Korrosionsbeständigkeit von Zinkbeschichtungen

Wenn Sie über den besten Weg nachdenken, Metalloberflächen vor den unerbittlichen Kräften der Korrosion zu schützen, ist ein einfacher Satz, den Sie sich merken sollten, „denken Sie an Zink“. Wenn ein Zinküberzug galvanisch auf die Oberfläche von eisenhaltigen Metallen aufgebracht wird, bildet er eine gewaltige korrosionsbeständige Barriere – und bietet darüber hinaus eine Reihe weiterer wichtiger Vorteile.

Die bemerkenswerte Wirksamkeit der Verzinkung in Verbindung mit ihren relativ niedrigen Kosten hat sie zu einer beliebten Wahl für den Schutz von Oberflächen in allen Arten von Fertigungsprozessen gemacht. Sie finden Zinkbeschichtungen auf Muttern, Schrauben, Automobilteilen und einer breiten Palette anderer Konsumgüter.

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Zink: Wofür wird Zink verwendet?

Zink ist ein natürlich vorkommendes Element, das in der Erdkruste reichlich vorhanden ist. Wenn Sie sich an Ihre Schulzeit in Chemie zurückerinnern, wissen Sie vielleicht noch, dass Zink (Zn) eines der chemischen Elemente ist, die im Periodensystem der Elemente aufgeführt sind – genauer gesagt die Nummer 30.

Lange bevor Zink 1746 von einem deutschen Chemiker namens Andreas Marggraf offiziell als natürliches Element entdeckt und isoliert wurde, wurden Zinkerze mit Kupfer kombiniert, um Messing herzustellen. Die Herstellung von metallischem Zink geht auf das 13. Jahrhundert zurück. In seinem metallischen Zustand ist Zink relativ hart und spröde. Es zeichnet sich außerdem durch seine bläulich-weiße Farbe aus.

Zink ist heute das am viertmeisten verbrauchte Metall der Welt. Nahezu die Hälfte des produzierten Zinks wird für die Verzinkung verwendet, um Stahl und Eisen vor Rost zu schützen. Dabei wird die Oberfläche eines Metalls mit einer dünnen Zinkschicht überzogen, um eine korrosionsbeständige Barriere zu schaffen. Die Legierung von Zink mit Kupfer zur Herstellung von Messing ist nach wie vor eine weit verbreitete Praxis und stellt die zweithäufigste Form der Zinkverwendung dar.

Wenn Sie in der industriellen Fertigung arbeiten, ist Ihnen der Begriff „Handelszink“ vielleicht bekannt. Dies bezieht sich auf eine Zinkbeschichtung, die häufig zur Beschichtung von Metallteilen verwendet wird. Es kann einen grundlegenden Schutz gegen Korrosion bieten.

Wie stoppt Zink die Korrosion?

Zink hat die inhärente Fähigkeit, Korrosionsnebenprodukte zu bilden, die die Korrosionsrate von Eisenmetallen erheblich reduzieren können. Diese Zinkkorrosionsprodukte, die gemeinhin als Zinkpatina bezeichnet werden, dienen als Schutzbarriere auf Metalloberflächen. Sie helfen, Feuchtigkeit fernzuhalten, die den Korrosionsprozess erheblich beschleunigen kann. Je nach Umgebungsbedingungen kann Zink bis zu 100-mal langsamer korrodieren als andere Metalle.

Zinkbeschichtungen bilden eine Schutzbarriere gegen Feuchtigkeit

Das Konzept der Oxidation, das umgangssprachlich auch als Rost bezeichnet wird, ist Ihnen vielleicht bekannt. Er entsteht, wenn Eisen oder Stahl mit Luftfeuchtigkeit in Berührung kommt. Eisen und Stahl sind besonders anfällig für Oxidation. Denken Sie daran, was passiert, wenn Sie ein Metallobjekt aus Stahl oder Eisen im Freien stehen lassen, ohne es vor Regen oder Schnee zu schützen: Die Bildung von Rost ist unvermeidlich.

Die Zinkbeschichtung dient als metallische Barriere, die verhindert, dass Feuchtigkeit an die Oberfläche des beschichteten Objekts gelangt. Dies ist nicht nur im Außenbereich wichtig, sondern auch in vielen Industrie- oder Produktionsumgebungen in Innenräumen, die die Bildung von Oxidation begünstigen. Feuchtigkeit kann durch Lüftungsschächte eindringen, und bestimmte chemikalienhaltige Atmosphären, die in einigen industriellen Umgebungen anzutreffen sind, können ebenfalls die Korrosion von Metalloberflächen fördern.

