mini|Verzinkter Stacheldraht mini|Feuerverzinkte (stückverzinkte) Stahlfassade mit der typischen changierenden (durch Kristallbildung unregelmäßig reflektierenden) Oberflächenstruktur
Beim Verzinken wird Stahl mit einer dünnen Schicht Zink versehen, um ihn vor Korrosion zu schützen.Brockhaus ABC Chemie. VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1484. Seltener werden auch andere Materialien verzinkt.
Im Gegensatz zu nichtmetallischen Beschichtungen bietet die Zinkschicht neben dem passiven Korrosionsschutz als Barriere auch einen aktiven Schutz als Opferanode. Die kathodische Wirkung des Zinküberzuges verhindert die Korrosion des Eisens in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen auch für kleinere Bereiche ohne Überzug, so dass auch Fehlstellen bis zur Größe von einigen Millimetern in der Zinkschicht sowie bloßliegende Schnittkanten geschützt sind. Die resultierende Bimetallkorrosion bewirkt jedoch einen erhöhten Abtrag der angrenzenden Zinkschicht.
In Abgrenzung zu organischen Beschichtungen werden Zinkschichten auch als Überzug bezeichnet.
Ein Verzinkungen vornehmender Betrieb wird als Verzinkerei bezeichnet.
Verzinkungsverfahren
Verfahren zum Auftrag eines Überzugs aus Zink auf Bauteile auf Stahl: Feuerverzinken (Schmelztauchverzinkung) Stückverzinken (Tauchfeuerverzinkung) durch Eintauchen in eine Zinkschmelze ergibt Schichtdicken von 50 bis 150 µmÜbersicht Verzinkungsverfahren und Tabelle: Verzinken ist nicht Verzinken, Industrieverband Feuerverzinken. Bandverzinken (Sendzimirverzinkung) durch kontinuierlichen Durchlauf durch eine Zinkschmelze ergibt Schichtdicken von 5 bis 40 µm, typisch sind 10 bis 20 µm
Spritzverzinken (Lichtbogenspritzen oder Flammspritzen mit Zinkdraht oder Zinkpulver), Schichtdicken von 80 und 500 µm
Galvanisch Verzinken (Elektrolytische Verzinkung; in der Schweiz: Promatisieren), Schichtdicke steuerbar von 2,5 bis 25 µm, meist werden jedoch nur 10 µm erreicht
Sherardisieren (Diffusionsverzinkung), Schichtdicke steuerbar zwischen 10 und 80 µm
Zinklamellen/Binder-Systeme (Aufsintern einer anorganischen Beschichtung aus chrompassivierten Zinklamellen im Tunnelofen; in der Schweiz: Dacrometisieren), Schichtdicken von 4 bis 5 µm pro Auftrag, typische Gesamtdicke 8 bis 15 µm.
Mechanisches Verzinken, Schichtdicke bis 50 µm
Bindemittelhaltige Zinkbeschichtungen – Eine Zinkstaubfarbe wird ohne Wärmeeinwirkung aufgetragen. Die Zinkpartikel werden durch ein Bindemittel zusammengehalten. Der Zinkanteil des Trockenfilms sollte mindestens 90 % betragen. Siehe auch Filmverzinken
Der Bundesgerichtshof urteilte 1969 (BGH, 12. März 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.“ Jedem Verzinkungsverfahren liegt demnach das Aufbringen eines reinen Zinküberzugs zugrunde. Entsprechend können Beschichtungen wie Zinkstaubfarben nicht als Verzinkung bezeichnet werden. Zinkhaltige Beschichtungen können nur dann einen aktiven Korrosionsschutz gewährleisten, wenn genügend Zinkpartikel enthalten sind, um einen durchgängig leitfähigen Film zu erzeugen. Um dies zu erreichen, muss in der Regel der Bindemittelgehalt des Produkts soweit reduziert werden, dass im Vergleich zu anderen Korrosionsschutz-Anstrichen die Haftung und Widerstandsfähigkeit leidet.Zeitschrift „Oldtimer Markt“, Sonderheft Oldtimer Praxis Nr. 62 – Rostschutz, S. 95, Oktober 2018Siehe hierzu auch: Rost#Abbau der Potenzialdifferenz in Lokalelementen
Feuerverzinkung/Schmelztauchverfahren
mini|Kristalline Oberfläche eines noch wenig oxidierten feuerverzinkten Eisengeländers im Straßenverkehr
Beim Feuerverzinken wird Stahl in eine Schmelze aus flüssigem Zink getaucht, deren Temperatur bei ca. 450 °C liegt. Unterschieden wird zwischen dem Stückverzinken, bei dem unterschiedlich geformte Stahlteile (beispielsweise Treppenelemente oder Geländer) in das Zinkbad getaucht werden und dem kontinuierlichen Endlosverfahren für Halbzeuge wie Bleche, das auch Bandverzinken oder Sendzimir-Verzinken genannt wird.
