Verzinken verstehen: Vorteile und Anwendungen zum Korrosionsschutz

Verzinken ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion. Dabei wird das Metall mit einer dünnen Zinkschicht überzogen, die es von seiner Umgebung isoliert. Ganz einfach: Durch das Verzinken erhält das Metall Korrosionsschutz. Ohne schützende Zinkbeschichtung bleibt das Metall den Elementen ausgesetzt und kann schneller oxidieren und korrodieren. Verzinkter Stahl ist eine kostengünstige Alternative zu Werkstoffen wie austenitischem rostfreiem Stahl oder Aluminium zur Korrosionsverhütung.

Zudem können verzinkter Stahl und verzinktes Eisen in verschiedenen Fertigungsprozessen eingesetzt werden – vom Blechbearbeitung bis zum CNC-Fräsen –, was es zum dominierenden Verfahren in der Fertigungsindustrie macht.

Dieser Artikel behandelt die Grundlagen des Verzinkens und beantwortet Fragen dazu, was Verzinken ist und wie es Metallteile verbessern kann.

Was ist Verzinken?

Verzinken ist der Prozess, bei dem eine Zinkschicht auf die äußere Oberfläche eines Metalls (also Stahl oder Eisen) aufgebracht wird. Der Zweck ist, dem Grundmetall eine schützende Beschichtung zu verleihen, die die Wahrscheinlichkeit von Korrosion oder Rostbildung verringert.

Der Verzinkungsprozess variiert je nach spezifischer Technologie. Der wichtigste Teil des Prozesses besteht jedoch darin, dass Stahl oder Eisen in der Regel von Zink umgeben wird, das sich in flüssiger oder staubförmiger Form befinden kann. Wenn Zink eingeführt wird, reagiert das Eisen im umgebenden Metall mit dem Zink zu einer fest verbundenen Legierungsschicht.

Verzinkungsarten

Die zwei beliebtesten Formen des Verzinkens sind Feuerverzinken und Elektroverzinken. Diese und weitere Methoden werden im Folgenden erläutert.

1. Feuerverzinken

Beim Feuerverzinken wird das Metall in ein heißes Zinkbad bei etwa 450 °C getaucht. Beim Herausziehen reagiert die beschichtete Oberfläche mit Sauerstoff zu Zinkoxid, das dann mit Kohlendioxid zu Zinkcarbonat reagiert. Vor dem Verzinken muss das Metall mit einer Lauge gereinigt und dann in einer sauren Lösung gebeizt werden; Zinkammoniumchlorid kann ebenfalls verwendet werden, um eine vorzeitige Oxidation des Metalls vor dem Verzinken zu verhindern.

2. Elektroverzinken

Elektroverzinken kombiniert Verzinken mit Galvanisieren: Ein elektrischer Strom wird durch ein Zinkbad mit Zinkanode und Stahlleiter geleitet. Das Verfahren erzeugt eine dünnere Beschichtung als das Feuerverzinken und liefert eine hellere Oberflächenbeschaffenheit, die für kosmetische Anwendungen geeignet ist.

3. Sherardisieren

Diese Form des Verzinkens ist unter verschiedenen Namen bekannt: Heißdiffusionsverzinken, Dampfverzinken und Trockenverzinken. Dabei werden Stahlteile in einer geschlossenen, rotierenden Trommel mit Zinkpulver auf 500 °C erhitzt. Das verdampfte Zink diffundiert auf die Stahloberfläche und bildet eine fest haftende Beschichtung. Es eignet sich ideal für Kleinteile und Teile, die innen beschichtet werden müssen.

4. Galvanisieren (Zink-Eisen-Legierung)

Galvanisieren ist eine Kombination aus Feuerverzinken und Glühen. Der Feuerverzinkungsprozess verläuft normal, bevor das beschichtete Metall durch ein Luftmesser geführt wird, um überschüssiges Zink zu entfernen. Das Metall wird dann kurz in einem Glühofen bei 500–565 °C erhitzt, um die Eisen- und Zinkschichten ineinander zu diffundieren und eine Zink-Eisen-Legierungsschicht zu bilden.