Zink dient als Opferbeschichtung

Interessanterweise ist ein weiterer Grund dafür, dass Zinkbeschichtungen die Korrosion so wirksam aufhalten, die korrosiven Eigenschaften von Zink selbst. Durch einen Prozess, der als galvanische Korrosion bekannt ist, wird Zink dem Metall, das es schützt, „untergeordnet“. Zink ist elektrochemisch aktiver als Eisen. Wenn Zink und Stahl in einer elektrolytischen Lösung miteinander in Kontakt kommen – was bei der Verzinkung der Fall ist – dient das Zink als Anode für den Stahl. Dadurch wird die Bildung kleiner anodischer und kathodischer Bereiche auf der Oberfläche des Metalls verhindert, was die Entwicklung und Ausbreitung von Korrosion erheblich verringert.

Zink wirkt auch als Opferschicht, die den Stahl durch die Verzinkung schützt. Stahl korrodiert nicht so schnell, wenn er mit einer Zinkschicht überzogen ist, selbst wenn ein Kratzer oder ein Schnitt den Stahl der Luft oder Feuchtigkeit aussetzt. Die Zinkschicht wird immer zuerst anlaufen und korrodieren. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu Beschichtungen, die aus Materialien wie Farbe oder Aluminium bestehen, bei denen der korrodierende Stahl die Beschichtung im Laufe der Zeit untergräbt und ihre Wirksamkeit verringert.

Der Verzinkungsprozess

Der Verzinkungsprozess kann je nach den Präferenzen des Metallveredelungsunternehmens sowie der jeweiligen Verzinkungsanwendung variieren. Im Allgemeinen beginnt der Prozess mit der Reinigung der Metalloberfläche mit einer alkalischen Reinigungslösung, um Öl, andere Materialien oder Ablagerungen zu entfernen. Anschließend wird der Gegenstand mit einer sauren Lösung behandelt, um Rost oder Oberflächenzunder zu entfernen.

Nach der Reinigung kann der eigentliche Verzinkungsprozess beginnen. Der Gegenstand wird in eine Elektrolytlösung getaucht, die gelöstes Zink enthält. Dann wird ein elektrischer Gleichstrom in die Lösung eingeleitet, der das Zink auf der Kathode abscheidet – dem chemisch weniger aktiven Gegenstand oder Teil, das verzinkt werden soll. Dieser Vorgang wird als galvanische Abscheidung bezeichnet. Das Zink dient als Anode, also als die aktivere Komponente.

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Ein potenzielles Problem bei der Verzinkung ist, dass das Metall während des Beschichtungsprozesses mit Wasserstoffmolekülen in Berührung kommen kann. Dies kann zu einem Zustand führen, der als Wasserstoffversprödung bekannt ist, bei dem eingeschlossener Wasserstoff das Metall schwächt und zu Rissen führen kann. Durch Einbrennen des Gegenstands nach der Beschichtung kann der Wasserstoff im gesamten Metall verteilt werden, wodurch das Risiko der Versprödung minimiert wird.

Verzinkung im Gestell- und Trommelverfahren

Zinkbeschichtungen werden unter anderem im Gestell- und Trommelverfahren aufgebracht. Bei der Gestellverzinkung werden die Teile während des Verzinkens auf einer Vorrichtung befestigt, um sie an ihrem Platz zu halten und Beschädigungen zu vermeiden. Bei der Trommelverzinkung werden die Teile in einen speziell konstruierten Behälter gelegt, der das Beschichtungsbad enthält. Die Trommel wird während des Beschichtungsprozesses langsam gedreht, um die Teile zu beschichten.

Die Trommelverzinkung ist normalerweise die beste Wahl für kleinere, empfindliche Teile, die den durch eine rotierende Trommel verursachten Stößen nicht standhalten können. Die Trommelverzinkung hingegen ist in der Regel kostengünstiger und weniger arbeitsintensiv. Sie ist oft die bessere Wahl, wenn viele Teile auf einmal beschichtet werden sollen.

Nachchromatierung

Eine weitere Möglichkeit, die Korrosionsschutzeigenschaften der Verzinkung zu verbessern, ist die Nachchromatierung. Ein Chromat ist ein Salz, das eine Kombination aus Chrom und Sauerstoff enthält. Das Eintauchen von verzinkten Teilen in eine Dichromat- oder Chromsäurelösung als Teil des Nachverzinkungsprozesses kann sie weniger anfällig für Oxidation machen. Außerdem wird dadurch eine weitere korrosionsbeständige Barriere gegen Feuchtigkeit geschaffen.

