1. Feuerverzinkung

Dies ist das qualitativ beste Verfahren der Auftragung von Zinkoberflächen auf Stahl. Die Beschichtung wird durch kurzzeitiges Eintauchen der vorher entfetteten, gebeizten oder mechanisch gesäuberten Kleinteile aus Schwarzmetall in eine Wanne mit geschmolzenem Zink (ca. 430-470°C) aufgetragen. Vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze werden die Kleinteile durch eine Schicht von Zuschlägen bedeckt, welche sich auf der Oberfläche des Wannentiegels befindet und aus einer Mischung von Zinkchlorid und Ammoniumchlorid besteht. Die Zugabe von Zuschlägen kann auch in einer einzelnen Wanne durch Eintauchen in eine konzentrierte Lösung aus Zinkchlorid mit anschließender Trocknung erfolgen.

 

Heißbeschichtete Kleineisenteile werden hinsichtlich ihrer Korrosionsschutzeigenschaften nur von Edelstahl übertroffen. Die Einmaligkeit dieser Beschichtung besteht in deren Fähigkeit, eine zweifache Korrosionsschutzbarriere unmittelbar in Form der Hülle und dank die Katoden-Erneuerung von Stahl sogar im Falle einer Beschädigung der Zinkschicht zu bilden.

 

Bei der Montage von Metallkonstruktionen ist unzweifelhaft deren Schwachstelle ihre Verbindungsstellen, die unter Nutzung von Kleineisenteilen ausgeführt werden. Hauptbelastungen bei Temperaturänderungen, bei äußeren Einwirkungen gehen zumeist auf das Konto von Verbindungsstellen. Deshalb sind strengste Anforderungen, die an diese Art von Kleinteilen gestellt werden, völlig gerechtfertigt. Bis zum heutigen Tag werden für diese Ziele immer noch häufig genug Kleineisenteile ohne jegliche Beschichtung eingesetzt. Jedoch trägt das Unternehmen, welches die Montage von Metallkonstruktionen realisiert, kolossale Aufwendungen, verbunden mit der vorherigen Säuberung der Eisenteile, der Entfettung, der Abstrahlung der Kopplungsstutzen, der Grundierung und Lackierung. Neben der ökonomischen Seite gibt es bei der Ausführung dieser Arbeiten auch eine nicht geringe ökologische Komponente. Alle oben aufgezählten Arbeiten der Umwelt riesigen Schaden zu.

 

In letzter Zeit haben Planer von Anlagen unter Nutzung metallischer Stahlkonstruktionen begonnen, hochfeste Eisenteile zu nutzen, die mit dem Thermodiffusionsverfahren verzinkt wurden. Dies ist zweifellos besser als Eisenteile ohne Beschichtungen, aber wegen der Unvollkommenheit der Technologie ist dessen Qualität ebenso weit entfernt von den Anforderungen der Auftraggeber. Außerdem, kann ein Eisenteil mit einer Beschichtung nach dem Thermodiffusionsverfahren nicht ohne zusätzliche Lackierung der Oberflächenschicht eingesetzt werden, weil auf dessen Oberfläche keine homogene Zinkoxid-Schicht entsteht, welche eine Grundschutzfunktion gegen Korrosion erfüllt, wie im Falle von heißverzinkten Eisenteilen. Aber das Wichtigste ist: Diese Art der Beschichtung ist dem Kernzerfall ausgesetzt, was unter bestimmten Bedingungen zur Zerstörung des Erzeugnisses selbst führt.

 

Alle oben genannten Probleme sind vollständig ausgeschlossen bei Nutzung heißverzinkter Eisenteile. Eisenteile, die heißverzinkt sind, brauchen keinerlei zusätzliche Verarbeitung. Die Betriebsdauer dieses Teils (Lacke usw.) beträgt 50-120 Jahre in Abhängigkeit vom äußeren Milieu.

 

Dessen höhere Kosten im Vergleich zu Eisenteilen ohne Beschichtung sind gerechtfertigt und bringen eine zusätzliche Einsparung schon auf der Etappe der Montage der Metallkonstruktionen.

 

Die entstandene Beschichtung ist nicht homogen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung. An der Grenze von Zink und Stahl stellt die Beschichtung eine Schicht von intermetallischen Verbindungen von Zink mit Eisen (FeZn7 und FeZn3) dar. Die obere Schicht der Beschichtung besteht aus reinem Zink.

 

Dicke und Qualität der entstandenen Beschichtung hängen ab von der Temperatur der Schmelze, der Dauer des Eintauchens, der Geschwindigkeit der Entnahme aus der Wanne und der nachfolgenden Operationen der Entfernung von Resten der Zinkschmelze.

