Verzinken

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Dieser Artikel erläutert das Beschichtungsverfahren, zur Verbindungstechnik in Holz siehe Zinkung und Gratung.
Verzinkter Stacheldraht
Feuerverzinkte (Stückverzinkte) Stahlfassade

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

Im Gegensatz zu anderen Beschichtungen bietet Zink neben der abschirmenden Wirkung auch einen aktiven Korrosionsschutz, indem es gegenüber dem edleren Eisen (siehe Spannungsreihe) als Opferanode wirkt. Die kathodische Wirkung des Zinküberzuges verhindert die Korrosion des Eisens bis zu einem Abstand von etwa 5 mm, so dass auch Fehlstellen in der Zinkschicht und bloßliegende Schnittkanten geschützt sind. Durch die resultierende Bimetallkorrosion beschleunigt sich jedoch der Abtrag der angrenzenden Zinkschicht.

Verzinkungsverfahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um ein Bauteil aus Stahl mit einem metallischen Überzug aus Zink zu überziehen, gibt es verschiedene Verfahren:

  • Feuerverzinken (Schmelztauchverzinkung)
    • Stückverzinken ergibt Schichtdicken von 50 bis 150 µm[2]
    • Bandverzinken (Sendzimirverzinkung) ergibt Schichtdicken von 5 bis 40 µm, typisch sind 10 bis 20 µm[3]
  • Spritzverzinken (Flammspritzen mit Zinkdraht), Schichtdicken von 80 und 150 µm[2]
  • Sherardisieren (Diffusionsverzinkung), Schichtdicke steuerbar zwischen 10 und 80 µm
  • Zinklamellen/Binder-Systeme, Schichtdicken von 4 bis 5 µm pro Auftrag, typische Gesamtdicke 8 bis 15 µm
  • Galvanisch Verzinken (elektrolytische Verzinkung; in der Schweiz: promatisieren), Schichtdicke steuerbar von 2,5 bis 25 µm,[2] meist werden jedoch nur 10 µm erreicht[4]
  • mechanisches Verzinken, Schichtdicke bis 50 µm

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.Sendzimirverzinkung

Feuerverzinkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kristalline Oberfläche eines noch wenig oxidierten feuerverzinkten Eisengeländers im Straßenverkehr
Hauptartikel: Feuerverzinken

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 zu unterscheiden zwischen

  • dem Stückverzinken, bei dem vorgefertigte Stahlteile wie beispielsweise Treppenelemente oder Geländer verzinkt werden,
  • und dem kontinuierlichen Feuerverzinken (auch Bandverzinken oder Sendzimir-Verzinken genannt), 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.[5]

Spritzverzinken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 große 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.

Sherardisieren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sherardisierte Münze von 1921
Hauptartikel: Sherardisieren

Beim Sherardisieren werden in geschlossenen, rotierenden Trommeln chargenweise die zu verzinkenden Metallteile mit Zinkpulver erhitzt.[6] Bei Temperaturen von 320 °C bis 500 °C verbindet sich das Zink durch Diffusion mit dem Basismaterial zu einer intermetallischen Phase. Es bilden sich gleichmäßige, temperaturbeständige, harte und abriebfeste Zink-Eisen-Legierungsschichten. Der Prozess eignet sich ebenso für Teile mit komplizierten Geometrien und Hohlräumen, wie auch zur preisgünstigen Beschichtung von Massenprodukten. Da keine wässrige oder ätzende Vorbehandlung erforderlich ist, kann eine Wasserstoffversprödung der zu beschichteten Teile vermieden werden. Die matt-graue Oberfläche zeigt eine sehr gute Lackhaftung und erreicht in Verbindung mit Passivierungs- oder Duplex-Systemen einen hervorragenden Korrosionsschutz.

Zinklamellen/Binder-Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zinklamellenüberzug: Beschichtete Schrauben
Hauptartikel: Zinklamellenüberzug

Seit Anfang der 1970er Jahre gibt es als Alternative zur mechanischen Verzinkung eine Beschichtung in einer Dispersion kleiner Zink- und meist auch Aluminiumflocken. Sie werden in einem Tauch-/Schleuder-Verfahren aufgebracht, getrocknet und verfahrensabhängig bei 180–350 °C eingebrannt. Bei der klassischen Zinklamellenbeschichtung wird bei einem Beschichtungsvorgang eine Schichtdicke von etwa 4–5 µm erreicht, außerdem ist die Schicht nicht porendicht. Daher wird üblicherweise zweimal beschichtet und teilweise zusätzlich silikatisch versiegelt bzw. mit organischem Decklack überbeschichtet.

Galvanische Verzinkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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.[6] Durch die unterschiedlichen Schichtstärken ist der Korrosionsschutz meist weniger langlebig als bei anderen Verzinkungsverfahren. Galvanisch verzinkte Werkstücke, die über längere Zeiträume einer direkten Bewitterung ausgesetzt werden, sollten eine zusätzliche Kunstharzbeschichtung erhalten (siehe Duplex-System). Galvanisch verzinkte Bleche eignen sich gut für die anschließende Pulverbeschichtung, da ihre Oberfläche so gut wie keine Oberflächenstruktur aufweist (Blumen). Hoch belastete Werkstücke wie Schrauben, bei denen sich eine Kunststoff-Beschichtung ablösen würde, können zur Verbesserung des Korossionsschutzes anschließend noch einer Chromatisierung Chromatierung unterzogen werden.[4]

Mechanische Verzinkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 etwa 50 µm erzeugt werden.

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

Nachbehandlung von verzinkten Oberflächen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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, sherardisierte, 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Duplex-System: Feuerverzinkte und anschließend beschichtete Stahlbauteile

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, welche bei direkter Bewitterung einem konstanten Abtrag unterliegt. Umgekehrt haben Beschädigungen an Beschichtungen keine nachteiligen Auswirkungen zur Folge, da die Verzinkung eine Unterwanderung und Ablösung der Beschichtung durch Korrosionsprodukte des Eisens verhindert. 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 oder Beschichtung.[7]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Brockhaus ABC Chemie. VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1484.
  2. a b c Übersicht Verzinkungsverfahren und Tabelle: Verzinken ist nicht Verzinken, Industrieverband Feuerverzinken
  3. Lexikon - Fachbegriffe aus dem Bausektor: Sendzimirverzinkung, LKG - Ingenieurbüro für Bautechnik
  4. a b Lexikon - Fachbegriffe aus dem Bausektor: Verzinken, LKG - Ingenieurbüro für Bautechnik
  5. "http://www.nachhaltigesbauen.de/fileadmin/pdf/baustoff_gebauededaten/BNB_Nutzungsdauern_von_Bauteilen__2011-11-03.pdf
  6. a b Gerhard Jokisch, Bruno Schütze, Werner Städtler in: Autorenkollektiv: Das Grundwissen des Ingenieurs. VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1968, S. 991–1163, dort S. 1048.
  7. Informationen zu Duplex-Systemen, Industrieverband Feuerverzinken; abgerufen im Oktober 2016