Verwendung von Nachbehandlungsversiegelungen

Ein weiterer weit verbreiteter Nachverzinkungsprozess ist die Anwendung von Nachbehandlungsversiegelungen, die nach der Chromatierung erfolgen. Versiegelungen können bei gelben, schwarzen, schwarz oxidierten (olivgrünen) oder klaren (blauen) Zinküberzügen verwendet werden. Eine Versiegelung bewirkt, dass der Chromatierungsfilm aushärtet, und fördert gleichzeitig die Haftung des Zinküberzugs. In Verbindung mit einer Chromatierung können Versiegelungen den Korrosionsschutz um bis zu 100 Prozent erhöhen.

Prüfung der Korrosionsbeständigkeit von Zinküberzügen

Einige Metallveredelungsbetriebe haben die Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit einer verzinkten Oberfläche nach der Beschichtung zu prüfen. Dies geschieht in der Regel durch ein Verfahren, das als Salzsprühnebeltest bekannt ist. Mit der Salzsprühnebelprüfung lässt sich der relative Schutzwert einer Beschichtung recht einfach bestimmen. Die Ergebnisse werden anhand der Anzahl der Stunden gemessen, die es dauert, bis sich nach dem Besprühen Weißrost bildet.

Arten der Verzinkung

Die verschiedenen Arten der Verzinkung lassen sich an der Farbe erkennen, die durch die unterschiedlichen Formulierungen erzeugt wird. Jede Farbe bietet ein unterschiedliches Maß an Korrosionsschutz:

• Gelbes Zink – Diese Art von Zinküberzug wird häufig in der Automobilindustrie verwendet und bietet ein durchschnittliches Maß an Korrosionsschutz.
• Schwarzes Zink – Schwarze Zinküberzüge sind als schwarzes Oxid, das eine olivgrüne Farbe haben kann, oder als rein schwarze Beschichtung erhältlich. Ersteres bietet in der Regel eine etwas bessere Korrosionsbeständigkeit.
• Klares oder blaues Zink – Diese Beschichtungsform bietet in der Regel einen geringeren Korrosionsschutz, gilt aber als umweltfreundlicher.
• Saures Zink – Saures Zink unterscheidet sich von anderen Arten der Verzinkung, da es kein Zyanid in das Beschichtungsbad einbringt. Ein Hauptvorteil des sauren Zinks ist, dass es auf schwer zu beschichtenden Substraten eingesetzt werden kann.

Klassifizierung der Verzinkungsarten

Die American Society for Testing Methods hat ein Klassifizierungssystem eingeführt, das auf dem Grad des Korrosionsschutzes basiert, den eine Zinkschicht bietet. Dies kann bei der Bestimmung der am besten geeigneten Beschichtungsart hilfreich sein. Es gibt vier verschiedene Stufen, die von Beschichtungen, die ideal für leichte Innenanwendungen sind, bis hin zu Beschichtungen reichen, die eher für extreme Außenumgebungen geeignet sind. Im Allgemeinen gilt: Je dicker die Beschichtung ist, desto mehr Schutz bietet sie.

Beschichtung mit Zinklegierungen

Wenn es darum geht, den Korrosionsschutz zu maximieren, ist die Beschichtung mit Zinklegierungen in der Regel effektiver als die Beschichtung mit Zink selbst. Die wohl am häufigsten verwendete Legierung für die Verzinkung ist Zink-Kobalt, das die Korrosionsbeständigkeit um das Fünffache erhöhen kann. Eine Zink-Kobalt-Legierung ist außerdem äußerst dehnbar – sie verliert ihre Zähigkeit auch dann nicht, wenn sie verformt oder in verschiedene Formen gebogen wird.

Zu den weiteren häufig verwendeten Zinklegierungen gehören Zink-Eisen, Zinn-Zink und Zink-Nickel. Unabhängig davon, welche Legierung verwendet wird, bietet sie einen wesentlich besseren Korrosionsschutz als eine Beschichtung mit Zink allein.