 

Beschichtungsschichten, aufgetragen auf Eisenteile (Kleineisenteile), betragen, in der Regel 20-70 Mikrometer. Bei Auftragung einer Beschichtung größerer Dicke ändern sich die physikalisch-technischen Eigenschaften der Erzeugnisse, vor allem an den Übergangsstellen (Schraube-Mutter) wie: Drehmoment; Abbruch des Paares Schraube-Mutter usw.

 

Eine kontinuierliche Heißverzinkung wurde realisiert in Mehrtonnengeräten bei der Fertigung von Blechmaterial, Rohren und Draht auf automatischen Hochgeschwindigkeitslinien. Die Entwicklung von Technik und Technologie der heißen Verzinkung ermöglicht es, die Produktion von Dünnblech aus kalt gewalztem verzinkten Stahl für den Automobilbau aufzuziehen. Dabei wird der Zinküberschuss mit pneumatischen Hebeln von der Oberfläche "mit pneumatischen Messern" entfernt und es entsteht eine Beschichtung geringer Größe (8-10 Mikrometer), was das anschließende Pressen, das Schweißen und die Lackierung der Teile einer Automobilkarosse erleichtert.

 

In modernen Fahrzeugen werden 60-90 % der Karosserierahmen vorrangig aus heißverzinktem Stahl gefertigt.

 

2. Auftragsmetallspritzen


Das Metallspritzen erfolgt durch Aufspritzen geschmolzenen Metalls auf die zu beschichtende Oberfläche aus speziellen Gasflammen- oder Lichtbogen-Pistolen. Zink in Form von Leitungen kommt in die Zerstäubungspistole, wird geschmolzen und pulverisiert sich auf dem Erzeugnis. Die geschmolzenen Zinktropfen erstarren an der Oberfläche in Form einer Vielzahl von metallischen Schuppen, welche die Beschichtung sicherstellen.

 

Die Struktur der Beschichtung hat die Form einzelner leistenartiger Schichten. Eine der wichtigen Bedingungen einer stabilen Haftung der Beschichtung mit der Grundlage ist die ausreichende Unebenheit der zu beschichtenden Oberfläche, welche erreicht wird durch Sandstrahlbearbeitung oder Beizen.

 

Im Vergleich zum Heißverzinken erfordert das Auftragsmetallspritzen keine Nutzung energieintensiver und großkalibriger Ausrüstungen, z.B. von Wannen. Das Auftragen von Zink kann man nicht nur unter Produktionsbedingungen, sondern auch unter Feldbedingungen praktisch unabhängig von der Saison durchführen.

 

Die Methode wird eingesetzt zum Schutz großer Metallkonstruktionen, dabei kann man wahlweise die Menge des aufgetragenen Zink regulieren und Beschichtungen von einer größeren Dicke vornehmen (ca. 250 Mikrometer und mehr). Zu den Unzulänglichkeiten des Verfahrens muss man die großen Verluste (bis zu 35%) von Zink bei der Aufbringung zählen.

 

Für die Verdichtung der "metallisierten" Zinkbeschichtungen und die Erhöhung ihrer Schutzeigenschaften wird eine anschließende Imprägnierung der Schicht mit verschiedenen Schutzstoffen angewandt, oder es werden organische Grundierungen und Lacküberzüge eingesetzt.

 

3. Thermodiffusionsverzinkung


Das Wesen der Methode (früher nannte sich der Prozess "Sherardisieren") besteht in der Sättigung der Oberfläche von Eisen mit Zink und erfolgt bei erhöhten Temperaturen in einer zinkhaltigen Pulvermischung. Die Beschichtungen können auf Stähle mit geringem oder hohem Kohlenstoffanteil wie auch auf Gusseisen aufgetragen werden.

 

Bei der Erhitzung diffundiert Zink durch das Eisen unter Bildung von verschiedenem intermetallischem Zn-Fe in der Oberflächenschicht, welche die Grundlage der Thermodiffusionsbeschichtung darstellen.

 

Der Prozess erfolgt in sich langsam drehenden Stahltrommeln unter Belastung von einigen hundert kg von Eisenteilen bei Temperaturen im Bereich 300~450°C. Im Ergebnis chemisch-thermischer Prozesse, die im Verlaufe von 2-4 Stunden ablaufen, erfolgt die Bildung einer ziemlich gleichmäßigen Beschichtung auf den kleinen Bauteilen.