Die Zinkschichtdicke liegt beim Stückverzinken in der Regel zwischen 50 und 150 Mikrometer und beim Bandverzinken zwischen 5 und 40 Mikrometer. Durch die größere Zinkschichtdicke erreichen stückverzinkte Bauteile eine Nutzungsdauer von zumeist mehr als 50 Jahren.Tabelle „Nutzungsdauern von Bauteilen zur Lebenzyklusanalyse des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB)“, deutsches Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung.
Beim Feuerverzinken bildet sich an der Grenzfläche zwischen Stahl und Zink eine Legierung. Durch die Wärmeeinwirkung können sich größere (Blech-)Teile beim Feuerverzinken verziehen. Eine Wandstärke von wenigstens 1,5 mm wird empfohlen. Blechfalze können durch die Zinkschicht verklebt werden, wodurch sich die Steifigkeit der Konstruktion erhöht. Gewinde und passgenaue Öffnungen müssen nach dem Feuerverzinken in der Regel nachgeschnitten werden. Die Beschichtung feuerverzinkter Oberflächen bedarf besonderer Maßnahmen, da manche Lacke die Bildung einer Oxidschicht an der Oberfläche des Zinks nicht verhindern können, wodurch die Haftung erschwert wird.Zeitschrift „Oldtimer Markt“, Sonderheft Oldtimer Praxis Nr. 62 – Rostschutz, S. 92 f., Oktober 2018Siehe hierzu auch: Rost#Abbau der Potenzialdifferenz in Lokalelementen.
Spritzverzinken
Das Spritzverzinken (nach DIN EN ISO 2063 Teil 1 und 2) ist eine Variante des Thermischen Spritzens (DIN EN 657, Thermisches Spritzen – Begriffe, Einteilung) und wird seit fast 100 Jahren zum Korrosionsschutz von Stahl eingesetzt.
Dabei wird eine Zink- oder Zinklegierungsschicht durch eine Sauerstoff-Brenngas-Flamme (Flammspritzen) oder im Lichtbogen (Lichtbogenspritzen) aufgeschmolzen, durch Druckluft zerstäubt und auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen. Dies kann manuell oder automatisiert geschehen. Das aufgespritzte Zink bildet auf dem Werkstück eine raue Schicht mit vergleichbaren Korrosionsschutzeigenschaften wie eine Feuerverzinkung. Für den Einsatz im maritimen Bereich stehen für das Spritzverzinken spezielle Zinklegierungen mit Aluminiumgehalten bis 22 Gew.% zur Verfügung, die unter diesen Umgebungsbedingungen einen deutlich verbesserten Korrosionsschutz im Vergleich zu reinem Zink bieten. Die Spritzverzinkung kann, wenn zum Beispiel aus Designgründen gewünscht, ohne weitere Zwischenbearbeitung, unmittelbar nach dem Aufbringen versiegelt und mit einer Deckbeschichtung versehen werden. Kombinierte Systeme von Spritzverzinkung und Deckbeschichtung werden Duplexsysteme genannt.
Beim Spritzverzinken wird das Werkstück nur gering thermisch belastet. Es lassen sich nahezu alle Materialien (temperatursensitive Stähle, Kunststoffe, Kartonagen, Holz) Spritzverzinken. Auch hochfeste Stähle und dünnwandige Bauteile lassen sich ohne Beeinflussung der Materialeigenschaften und nahezu verzugsfrei verzinken. Die Schichtdicken sind variabel einstellbar und liegen typischerweise zwischen 100 µm und 500 µm. Voraussetzung für die Haftung der Spritzschicht ist eine gewisse Rauheit der Werkstückoberfläche, die durch Bearbeitung der Materialoberfläche mit einem Strahlmittel erzeugt wird.
