ich es ja verstehen. Magnesium (-2,36 V) hat ein negativeres Standardpotential als Aluminium (-1,67 V) und würde entsprechend als Opferanode fungieren.

Dies ist vermutlich der Grund, warum Außenbord-Hersteller eben nicht Zink sondern Magnesium als Opfermaterial verwenden.
Mit einer Zinkanode lassen sich wunderbar eisenhaltige Werkstoffe schützen, aber eben nicht unedlere Metalle wie Aluminium. :confused:

Ja, ist soweit korrekt. Aber Aluminium hat ein negativeres Reduktionspotential (s.o.) als Zink...

Manche ein Hersteller lässt nicht‘s unversucht seinen Kunden das Geld aus der Tasche zu ziehen. Bei einem Bootsrumpf oder Außenboardmotor der ständig im Wasser hängt macht es ja noch ein Sinn, aber bei einem Foil das vielleicht mal für 2 bis 3 Stunden am Stück im Wasser ist? :confused:

Mein Slingshot Phatasm Fuseage wollte gammeln als er neu war. Ich konnte einen Kurzschluss zwischen den Wingschrauben und den Schrauben die das Foil am Board befestigen messen. Den Kurzschluss habe ich beseitigt in dem ich ein Stück Plastik aus dem Verpackungsmüll nahm, 6 mm Löcher hineingebohrt habe, und unter jede Senkkopfschraube ein Stück Plastik legte. Den Rest habe ich jeweils mit dem Cuttermesser abgeschnitten. Jetzt Gammelt nichts mehr. Ich brauche keine Magnesiumanode.

Interessantes Thema!

Stimmt völlig – im Vergleich der Standardpotentiale schneidet Aluminium gegenüber Zink als das klar unedlere Metall ab und sollte demnach (ohne Anlegen einer externen Spannung) zuerst in Lösung gehen.

Ist (war) zwar nicht wirklich mein Gebiet, aber mein Verständnis ist, dass dabei allerdings die zur Ermittlung der Standardpotentiale verwendeten Standardbedingungen nicht ganz ohne Bedeutung sind – insbesondere die dort in der flüssigen Phase der Halbzelle unterstellten Konzentrationen der betreffenden Metallsalze, also Al3+ und Zn2+ von jeweils 1 mol/l. Bei stark davon abweichenden Werten (wie z.B. offensichtlich im Meer-oder Seewasser) spielt einem bei Metallen unterschiedlicher Wertigkeit wie hier evtl. die Nernstsche Gleichung einen Streich.

Zudem scheinen in der Elektrochemie die unter praktischen Bedingungen gemessenen Potentiale oft deutlich von den Standardpotentialen abzuweichen. Auch die Beschaffenheit der Oberflächen kann einen Einfluss darauf haben (Passivierung von Aluminium durch festhaftendes Al2O3?), heteroge kristallisierte Legierungsbestandteile sowieso.

Tatsächlich scheint Zink zumindest in Meerwasser überraschenderweise unedler zu sein als Aluminium(legierungen), nach einer Quelle beispielsweise liegt Zink dort bei -1.03V, Aluminium bei -0.76V bis -0.79V:

https://www.researchgate.net/figure/...tbl2_296677378

Gibt auch einige weitere Quellen mit etwas anderen Werten/Spannen; siehe Google „galvanic series in seawater chart“, etwa hier:

https://pbs.twimg.com/media/Fg_1H-7W...g&name=900x900

Dass die Zink-Opferanode auf Alu wirklich Sinn macht, scheint mir dennoch nicht ganz intuitiv. Aber im Bootsbau wird das wohl tatsächlich manchmal so gemacht…
Legierung mit anderen (v.a. edleren) Metallen scheint nach manchen Quellen nebenbei eher einen negativen Effekt auf die Korrosiosbeständigkeit von Aluminium zu haben, was auch plausibel scheint (evtl. elektrochemische Reaktionen zwischen Mikrokristallen unterschiedlicher Zusammensetzung im Material bzw. Störung der festhaftenden Oxidschicht).

Bild: Indiana Baseplate mit opferanode
 

Ich habe vor kurzem ein komplett Foil zugekauft welches schon öfters benutzt wurde.

Hier das Bilde der Base mit der schon stärker reagierten Anode.

Nur zur Ansicht. Soll keine Wertung sein wieso warum.

Text von der Homepage:
Die Opfer-Anode aus Zink verhindert die Oxidierung des Alumiums.

Weight: 21g •
Material: Cinc •
Production Technique: CNC
Includes M6 Torx Screw

Sieht in der Tat schon ordentlich angenagt aus...
Ist die Anode auch aus Zink? Oder Aluminium - gibt es nämlich offenbar ebenfalls (Alu-Anode auf Alu-Körper, erstere aber mit irgendwas legiert, z.B. Indium)?

habe jetzt kein Foto zur hand, aber meine SAB Foil Zink Anoden waren nach 3 Monaten Karibik auch schon recht angenagt, und wie gesagt , Fuselage nichts, null, nada. Deshalb gehe ich davon aus dass die Zinkanoden funktionieren.