 

Die chemische Zusammensetzung des Stahls hat keinen messbaren Einfluss auf die Stärke und Struktur der entstehenden Beschichtungen, und das limitierende Stadium der Verzinkung ist die Zuführung der Pulvermischung zur Oberfläche der Kleineisenteile. Die Dicke der entstandenen Beschichtung wird reguliert durch die Zusammensetzung und den Umfang der in die Trommel gegebenen Zinkmischung und durch die Temperatur und Dauer des Prozesses. Durch das Thermodiffusionsverfahren werden Beschichtungen mit einer Dicke von 10-150 Mikrometer aufgetragen.

 

Für die Verbesserung der äußeren Ansicht und die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit wird eine Endbearbeitung der Oberfläche vorgenommen ein Phosphatieren mit verdichtenden Imprägnierungen oder ein Anstrich.

 

Die Thermodiffusionsverzinkung (mit zusätzlicher Oberflächenbearbeitung) wird hauptsächlich angewandt als Alternative zur Heißverzinkung bei langfristigem Korrosionsschutz von Eisenteilen in der Bauindustrie.

 

4. Zinkhaltige Beschichtungen


Zu den zinkhaltigen Beschichtungen gehören Beschichtungen auf Grundlage anorganischer oder organischer Verbundstoffe mit einem hohen Anteil hochdispersen Zinkpulvers. Dank dem hohen Anteil von Zink im Trockenüberzug (in der Regel nicht weniger als 80%) zeigen zinkhaltige Beschichtungen in bestimmten Maße Eigenschaften von Anoden. Gleichzeitig ist den zinkhaltigen Beschichtungen ein Barriere-Schutzmechanismus, der für lackierte Beschichtungen typisch ist, eigen.

 

Als anorganisches Bindemittel werden Ethylsilikat-Mischungen eingesetzt. Organische Bindemittel stellen Harze dar, die Bestandteile traditioneller Lacke sind Urethane, Epoxide, Acryl oder Silikat-organische. Damit summieren sich in den zinkhaltigen Beschichtungen die Vorzüge von zinkhaltigen metallischen und Lackbeschichtungen. die Dicken der Beschichtungen betragen gewöhnlich Dutzende Mikrometer. Die hohen Schutzeigenschaften erlauben den Einsatz von zinkhaltigen Beschichtungen in Fällen, in denen die Auftragung von Zinkbeschichtungen mit traditionellen Methoden faktisch schwer realisierbar oder wirtschaftlich nicht vorteilhaft ist. Beispiele von Stahlkonstruktionen, die durch Beschichtungen korrosionsgeschützt, sind Reservoire für die Vorhaltung von Wasser, Metallkonstruktionen und Ausrüstungen für den Erdöl- und Gaskomplex, die unter aggressiven Bedingungen arbeiten. Zinkhaltige Beschichtungen sind eine würdige Alternative zum Heiβ- oder Thermodiffusionsverzinken.

 

Durch das Unternehmen "Diamond Shamrock Corp." (USA) wurde ein Korrosionsschutzverfahren von Stahlteilen entwickelt, vorrangig von Kleinteilen, unter der Bezeichnung "Dacromet-320". Die Beschichtung wird mit der Methode des Eintauchens der Bauteile in eine Suspension von Zinkteilen in einer Wasserlösung organischer und anorganischer Komponenten aufgetragen. Nach Entfernung der Reste der Suspension werden die Bauteile einer stufenweisen Erhitzung unterworfen, beginnend mit 80°C bis hin zur Endtemperatur um die 300°C.

 

Die Besonderheit der Beschichtung "Dakromet 320" besteht im Vorhandensein von Zinkteilchen mit Größen im Mikrometerbereich in Form von Flocken, die vorher in Chromatlösung bearbeitet und durch anorganische Bindemittel fest miteinander verbundene sind. Die Dicke der trockenen Beschichtung beträgt 8-10 Mikrometer. Die Beschichtung hat eine silbern-graue Farbe und dank dem Vorhandensein von Chromaten im System verfügt sie über eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

 

Als Weiterentwicklung zinkgefüllter Beschichtungen tauchten sogenannte "Zinklamellenbeschichtungen" auf mit zusätzlichen Schichten, die kein sechswertiges Chrom enthielten. Das System der Lamellenzinkbeschichtung beinhaltet eine Basisschicht, bestehend aus dünnen Aluminium- und Zinkschuppen (Lamellen) und, bei Notwendigkeit, ein oder mehreren zusätzlichen Schichten, welche der Beschichtung zusätzliche Eigenschaften: Friktions-, Korrosions- und chemische Beständigkeit, Farbe und anderes.

