Verzinken


Verzinken

Dieser Artikel erläutert das Beschichtungsverfahren, zur Verbindungstechnik in Holz siehe Holzverbindung#Zinkung.

Durch Verzinken wird Stahl mit einer dünnen Schicht Zink versehen, um ihn vor Korrosion zu schützen.[1]

Verzinkungsverfahren

Um ein Bauteil aus Stahl mit einer Zink- oder Zinklegierungsschicht zu überziehen, gibt es eine Reihe von verschiedenen Verfahren:

Wegen der großen Unterschiede zwischen den Verfahren ist der Ausdruck „Verzinken“ nur eingeschränkt aussagefähig. Jedoch schreibt der Bundesgerichtshof in seinem Urteil vom 12. März 1969 (BGH, 12.03.1969 - I ZR 79/67): „Der Verkehr verstehe unter einer Verzinkung, daß ein reiner Zinküberzug aufgebracht werde, denn das entspreche dem Sprachgebrauch und sei auch das übereinstimmende Ergebnis aller Verzinkungsverfahren, wenn diese auch in sonstigen Beziehungen abweichend verliefen.“ Das verbindende Element der Verzinkungsverfahren ist somit das Aufbringen eines reinen Zinküberzuges. Beschichtungen, die durch Zinkstaubfarben erzeugt wurden, gehören demnach nicht zur Verzinkung.

Feuerverzinkung

Kristalline Oberfläche eines noch wenig oxidierten feuerverzinkten Eisengeländers im Straßenverkehr

Unter Feuerverzinken versteht man das Überziehen von Stahl mit einem metallischen Überzug durch Eintauchen des Stahls in eine Schmelze aus flüssigem Zink, deren Temperatur bei ca. 450 °C liegt. Hierbei ist zwischen dem Stückverzinken, bei dem zumeist vorgefertigte Stahlteile wie beispielsweise Treppenelemente oder Geländer verzinkt werden und dem kontinuierlichem Feuerverzinken, auch Bandverzinken oder Sendzimir-Verzinken genannt, zu unterscheiden, bei dem Halbzeuge wie Bleche in einem Endlos-Verfahren verzinkt werden. Die beiden Verfahren unterscheiden sich auch hinsichtlich der Zinkschichtdicken, die beim Stückverzinken in der Regel zwischen 50 und 150 Mikrometer liegen und beim Bandverzinken 5 bis 40 Mikrometer betragen. Bedingt durch größere Zinkschichtdicken ist die Schutzdauer von stückverzinkten Bauteilen höher. So erreichen stückverzinkte Bauteile laut der vom deutschen Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung herausgegebenen Tabelle "Nutzungsdauern von Bauteilen zur Lebenzyklusanalyse des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB)" eine Nutzungsdauer von zumeist mehr als 50 Jahren. [2]

Sherardisieren

Beim Sherardisieren werden in geschlossenen, rotierenden Trommeln chargenweise die zu verzinkenden Metallteile mit Zinkpulver erhitzt.[3] Bei Temperaturen von 320 °C bis 500 °C verbindet sich das Zink durch Diffusion mit dem Basismaterial. Es bilden sich sehr gleichmäßige, temperaturbeständige, harte und abriebfeste Zink-Eisen-Legierungsschichten mit einem hohen Korrosionsschutz.

Galvanische Verzinkung

Die Werkstücke werden nicht in eine Zinkschmelze, sondern in einen Zinkelektrolyten eingetaucht, dabei wird das zu verzinkende Werkstück als Kathode in die Lösung gehängt. Als Anode benutzt man eine Elektrode aus möglichst reinem Zink. Beim galvanischen Verzinken ist der Zinkauftrag proportional zu der Stärke und Zeitdauer des Stromflusses, wobei – abhängig von der Werkstückgeometrie – eine Schichtdickenverteilung über das gesamte Werkstück entsteht.[3] Siehe: Galvanotechnik. Galvanisch verzinkte Bleche eignen sich besonders für die Pulverbeschichtung, da die Oberfläche so gut wie keine Oberflächenstruktur enthält (Blumen).

Nachbehandlung von verzinkten Oberflächen

Verzinkte Stahlteile sind durch die Zinkschicht sehr gut vor Korrosion (Rotrost) geschützt. Die Zinkschicht selbst ist aber den Korrosionsbelastungen ausgesetzt und besonders bei Seeklima kann es relativ schnell zur Zinkkorrosion (Weißrost) kommen. Durch geeignete Nachbehandlungen kann das Auftreten von Zinkkorrosion stark verzögert und verlangsamt werden, wodurch der gesamte Korrosionsschutz bis zum Auftreten von Grundmetallkorrosion nochmals verlängert wird. Solche Nachbehandlungen zählen zu den Passivierungsverfahren und können sowohl für galvanisch verzinkte Teile wie auch für feuerverzinkte Teile angewendet werden. Speziell für galvanisch verzinkte Teile wurden verschiedene Chromatierungsverfahren entwickelt, die sich im Grad des Korrosionsschutzes und in der Farbe unterscheiden. Einige dieser Chromatierungsschichten enthalten giftiges Chrom(VI). In letzter Zeit wurden neue Chrom(VI)-freie Verfahren entwickelt.