Weitere wichtige Vorteile der Verzinkung

Wenn Sie eine Verzinkung in Betracht ziehen, ist der Korrosionsschutz nicht der einzige potenzielle Vorteil. Weitere wichtige Vorteile sind:

• Geringe Kosten – Zink ist viel häufiger vorhanden und günstiger als viele andere Metalle, die für Beschichtungen verwendet werden. Wenn es um wirtschaftliche Beschichtungen geht, ist Zink eine ausgezeichnete Alternative.
• Glänzende Oberfläche – Beschichtungen werden manchmal verwendet, um das Aussehen einer Metalloberfläche zu verbessern, oft um das Objekt für potenzielle Käufer attraktiver zu machen. Durch Verzinkung kann ein Glanzgrad erreicht werden, der dem von Chrom entspricht. Der Helligkeitsgrad kann durch verschiedene Zusätze gesteuert werden. Die breite Palette der verfügbaren Farben bietet auch eine große Flexibilität bei der Auswahl der am besten geeigneten Oberfläche.
• Verschiedene Oberflächenausführungen – Zinkbeschichtungen können in einer breiten Palette von Strukturen und Mustern hergestellt werden. Sowohl eine glatte, glatte Oberfläche als auch eine raue Struktur mit einem Paillettenmuster lassen sich problemlos erzielen.
• Einfache Anwendung – Zinküberzüge lassen sich leicht auftragen, und der Verzinkungsprozess führt zu einer spannungsarmen Ablagerung, die das Substrat nicht beschädigt. Darüber hinaus kann Zink mit einer breiten Palette von chemischen Beschichtungsbädern verwendet werden.
• Kompatibel mit verschiedenen Beschichtungsverfahren – Zink kann sowohl mit Gestell- als auch mit Trommelverfahren verwendet werden. Das bedeutet, dass die Verzinkung für Teile verschiedener Größen und Arbeitsvolumina geeignet ist.
• Funktioniert gut als Grundierung – Wenn Ihre Anwendungen eine Lackierung oder E-Beschichtung beinhalten, kann Zink aufgrund seiner hervorragenden Hafteigenschaften eine äußerst effektive Grundierung sein. Natürlich verbessert es auch die Korrosionsbeständigkeit der lackierten oder beschichteten Oberflächen.

Einschränkungen

Wie bei jedem Metallveredelungsverfahren gibt es auch bei der Verzinkung gewisse Einschränkungen. Zum Beispiel ist Zink bei hohen Temperaturen in der Regel nicht sehr leistungsfähig. Seine Korrosionsschutzfähigkeiten nehmen ab einer Temperatur von mehr als 212° F deutlich ab. Wenn die Teile nach der Beschichtung nicht ordnungsgemäß eingebrannt werden, kann es bei Temperaturen von mehr als 500° F zu Versprödung kommen.

Es kann auch schwierig sein, eine Zinkschicht gleichmäßig auf einer Metalloberfläche zu verteilen. Gegenstände, die sich in geschlossenen Räumen befinden, die anfällig für Feuchtigkeit sind, können die schnelle Korrosion von verzinkten Oberflächen fördern. Zink verträgt sich nicht gut mit Laugen oder Säuren.

Eine Vielzahl von Faktoren kann sich auf die Lebensdauer einer Zinkbeschichtung auswirken, darunter die Zusammensetzung der Atmosphäre sowie die Art und Dicke der Beschichtung.

Sharretts Plating Company bietet eine breite Palette von Verzinkungsdienstleistungen

SPC ist eine zuverlässige Quelle für eine Vielzahl von kostengünstigen Verzinkungsdienstleistungen, die von vielen verschiedenen Unternehmen und Branchen genutzt werden. Viele unserer Kunden entscheiden sich für die Verzinkung als kostengünstige Alternative zur Beschichtung mit Edelmetallen wie Gold oder Platin.

Wir bieten sowohl Gestell- als auch Trommelverzinkung an, die unseren Kunden zahlreiche flexible Optionen bieten. Neben Zink bieten wir auch Zink-Nickel-Beschichtungen für einen verbesserten Korrosionsschutz an.

Unsere Verzinkungsdienstleistungen beruhen auf fast 90 Jahren Erfahrung in der Bereitstellung maßgeschneiderter Lösungen für die Metallveredelung. Wir können sogar effektive Verzinkungsoptionen für schwer zu beschichtende Substrate anbieten, die die Möglichkeiten vieler unserer Wettbewerber übersteigen. Das alles ist Teil unseres ständigen Bestrebens, jeden unserer Kunden rundum zufrieden zu stellen.

Lassen Sie nicht zu, dass Korrosion Ihren Metallteilen und Komponenten ihren Tribut fordert. Wenden Sie sich noch heute an SPC, um mehr über die vielen Vorteile unserer Verzinkungsdienstleistungen für Ihr Unternehmen zu erfahren. Gerne vereinbaren wir mit Ihnen einen unverbindlichen Beratungstermin und erstellen Ihnen ein kostenloses Angebot für unsere Dienstleistungen.