 

Eine Zinklamellenbeschichtung wird auf die vorher vorbereitete Oberfläche der Bauteile durch ihr Eintauchen in eine hochdisperse Suspension aus Zink- und Aluminiumpulver, in Form von Schuppen, in einem bindenden Material oder Aufstäuben der Suspension auf die Bauteile mit ihrer anschließenden Erhitzung auf bis zu 240°C zum Trocknen und zur Festigung aufgetragen. Die sich herausbildende Basisbeschichtung enthält mehr als 70% Zink- und bis zu 10% Aluminiumpulver, wie auch bindende organische Stoffe. Sie besteht aus einer Vielzahl von Schichten aus Aluminium- und Zinkteilchen, mit einer Dicke von weniger als einem Mikrometer und einer Breite von rund 10 Mikrometer. Die geringe Größe der Teilchen ermöglicht es, Zinklamellenbeschichtungen mit einer Dicke von 4-8 Mikrometer, die im Automobilbau zur Anwendung kommen zu erreichen. Dickere Beschichtungen finden Anwendung für die Auftragung auf Bauteile und Elemente von Baukonstruktionen.

 

Die Beschichtung verfügt über elektrische Leiteigenschaften, ihr höheres elektrisch negatives Potential im Vergleich zu Stahl schafft einen elektrochemischen Schutz als Ergänzung zum Barrieren-Schutz.

 

Der Einsatz zinkgefüllter Beschichtungen führt nicht zur Entstehung von Wasserstoff-Sprödigkeit der zu beschichtenden Stähle.

 

5. Mechanische Verzinkung


Die mechanische Verzinkung gehört zu den "stromlosen" Verfahren der Auftragung metallischer Beschichtungen und wird in den Fällen angewandt, in denen eine guter Korrosionsschutz eines Eisenteils erforderlich ist und man unbedingt dessen Wasserstoffanreicherung vorbeugen muss, welche normalerweise die elektrochemische Verzinkung begleitet.

 

Mechanisch aufgetragene Zinkbeschichtungen finden gegenwärtig Anwendung in der Industrie und sind eingeschlossen in die Spezifikationen von Automobilherstellern, nach denen für Stahlteile mit einer Festigkeit von mehr als 1.000N/mm² empfohlen wird, stromlose Verfahren der Verzinkung anzuwenden, bei deren Auftragung keine Wasserstoffanreicherung des zu beschichtenden Eisenteils stattfindet.

 

Das Prinzip des Verzinkens besteht im mechanischen Zusammenwirken  im Wasserumfeld der zu beschichtenden Oberfläche, von hochdispersen Zinkschuppen (2-5 Mikrometer), die sich in schwebendem Zustand befinden, und von Glaskugeln. Der Prozess erfolgt in Trommeln oder Glocken, wohin die nacheinander zu beschichtenden Teile eingelegt werden, wie auch die Glaskugeln und die saure wässrige Lösung chemischer Stoffe. Hierhin wird auch das Zinkpulver dosiert zugegeben. Beim Drehen der Trommel pressen sich die Zinkteilchen mit den Glaskugeln an die metallische Grundlage des Erzeugnisses. An ihren Berührungspunkten mit der Grundlage entstehen ein hoher Kontaktdruck und die Herausbildung von Adhäsionsverbindungen.

 

Eine bestimmte Rolle bei der Auftragung mechanischer Beschichtungen spielen organische Stoffe, die in Wasserlösungen enthalten sind, in denen auf der Oberfläche die Bildung dünner Adsorptionsfilme möglich ist. Zu solchen Stoffen gehören Amine, Amide, Kondensationsprodukte mit Oxiran, quartäre Aliphate von Ammonium, einfache und komplexe aromatische Äther, Sprit, Aldehyde und eine Reihe anderer.

 

Für die Verbesserung der Adhäsion der Zinkbeschichtung mit einer Grundlage auf dem Einzelteil wird vorher auf chemischem Weg eine dünne Zwischenschicht aufgetragen (weniger als 1 Mikrometer) von "edleren" Metallen-Kupfer oder Zinn.

 

In einer sauren Lösung löst sich Zinkpulver teilweise auf, und auf der Oberfläche der Teilchen wird Wasserstoff frei, welcher gasförmig aus der Lösung entweicht. Speziell der Lösung zugegebene Hemmstoffe bremsen die intensiven Reaktionen von Zink mit der sauren Lösung und senken den Wasserstoffausstoß, und unter einer Kupferschicht verzögern sie die Diffusion von atomarem Wasserstoff in die Stahlgrundlage. Auf diese Art und Weise erfolgt bei einer mechanischen Verzinkung keine Wasserstoffanreicherung, es entsteht keine Wasserstoffsprödigkeit bei hochfesten und gehärteten Stählen, und es entfällt die Notwendigkeit von Operationen des "Entzuges der Wasserstoffanreicherung".