Text von der Homepage
Die Opfer-Anode aus Zink verhindert die Oxidierung des Alumiums.
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Ist Editiert

Leute, erst einmal vielen Dank für euren Input!

Im Meerwasser sind wir definitiv weit entfernt von Standardbedingungen. In Fest / Flüssig-Halbzellen ist dieses aber nicht so entscheidend. Bei beteiligten Gasen wird das spannender. Aber selbst wenn ich die Nernstgleichung anwende und für die Salzlösungen extrem hohe bzw. niedrige Konzentrationen einsetzte, ist man bei den genannten Standardpotentialen meilenweit entfernt von einer Polumkehrung, also Tausch von Anode und Kathode.

Das kann ich nicht bestätigen. Zumindest nicht für Metall- / Salzlösung- Halbzellen. Selbst mit einfachsten Haushaltsmitteln lassen sich annähernd die Standardpotentiale messen. (vgl. z.B. "Zitronenbatterie").

Das ist sehr interessant und vermutlich liegt die Lösung des Rätsels in den Legierungen. Wenn jemand mehr Informationen dazu hat, wäre ich für Input dankbar.

Sorry Soulsurfer, aber das tut sie, zumindest aus elektrochemischer Sicht, erst einmal nicht. Auch nicht, wenn namhafte Hersteller es auf ihrer Internetseite so benennen. Bitte bedenke, dass Zink, auch isoliert zu anderen Metallen, durch Sauerstoffoxidation im Elektrolyten Meerwasser wunderbar korrodiert. Alleine die Tatsache, dass die Zinkanode "gammelt" ist leider noch kein Nachweis dafür, dass das Prinzip funktioniert (ich fahre selber auch ein Indiana Set und die Aluminiumteile sind hervorragend verarbeitet. Keine Spur von Korrosion. Das gleiche bei meinen Axis Set-Up´s. Diese jedoch ohne Zinkanode.)
Und um das einmal ganz klar hier herauszustellen: Ich habe keinerlei Intention das gut oder schlecht zu reden. Im Gegenteil! Ich finde es hervorragend, wenn sich innovative Unternehmen zu diesem Themengebiet Gedanken machen, auch im Sinne der Langlebigkeit und Nachhaltigkeit.
Einen der beiden Hersteller (er dürfte dir näher stehen ;)) hatte ich bereits vor gut einem Jahr sehr höflich angeschrieben in der Hoffnung mir bei der Lösung des elektrochemischen Rätsels zu helfen. Bis dato leider keine Antwort.
Daher meine Hoffnung hier im Forum mehr Informationen zu bekommen.
Es liegt mir fern hier Firmen-Bashing oder -Werbung zu betreiben, ich möchte es einfach nur verstehen...

Man kann das sicher nicht völlig ausschliessen, aber es gibt schon einige Indizien in den Quellen, die dafür sprechen, dass die Legierung nicht der entscheidende Faktor ist:

• Hier eine Spannungsreihe in Meerwasser, bei denen reines Aluminium explizit aufgeführt ist (und ebenfalls über Zink liegt): https://corrosion-doctors.org/Defini...nic-series.htm
• Analoges für „neutral water and soil“: https://www.semanticscholar.org/pape...3ea54/figure/4
• Zudem stellen die oben in dieser Quelle https://www.researchgate.net/figure/...tbl2_296677378 angeführten Legierungen 3003 und 6061 schon ziemlich reines Aluminium dar (96-99%), auch wenn das allein natürlich nur begrenzte Aussagekraft für die Standardpotentiale dieser Legierungen hat.

Ich dachte dabei in erster Linie an den pH-Wert. Wenn ich raten müsste, würde ich sagen, dass man hier weiterforschen muss, wenn man die „Umpolung“ verstehen will:

Die Standardpotentiale für Al und Zn werden ja „automatisch“ in ziemlich unterschiedlich saurem Milieu bestimmt, nämlich in 1-molarer wässriger Lösung ihrer Salze, wohl ihrer Sulfate (?). Al3+ (pKs 4.97) ist dabei eine deutlich stärkere Säure als Zn2+ (pKs 8.96, jeweils als Hexahydrat). Eine 1-molare Aluminiumsalzlösung hat also immerhin einem pH-Wert von ungefähr 2.5, die Zinksalzlösung "nur" einen von etwa 4.5.

