Wikipedia · einfach zusammengefasst · Stand
Verzinken
Beim Verzinken wird Stahl mit einer dünnen Schicht Zink versehen, um ihn vor Korrosion zu schützen. Seltener werden auch andere Materialien verzinkt.
Inhalt6 Abschnitte
Grundlagen und Zweck
Beim Verzinken wird Stahl mit einer dünnen Schicht aus Zink versehen, um ihn vor Korrosion zu schützen. Seltener werden auch andere Materialien verzinkt. Ein Betrieb, der Verzinkungen ausführt, heißt Verzinkerei.
Die Zinkschicht schützt auf zwei Arten: Als Barriere verhindert sie den Kontakt des Stahls mit der Umgebung. Zusätzlich wirkt Zink als Opferanode und übernimmt bei einer leitenden Verbindung die anodische Korrosion. Dadurch bleibt auch Eisen an kleineren Fehlstellen, an bloßliegenden Schnittkanten oder in Bereichen bis zu einigen Millimetern Abstand von der Zinkschicht geschützt. Dabei wird die angrenzende Zinkschicht durch Bimetallkorrosion stärker abgetragen.
Im Unterschied zu organischen Beschichtungen werden Zinkschichten als Überzüge bezeichnet. Nach einem Urteil des Bundesgerichtshofs vom 12. März 1969 (BGH, I ZR 79/67) versteht man unter Verzinkung das Aufbringen eines reinen Zinküberzugs. Zinkstaubfarben gelten daher nicht als Verzinkung im engeren Sinn. Bei bindemittelhaltigen Zinkbeschichtungen wird Zinkstaub ohne Wärmeeinwirkung aufgetragen; der Trockenfilm sollte mindestens 90 % Zink enthalten, damit genügend leitfähige Zinkpartikel für einen aktiven Korrosionsschutz vorhanden sind.
Feuerverzinkung
Beim Feuerverzinken wird Stahl in eine etwa 450 °C heiße Schmelze aus flüssigem Zink getaucht. Beim Stückverzinken werden unterschiedlich geformte Teile, etwa Treppenelemente oder Geländer, einzeln eingetaucht. Beim kontinuierlichen Endlosverfahren für Bleche spricht man von Bandverzinken oder Sendzimir-Verzinken.
Beim Stückverzinken entstehen meist Schichtdicken von 50 bis 150 Mikrometer, beim Bandverzinken von 5 bis 40 Mikrometer, typisch sind 10 bis 20 Mikrometer. Wegen der größeren Schichtdicke erreichen stückverzinkte Bauteile zumeist eine Nutzungsdauer von mehr als 50 Jahren.
An der Grenze zwischen Stahl und Zink bildet sich eine Legierung. Die Wärmeeinwirkung kann große Blechteile verziehen; empfohlen wird eine Wandstärke von wenigstens 1,5 mm. Blechfalze können durch die Zinkschicht verkleben und dadurch die Steifigkeit erhöhen. Gewinde und passgenaue Öffnungen müssen in der Regel nachgeschnitten werden. Eine spätere Lackbeschichtung erfordert besondere Maßnahmen, weil eine Oxidschicht auf dem Zink die Haftung erschweren kann.
Spritzverzinken, Sherardisieren und Zinklamellen
Beim Spritzverzinken wird eine Zink- oder Zinklegierungsschicht durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgeschmolzen, mit Druckluft zerstäubt und auf das Werkstück aufgetragen. Die Schicht ist rau und besitzt vergleichbare Korrosionsschutzeigenschaften wie eine Feuerverzinkung. Typische Schichtdicken liegen zwischen 100 und 500 µm; der Überzug kann bis zu 1 mm dick werden. Für maritime Umgebungen gibt es Zinklegierungen mit Aluminiumgehalten bis 22 Gew.%, die dort besseren Schutz als reines Zink bieten.
Das Werkstück wird beim Spritzverzinken nur wenig thermisch belastet. Daher lassen sich auch temperatursensitive Stähle, Kunststoffe, Kartonagen, Holz, hochfeste Stähle und dünnwandige Bauteile nahezu verzugsfrei behandeln. Die Oberfläche muss zuvor durch Strahlmittel ausreichend aufgeraut werden. Das Verfahren eignet sich außerdem für große und ortsfeste Bauteile, etwa Brücken, maritime Strukturen und Offshore-Windenergieanlagen. In Hohlräumen können die Lanze und eine gleichmäßige Beschichtung jedoch problematisch sein.
Beim Sherardisieren werden Metallteile in geschlossenen, rotierenden Trommeln mit Zinkpulver bei 320 °C bis 500 °C erhitzt. Zink verbindet sich durch Diffusion mit dem Grundmaterial und bildet harte, abriebfeste, temperaturbeständige und gleichmäßige Zink-Eisen-Legierungsschichten. Das trockene Verfahren eignet sich auch für komplizierte Geometrien, Hohlräume und Massenprodukte; eine Wasserstoffversprödung wird ausgeschlossen.
Bei Zinklamellen/Binder-Systemen werden Dispersionen aus kleinen Zink- und meist Aluminiumflocken im Tauch-/Schleuder-Verfahren aufgebracht, getrocknet und bei 180–350 °C eingebrannt. Ein Auftrag ergibt etwa 4–5 µm und ist nicht porendicht. Deshalb wird üblicherweise zweimal beschichtet und teilweise zusätzlich silikatisch versiegelt oder mit organischem Decklack überbeschichtet.