 

Das Verzinken erfolgt in automatischen Linien oder in Ein-Positions-Glockenanlagen, die manuell bedient werden. Die erfolgten Beschichtungen kann man chromatieren (passivieren), und nach der Korrosionsbeständigkeit im Salznebel sind sie nicht schlechter als traditionell galvanisierte Beschichtungen.

 

Mechanisch aufgetragene Zinkbeschichtungen mit einer Dicke von 7-12 Mikrometer werden in verschiedenen Zweigen des Maschinenbaus für den Korrosionsschutz von Bauteilen aus hochfesten und gehärteten, wie auch von Stählen mit geringem Kohlenstoffanteil angewandt. Für die Anwendung im Bauwesen kann die Dicke der Beschichtung 25 Mikrometer und mehr betragen.

 

6. Elektrolytische Verzinkung


Das Elektrolytische Verzinken ist ein in der Gegenwart weit verbreitetes Verfahre und wird faktisch in allen Bereichen der Industrie für den Korrosionsschutz eingesetzt verschiedener Metallerzeugnisse eingesetzt, solcher wie Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, alle möglichen Befestigungs- und Konstruktionselemente. Mit dem elektrolytischen Verfahren wird Zink ebenso auf kaltgewalzte dünnes Stahlblech aufgetragen.

 

Dieses rationalere und wirtschaftlichere Verfahrendes Verzinkens erlaubt es, in einem breiten Spektrum die Dicke und Eigenschaften der aufgesetzten Zinkschicht zu regulieren.

 

Elektrolytische Zinkbeschichtungen, werden in der Regel nicht ohne Endbearbeitung angewandt. Unter einer Endbearbeitung versteht sich die Schaffung von Konversionsfilmen auf der Zinkoberfläche - mit Chromaten, Phosphaten und deren Unterarten, wie auch ein zusätzliches Tränken der Konversionsüberzüge mit verdichteten Stoffen und / oder die Auftragung von organischen Polymerfilmen auf die Konversionsüberzüge.

 

Über eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Beschichtungen auf Basis von reinem Zink verfügen elektrolytische Legierungen Zn-Ni, Zn-Co, Zn-Fe und andere mit abschließender Endbearbeitung.

 

Varianten von Konstruktionen mit Endbearbeitung der Zinkbeschichtungen und seiner Legierungen werden immer verschiedenartiger und der Anwendungsbereich des elektrolytischen Verzinkens erweitert sich ständig.

 

Die Dicke der Zinkbeschichtungen wird in Anhängigkeit von der Zweckbestimmung, den Bedingungen und der Nutzungsdauer reglementiert und schwankt in den breiten Grenzen von 3 - 40 Mikrometer. Zum Beispiel, unter leichten Nutzungsbedingungen beträgt die Beschichtungsdicke 6-9 Mikrometer, für mittlere und erschwerte Bedingungen 15-21 Mikrometer, für besonders schwierige Bedingungen 24-40 Mikrometer. Die Dicke der Beschichtung kann verringert werden bei Einsatz eines zusätzlichen Schutzes, welcher über dem Konversionsüberzug aufgebracht wird.

 

Im Automobilbau, zum Beispiel, wird die minimale Dicke der Zinkbeschichtung gewöhnlich in den Grenzen von 6-15 Mikrometer festgelegt, in einzelnen speziellen Fällen kann sie auf 20-25 Mikrometer erhöht werden. Hauptkriterium ist die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung, die im Salzkammernebel nach ASTM B-117, Din 50021 gemessen wird. Wichtig ist es festzustellen, dass bei ein und derselben Dicke einer Beschichtung, deren faktische Korrosionsbeständigkeit sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Beschichtung, der Art des Films der Konservierung und einer zusätzlichen Schutzmaßnahme in Größenordnungen unterscheiden kann.

 

Keines der oben aufgeführten Verfahren der Verzinkung - Eintauchen in Schmelze, Diffusions-, mechanisches, Elektrolytverfahren oder die Auftragung von mit Zink angereicherten Bestandteilen ist universell. Alle ergänzen sich in irgendeiner Weise und gestatten es, verschiedenartige technische Aufgabenstellungen zu lösen, die mit der Schutz der Erzeugnisse vor Korrosion verbunden sind und verleihen ihrer Oberfläche die notwendigen funktionalen Eigenschaften.