In Meerwasser messen wir die Potentiale für beide Metalle aber bei einem einheitlichen pH-Wert von etwa 7.5. Habe aber auf die Schnelle nichts Schlüssiges zur pH-Abhängigkeit der Elektrodenpotentiale für die beiden Metalle gefunden, nur hier „quick and dirty“ zum Korrosionspotential von Zink in wässrigem Medium. https://www.researchgate.net/figure/...fig1_244092461

Ich fürchte, für eine ordentliche Lösung des Falles müsste man sich durch etwas Fachliteratur fressen... :-)

p.s.: Dein Kommentar zum möglichen Einfluss des Konzentrationsterms der Nernstschen Gleichung ist natürlich richtig - der schiebt vielleicht ein, zwei zehntel Volt in die richtige Richtung, kann aber allein kaum eine Umpolung bewirken. Wahrscheinlich weiss aber auch kein Mensch ob die Nernstsche Gleichung im Grenzbereich (wenn die Konzentration der beteiligten Ionen gegen null geht, aber massenhaft Fremdionen vorhanden sind - wie in Meerwasser) überhaupt noch vernünftige Ergebnisse liefert (?). Al scheint im Meerwasser irgendwo in der Grössenordnung von 10^-7 mol/l zu liegen, Zn bei 10^-9 mol/l

Ich habe jetzt einmal die Zinkanode aus meiner Indiana Baseplate ausgebaut und die Potentialdifferenz der beiden Teile im Waschbecken gemessen :D
Im normalen Leitungswasser konnte ich einen Wert von ca. 0,5 V messen und in Salzwasser lag der Wert bei ca. 0,68 V. In beiden Fällen hat der Zinkblock den Minuspol gestellt. Er tut also was er tun soll, nämlich den Ort der Oxidation zu stellen und die Anode zu sein.
Das sind erst einmal gute Nachrichten zu sehen, dass das auch wirklich funktioniert. Nur das elektrochemische WARUM bleibt leider weiterhin nebulös und schleierhaft. :rolleyes:

Top, in der Wissenschaft geht halt nichts über ein fachgerechtes Experiment!

Spannend wäre es, jetzt noch die Potentialdifferenz in kräftig saurem Milieu zu messen und sehen ob sie sich dann in die erwartete Richtung umkehrt (siehe die Hypothese in meinem Post oben...) - aber ich nehme an, das gibt der Versuchsaufbau mit Waschbecken nicht so recht her? :-)

Ich hoffe, dass du dann immer schön dümpelts und nie auf dem Foil gehst. Eine Anode kann nur wirken wenn sie im Wasser ist. Ein Außenbordmotor soll man im Hafen immer runter geklappt lassen, damit die Anode arbeiten kann.

Die Potentialdifferenz war auch im zusammengebauten Zustand außerhalb des Waschbeckens messbar. Vermutlich durch Restfeuchte. Direkt aufs Foil zu steigen ohne dass das Board nass wird, habe ich bisher noch nicht geschafft.;)

Zusammengebaut sollte man einen Kurzschluss ohne Potentialdifferenz haben, sonst kann die Anode nicht wirken. Man sollte Null Ohm messen.

Da hast vollkommen Recht! Vielen Dank für den Hinweis! Eigentlich ein sicheres Zeichen dafür, dass die Anode nicht zum Alu kurzgeschlossen ist. Was mich auch irritiert hat, war, dass sowohl die Kontaktfläche zwischen Anode und Baseplate als auch der Gewindegang mitlackiert wurde.
Ich habe jetzt die Lackierung an einigen Stellen abgekratzt, damit die Zinkanode auch wirklich Kontakt zum Alu bekommt. Nun kann ich im zusammengebauten Zustand keine Potentialdifferenz mehr messen. Bisher hat sich die Zinkanode wohl nur für die Stahlschraube "geopfert". :-D

Mir wäre ein gut isoliertes Foil lieber, da in diesem Fall die Anode nur in der Luft spazieren fährt. Wichtig ist, dass die Kohlefaser von den Flügeln zum Alu isoliert ist. Kohle hat + 0,74 Volt und Alu und Zink sind Negativ. Bei meinem Slingshot Foil hatten die Senkköpfe von den Schrauben Kontakt zur Kohlefaser, und somit gammelte die Fuselage. Ich lasse das Foil immer zusammengebaut und fahre nur in Salzwasser.

Moin Blitz2,
ich fahre den Phantasm auch meistens im Salzwasser und war schon am gucken, ob ich die Schrauben beschichte, um das Korrosionsthema loszuwerden.
Kannst du bitte ein Foto deiner Unterlegscheiben Scheiben machen? Und hast du die Schrauben durch z.B. Titan ersetzt?

Danke und Grüße

Ich habe ein Stück Verpackungsmüll genommen, ein 6 mm Loch hineingebohrt, fest geschraubt, und den Rest mit ein Cuttermesser abgeschnitten. Titanschrauben habe ich nicht. Meine Schrauben waren lackiert, aber da das Foil beim Fahren arbeitet, ist die Lackierung schnell ab.

Herzlichen Dank, das werde ich auch so machen. Und um die Schraubengewinde noch das Teflonband und Fett...

Gnau, Teflonband und Fett isolieren zusätzlich. Ich hatte mir zusätzlich aus dem Baumarkt eine Spraydose schwarze Farbe geholt und die Fuselage neu lackiert. Den Mast hatte ich in der Fuselage stecken lassen und abgeklebt. Bis jetzt ist alles gut.