Im Gegensatz zu den meisten anderen Verzinkungsverfahren können auch sehr große und ortsfeste Bauteile spritzverzinkt werden, da die Verzinkungsanlage mobil einsetzbar ist. Im Vergleich zum Feuerverzinken müssen die Innenquerschnitte beim Spritzverzinken ausreichend groß sein, um die Lanze zur Applikation des Zinks noch einführen zu können. Auch kann es in schlecht zugänglichen Hohlräumen schwierig sein, eine gleichmäßige Schichtdicke zu erzielen. Der Überzug kann eine Dicke von einem Millimeter erreichen.Zeitschrift „Oldtimer Markt“, Sonderheft Oldtimer Praxis Nr. 62 – Rostschutz, S. 94, Oktober 2018.
Hauptanwendung findet das Spritzverzinken bei der Gussrohrherstellung, dem Großstahlbau von Brücken und maritimen Strukturen, sowie beim Korrosionsschutz von Offshore-Windenergieanlagen.
Sherardisieren – Diffusionsverzinken
mini|Sherardisierte Münze von 1921
Beim Sherardisieren werden in geschlossenen, rotierenden Trommeln die zu verzinkenden Metallteile chargenweise mit Zinkpulver erhitzt. Bei Temperaturen von 320 °C bis 500 °C verdampft Zink und verbindet sich durch Diffusion mit dem Basismaterial zu einer intermetallischen Phase, welche aus dem Grundmaterial heraus wächst. Es bilden sich gleichmäßige, temperaturbeständige, harte und abriebfeste Zink-Eisen-Legierungsschichten. Das Verfahren eignet sich für Teile mit komplizierten Geometrien und Hohlräumen, wie auch zur preisgünstigen Beschichtung von Massenprodukten. Da der Prozess trocken abläuft und keine wässrige oder ätzende Vorbehandlung erforderlich ist, kann eine Wasserstoffversprödung der zu beschichtenden Teile ausgeschlossen werden. Die matt-graue Oberfläche bietet eine gute Lackhaftung und erreicht in Verbindung mit Passivierungs- oder Duplex-Systemen einen hervorragenden Korrosionsschutz.
Zinklamellen/Binder-Systeme
mini|Zinklamellenüberzug: beschichtete Schrauben
Seit Anfang der 1970er Jahre werden Dispersionen kleiner Zink- und meist auch Aluminiumflocken in einem Tauch-/Schleuder-Verfahren aufgebracht, getrocknet und 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
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 Werkstück- und Anodengeometrie – eine Schichtdickenverteilung über das gesamte Werkstück entsteht.Gerhard Jokisch, Bruno Schütze, Werner Städtler in: Autorenkollektiv: Das Grundwissen des Ingenieurs. VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1968, S. 991–1163, dort S. 1048. Sollen Hohlräume verzinkt werden, so müsste die Anode in den Hohlraum eingeführt werden. Im galvanischen Bad besteht die Gefahr der Wasserstoffversprödung, was insbesondere bei gehärteten Stahlbauteilen von Nachteil sein kann.Zeitschrift „Oldtimer Markt“, Sonderheft Oldtimer Praxis Nr. 62 – Rostschutz, S. 94, Oktober 2018.
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 die Oberfläche gleichmäßig ist und so gut wie keine Oberflächenstruktur aufweist (Blumen). Hoch belastete Werkstücke wie Schrauben, bei denen sich eine Kunststoff-Beschichtung ablösen würde, werden zur Verbesserung des Korrosionsschutzes häufig anschließend noch einer Chromatierung unterzogen.
Kleine Flächen können auch ambulant behandelt werden, indem ein Gewebe oder Schwamm mit einem Elektrolyt getränkt und zwischen das Zink und das Werkstück gebracht wird. Das Zink muss dabei am Plus- und das eiserne Werkstück am Minuspol einer Stromquelle angeschlossen sein.Mit einem wenige Quadratzentimeter großen Stück Zink, einer Spannung von 12 Volt und einem Strom von wenigstens 20 Ampere lassen sich innerhalb einiger Minuten Schichtdicken von mehreren Mikrometern erreichen. Siehe: Zeitschrift „Oldtimer Markt“, Sonderheft Oldtimer Praxis Nr. 62 – Rostschutz, S. 95 ff., Oktober 2018.