Enrichment of copper on the surface of aluminum during cathodic protection

Abstract

Denne studien har som mål å oppnå en bedre forståelse om hvordan biofilm og kobber påvirker katodisk beskyttede aluminiumslegeringer. Motivasjonen for dette er at det er lite forskning på katodisk beskyttede aluminiumslegeringer. For å utnytte disse to i kombinasjon effektivt i naturlig sjøvann, så er det nødvendig å forstå innvirkningen av faktorer som biofilm og kobberinnhold. Biofilm har vist seg å både hindre og bidra til dannelsen av kalkfilm, avhengig av mikrooganismene til stede. Kalkfilm er ønskelig ettersom de bidrar til katodisk beskyttelse. Data med strømmtetthetsmålinger av flere forskjellige katodisk beskyttede aluminiumslegeringer in naturlig sjøvann ble mottatt fra SINTEF. Dataene viste at den katodiske strømtettheten til AA6005.40 når en veldig høy topp etter rundt 40 dager. Legeringen AA6082.53 derimot, som inneholder under halvparten så mye kobber i sammenligning, når en mye lavere topp. Forsøk ble utført med katodisk beskyttet AA6005.40 og AA6082.53 i kunstig sjøvann, både med og uten tungmetallsioner. Dette var for å avgjøre om plettering av tungmetaller, eller biologisk materiale kunne ha en betydelig effekt. Målingene gir uttrykk for at tungmetallsioner ikke hadde noen nevneverdig effekt på den katodiske strømtettheten, siden alle strømtetthetene nådde en topp i løpet av én dag. Dette gir grunn til å tro at biofilm har en innvirkning på katodisk beskyttelse. Forskjellen i sammensetning av AA6005.40 og AA6082.53 antyder at kobberinnhold også påvriker katodisk beskyttelse av disse legeringene. Tidligere studier har bekreftet at en anrikning av kobber i AA6005.40 kan skje i både et surt miljø22, og med katodisk beskyttelse i naturlig sjøvann24. Derfor foreslår dette prosjektet at en anrikning av kobber skjer som følge av biologisk materiale i naturlig sjøvann. For å avgjøre dette ble en prøve av AA6005.40, katodisk beskyttet i naturlig sjøvann med tungemtallsioner i 42 dager, analysert med GD-OES og STEM. Analysen viste at denne prøven ikke hadde en anrikning av kobber, og dette gir grunn til å tro at biologisk materiale er nødvendig for å oppnå denne effekten.

This study aims to gain a better understanding of the influence that biofilm and copper has on cathodically protected aluminum alloys. The motivation for this work is that there is little research on the topic of cathodically protected aluminum alloys. In order to use these two in combination efficiently in natural seawater, it is necessary to understand the impact of factors such as biofilm and copper content. Biofilm has been shown to both hinder and aid the formation of calcareous deposits, depending on the microorganism present. Calcareous deposits are desired as they aid in cathodic protection. Data containing current density measurements of several different cathodically protected aluminum alloys in natural seawater, was received from SINTEF. The data showed that the cathodic current density of AA6005.40 peaks at very high values after around 40 days. However, the alloy AA6082.83, which contains less than half the amount of copper in comparison, peaked at much lower values. Experiments were performed with AA6005.40 and AA6082.53 in artificial seawater, both with and without heavy metal ions. This was to determine whether or not electrodeposition of heavy metals, or biological material could have a significant impact. The data suggests that the presence of heavy metal ions had no noteworthy influence on current density, as all of the current densities peaked at relatively low values within one day. This gives reason to believe that biofilm has an impact on cathodic protection. The difference in composition of AA6005.40 and AA6082.53 suggests that copper content also impacts cathodic protection of these alloys. Previous studies have confirmed that an enrichment of copper in the AA6005.40 alloy can occur, in both acidic medium22, and with cathodic protection in natural seawater24. Therefore, this project hypothesizes that copper enrichment is somehow due to the presence of biological material in natural seawater. In order to further assess this, a sample of AA6005.40, cathodically protected for 42 days in artificial seawater with heavy metal ions, was analyzed by GD-DOES and STEM. The analysis showed that the this sample did not suffer from copper enrichment, and indicates that biological material is required for this effect.