Galvanische und mechanische Verzinkung
Beim galvanischen Verzinken liegt das Werkstück in einem Zinkelektrolyten und dient als Kathode; eine möglichst reine Zinkelektrode bildet die Anode. Die Menge des Zinkauftrags hängt von Stärke und Dauer des Stromflusses sowie von der Geometrie von Werkstück und Anode ab. Die Schichtdicke ist von 2,5 bis 25 µm steuerbar, meist werden etwa 10 µm erreicht. Hohlräume können nur gut beschichtet werden, wenn die Anode in sie eingeführt wird.
Im galvanischen Bad besteht die Gefahr der Wasserstoffversprödung, besonders bei gehärteten Stahlteilen. Wegen der unterschiedlichen Schichtstärken ist der Korrosionsschutz meist weniger langlebig als bei anderen Verfahren. Für längere direkte Bewitterung wird eine zusätzliche Kunstharzbeschichtung empfohlen. Galvanisch verzinkte Bleche eignen sich wegen ihrer gleichmäßigen, nahezu strukturlosen Oberfläche gut für eine Pulverbeschichtung. Hoch belastete Teile wie Schrauben werden zum besseren Korrosionsschutz häufig zusätzlich chromatiert. Der Code nach DIN EN ISO 4042 lautet A2F. Kleine Flächen können auch mit einem elektrolytgetränkten Gewebe oder Schwamm behandelt werden.
Beim mechanischen Verzinken wird Zinkstaub in einem Mischer zusammen mit Glaskugeln ohne Wärmeeinwirkung auf die Teile aufgebracht. Da kein Elektrolyt verwendet wird, entsteht kein Wasserstoff, der in den Stahl eindringen könnte. Das Verfahren eignet sich deshalb für gehärtete, wasserstoffempfindliche Teile, etwa Tellerfedern und Befestigungsclips aus Federstahl. Es sind Schichtdicken bis etwa 50 µm möglich; hochglänzende galvanische Oberflächen werden nicht erreicht, und die Abriebfestigkeit kann bei bestimmten Geometrien eingeschränkt sein.
Bearbeitung und Nachbehandlung
Wird eine verzinkte Oberfläche bei der nachträglichen Bearbeitung verletzt, kann die Schutzwirkung abnehmen. Metallische Verbindungen sind unter anderem durch Metall-Schutzgas-Löten (MSG-Löten), Laserlöten und bestimmte Schweißverfahren möglich. Für die Nachverzinkung von Schweißnähten sind DIN EN ISO 1461 hinsichtlich der Schichtdicke und DIN EN 1090-2 hinsichtlich der Vorbereitung zu beachten. Möglich sind Flammspritzen und Zinkstaubbeschichtungen; bei geringeren Anforderungen können Zinksprays verwendet werden.
Verzinkte Stahlteile sind durch die Zinkschicht gut vor Rotrost geschützt. Die Zinkschicht selbst kann jedoch durch Kontaktkorrosion oder Seeklima angegriffen werden; dabei kann Zinkkorrosion in Form von Weißrost entstehen. Passivierungen und Versiegelungen verzögern die Korrosion von Zink- oder Zinklegierungsüberzügen und verbessern dadurch auch den Schutz des Grundmaterials.
Für galvanisch verzinkte Teile gibt es Chromatierungen mit unterschiedlichen Schutzgraden und Farben. Einige enthalten giftiges Chrom(VI). Als Alternative wurden Chrom(VI)-freie Verfahren wie die Dickschichtpassivierung entwickelt.
Duplex-Systeme und Ausbesserung
Ein Duplex-System kombiniert eine Verzinkung mit einer oder mehreren nachfolgenden Beschichtungen. Diese können als Nass- oder Pulverbeschichtung ausgeführt werden. Nassbeschichtungen sind in DIN EN ISO 12944-5, Pulverbeschichtungen in DIN 55633 geregelt. Die zusätzliche Beschichtung schützt die Verzinkung vor atmosphärischen und chemischen Einflüssen und verlängert dadurch ihre Lebensdauer. Umgekehrt verhindert die Verzinkung, dass Rostprodukte des Eisens eine darüberliegende Beschichtung unterwandern und ablösen.
Durch diese Wechselwirkung beträgt die Gesamtschutzdauer eines Duplex-Systems das 1,2- bis 2,5-Fache der Summe aus der jeweiligen Einzelschutzdauer von Verzinkung und Beschichtung. Beim Spritzverzinken kann die Oberfläche unmittelbar nach dem Aufbringen versiegelt und mit einer Deckbeschichtung versehen werden; solche kombinierten Systeme werden ebenfalls Duplexsysteme genannt.
Beschädigte oder bearbeitete Stellen sollten ausgebessert werden, damit der Schutz langfristig erhalten bleibt. Nach DIN EN ISO 1461 eignen sich dafür thermisches Spritzen mit Zink, geeignete Zinkstaubbeschichtungen oder Lote auf Zinkbasis. Soll die Haltbarkeit eines stückverzinkten Überzugs erreicht werden, sollte die Ausbesserung mindestens 100 µm dick sein. Gewöhnliche Zinksprays erreichen diese Dicke meist auch bei mehrmaligem Aufsprühen nicht. Für den galvanischen Effekt sollte der Trockenfilm außerdem mindestens 90 % Zink enthalten.