Duplex-System

Unter Duplex-Systemen versteht man gemäß EN ISO 12944-5 ein „Korrosionsschutz-System, das aus einer Verzinkung in Kombination mit einer oder mehreren nachfolgenden Beschichtungen besteht.“ Verzinkung und Beschichtung ergänzen sich. Die Verzinkung wird durch die darüberliegende Beschichtung vor atmosphärischen und chemischen Einflüssen geschützt. Hierdurch wird die Lebensdauer der Verzinkung erhöht. Umgekehrt haben Beschädigungen an Beschichtungen keine nachteiligen Auswirkungen zur Folge, da die Verzinkung aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit und Abriebfestigkeit hohen Belastungen standhält. Hierdurch können bei Beschichtungen typische Unterrostungen nicht entstehen. Durch diesen sogenannten Synergismus-Effekt zwischen der Verzinkung und der Beschichtung ist die Gesamtschutzdauer eines Duplex-Systems zwischen 1,2 bis 2,5 mal größer als die Summe aus der jeweiligen Einzelschutzdauer von Verzinkung und Beschichtung.

Mechanische Verzinkung

Für gehärtete Teile, die extrem empfindlich gegen Wasserstoffversprödung sind, ist in einigen Spezifikationen die mechanische Beschichtung vorgeschrieben. Hier wird in einem Mischer Zinkstaub mit Glaskugeln ohne Wärmeeinwirkung auf die zu beschichtenden Teile quasi aufgehämmert. Da es sich nicht um ein elektrolytisches Verfahren handelt, entsteht kein Wasserstoff, der in das Stahlteil eindringen könnte.

Je nach Teilegeometrie (z. B. Innensechskant) kann die Abriebfestigkeit etwas eingeschränkt sein. Die hochglänzenden Oberflächen der Galvanik können nicht erreicht werden. Es können Schichtdicken bis ca. 50 µm erzeugt werden.

Diese Form der Verzinkung findet häufige Anwendung bei Tellerfedern oder Befestigungsclips.

Zinklamellen/Binder-Systeme

Seit einigen Jahren gibt es als Alternative zur mechanischen Verzinkung eine Beschichtung in einer Dispersion kleiner Zink- und z.T. auch Aluminiumflocken. Sie werden in einem Tauch/Schleuder-Verfahren aufgebracht, getrocknet und verfahrensabhängig bei 250-350 °C eingebrannt. Mit einem Beschichtungsvorgang wird eine Schichtdicke von etwa 4-5 µm erreicht, außerdem ist die Schicht nicht porendicht. Daher wird üblicherweise zweimal beschichtet und neuerdings zusätzlich silikatisch versiegelt.

Spritzverzinken

Spritzverzinken ist eine Variante des Flammspritzens, bei der ein Zinkdraht durch eine Flamme oder Lichtbogen aufgeschmolzen und durch Druckluft zerstäubt auf das Werkstück aufgebracht wird. Das noch flüssige Zink bildet auf dem durch Sandstrahlen vorbehandelten Werkstück eine poröse Schicht, die ähnlich gute Korrosionsschutzeigenschaften aufweist wie die durch Feuerverzinken erzeugte. Diese Schicht ist durch die hohe innere Oberfläche sehr saugfähig. Bei einer anschließenden Lackierung sind daher ungewöhnlich große Mengen Grundierung oder Füller notwendig.

Vorteile des Verfahrens im Vergleich zum Feuerverzinken sind, dass die thermische Belastung des Werkstückes sehr gering ist und auch bei großen Flächen ein Verzug ausgeschlossen werden kann. Nachteilig ist, dass Hohlräume oder schwer zugängliche Stellen (Behälter-Innenräume, Falze etc.) nicht erreicht werden können.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1484.
  2. "http://www.nachhaltigesbauen.de/fileadmin/pdf/baustoff_gebauededaten/BNB_Nutzungsdauern_von_Bauteilen__2011-11-03.pdf
  3. 3,0 3,1 Gerhard Jokisch, Bruno Schütze, Werner Städtler in: Autorenkollektiv: Das Grundwissen des Ingenieurs, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1968, S. 991−1163, dort S. 1048.