Einflussfaktoren beim Verzinken

In der tatsächlichen Produktion beeinflussen folgende Faktoren die Geschwindigkeit und Qualität des Verzinkens:

• Unzureichende Vorbehandlung: Ein Oxidfilm auf der Werkstückoberfläche beeinträchtigt die normale Zinkabscheidung.
• Schlechte elektrische Leitfähigkeit: Strom wird auf der Leitung verbraucht, zu wenig Strom erreicht die Werkstückoberfläche.
• Hoher Kohlenstoffgehalt des Werkstücks: Hochkohlenstoffstahl, Gusseisen etc. verringern das Wasserstoffniederschlagspotenzial, beschleunigen die Wasserstoffentwicklung an der Werkstückoberfläche und reduzieren den Stromwirkungsgrad.
• Zu dichtes Aufhängen der Werkstücke: Beim Verzinken werden Teile abgeschirmt, die Beschichtung wird zu dünn.
• Niedrige Temperatur des Elektrolyts: Bei niedriger Elektrolyttemperatur wird die Stromdichte entsprechend reduziert, auch die Abscheiderate der Beschichtung muss verringert werden.
• Hoher Natriumhydroxidgehalt im Elektrolyten: Hoher NaOH-Gehalt verringert den Stromwirkungsgrad.
• Zu geringer Additivgehalt im Elektrolyten: Beeinträchtigt das Streuvermögen, die Beschichtung wirkt lokal zu dünn.
• Unterschätzte Oberfläche der beschichteten Teile: Die während der Beschichtung verteilte Stromdichte erscheint zu gering.
• Ungeeignete Aufhängeart: Der Abstand zwischen Werkstück und Zinkanode ist zu groß, die Position muss angepasst werden.
• Stark korrodiertes Werkstück: Beim reduzierten Wasserstoffentwicklungspotenzial sinkt der Stromwirkungsgrad durch beschleunigte Wasserstoffentwicklung an der Werkstückoberfläche, was die Zinkabscheiderate beeinträchtigt. Ein geeigneter Korrosionsinhibitor sollte der Beizlösung zugefügt werden; zu dicke lokale Zunderschichten sollten zunächst mechanisch entfernt werden, und während des Beizens sollten mehr Kontrollen durchgeführt werden.
• Anodenpassivierung: Die wirksame Fläche verringert sich, was die normale Stromverteilung beeinträchtigt.
• Zu niedriger Natriumhydroxidgehalt: Bei niedrigem NaOH-Gehalt steigt die Stromdichte nicht an, und die Anode passiviert.

Vorteile des Verzinkens

Rostschutz:

Es bildet sich eine schützende Beschichtung auf der Oberfläche, die verhindert, dass korrosive Substanzen mit dem darunter liegenden Stahl oder Eisen reagieren. Selbst wenn die Zinkschicht beschädigt wird, korrodiert das Zink vor dem Eisen, und das verbleibende Zink bildet mit der Atmosphäre eine dichte, in Regenwasser unlösliche Patina, die den freiliegenden Stahl oder Eisen schützt.

Langlebig:

Die durch Verzinken gebildete Zinkbeschichtung ist zäh und langlebig und bietet dem Grundmetall oft jahrzehntelangen Schutz.

Wirtschaftlich / niedrige Kosten:

Verzinken ist im Vergleich zu den meisten behandelten Stählen ein recht einfacher und kostengünstiger Oberflächenbehandlungsprozess. Zudem kann verzinkter Stahl ohne zusätzliche Oberflächenvorbereitung, Inspektion, Lackierung/Beschichtung etc. geliefert werden und erfordert keine Wartung, was weitere Kosten spart.

Dicke Beschichtungen:

Obwohl nicht für alle Anwendungen geeignet, erzeugt Verzinken dickere Beschichtungen als beispielsweise Galvanisieren.