Verzinken

Stahl wird verzinkt, um ihn vor Korrosion zu schützen. Es handelt sich hierbei um die üblichste Version des kathodischen Korrosionsschutzes, bei der der metallische Überzug, also die Zinkschicht, als Opferanode fungiert.

Verzinkungsverfahren

Um ein Bauteil aus Stahl mit einer Zink- oder Zinklegierungsschicht zu überziehen, stehen mehrere verschiedene Verfahren zur Verfügung:

Feuerverzinkung (Schmelztauchverzinkung)
galvanische (elektrolytische Verzinkung)
mechanische Verzinkung
Zinklamellen/Binder-Systeme

Überzüge, die durch ein Zinkspray oder ähnliches erzeugt wurden, gehören nicht zur Verzinkung, sondern stellen den Spezialfall eines Lackes dar.

Feuerverzinkung

Großformatige Teile wie Gitterroste, Tore, Brückenelemente und Stahlträger werden üblicherweise durch Eintauchen in eine Zinkschmelze beschichtet.

Nach einer Vorbehandlung, die aus einer sauren oder auch alkalischen Entfettung, optional einer zusätzlichen Beize zur Rostentfernung und meist auch einer Flussmittelbehandlung besteht, werden die Teile an Ketten oder einem Gestell befestigt in eine gut isolierte Wanne abgesenkt, in der sich das auf etwa 450 °C erhitzte flüssige Metall befindet. Die Tauchzeit beträgt nur wenige Sekunden, denn die Stahlteile dürfen sich nicht zu stark erwärmen.

Nach der Verzinkung wird üblicherweise in Wasser abgeschreckt. Die entstandene Zinkschicht ist etwa 100 µm dick und relativ grobkristallin. An der Phasengrenze zum Stahl bildet sich ein Zink/Eisen-Legierungsgradient, der für die Qualität des Korrosionsschutzes wichtig ist. Glanz und Kristallstruktur können durch Legierungsadditive wie beispielsweise Zinn verbessert werden.

Auch Kleinteile können im Schmelztauchverfahren verzinkt werden; hier spricht man von Schleuderverzinkung, da das überschüssige Zink noch im flüssigen Zustand abgeschleudert werden muss.

In kontinuierlichen Bandverzinkungsanlagen (Coil Coating) wird das Stahlband erst in Schutzgasatmosphäre geglüht, um die richtigen mechanischen Eigenschaften des Stahles durch Rekristallisation des Stahlgefüges einzustellen. Nach dem Abkühlen des Bandes mit Schutzgas auf 460 °C tritt das Stahlband schräg in das Zinkbad ein (immer noch unter Schutzgas), wird im Zinkbad durch eine Rolle nach oben umgelenkt und verläßt das Zinkbad nach etwa 3 s wieder. Mit Hilfe spezieller Abblastechniken (Air Knifes) können Zinkschichtdicken von weniger als 7 µm eingestellt werden. Danach wird das Stahlband mit Luft abgekühlt. Die Bandgeschwindigkeiten in kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlagen liegen bei bis zu 2 m/s.

Zink aus Schmelztauchverfahren wird meist nicht zusätzlich passiviert, sondern sie überziehen sich durch eine Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft mit einer dünnen Carbonatschicht, was ihm ein mattgraues, teilweise milchiges Aussehen verleiht.

Galvanische Verzinkung

Die meisten Kleinteile und alle ästhetisch anspruchsvolleren mittelgroßen Stahlteile werden nicht in der Schmelze, sondern in einer wässrigen Salzlösung elektrolytisch beschichtet. Das zu verzinkende Werkstück wird als Kathode geschaltet; im Gleichstrom bei etwa 0,5-2,5 A/dm² scheidet sich dann eine feinkristalline Zinkschicht auf der Oberfläche ab.

Nach ihrer Elektrolytzusammensetzung unterscheidet man zwischen

schwachsauren Zinkelektrolyten (das Leitsalz ist üblicherweise Kaliumchlorid, der pH-Wert wird mit Borsäure gepuffert)
cyanidischen Zinkelektrolyten (auf der Basis von Kalium- oder Natriumcyanid und Hydroxid)
alkalischen (cyanidfreien) Zinkelektrolyten (das Leitsalz ist Natrium- oder Kaliumhydroxid)

Für alle galvanischen Verzinkungsverfahren gilt, dass sie organische Additive benötigen, damit sich nicht eine pulvrig-schwarze, sondern eine haftfeste und glänzende Schicht bildet. Diese Glanzzusätze sind polare Substanzen, die sich im elektrischen Feld auf der Oberfläche anlagern und dort als Inhibitoren wirken, also das Kristallwachstum hemmen und so sehr feinkristalline Strukturen erzeugen. Im schwachsauren Elektrolyten werden zusätzlich Tenside benötigt, die die Oberfläche benetzen und die Glanzzusätze emulgieren.

Für die Verzinkung von Bandstahl werden saure Sulfatelektrolyte verwendet, die mit oder ohne Additiv betrieben werden.

Zink aus galvanischen Prozessen wird mit einer zusätzlichen sehr dünnen chromhaltigen Schicht passiviert. Traditionell ist dies eine Chromatierung, die als Sperrschicht fungiert und das unedle Zink hindert, sich allzu schnell elektrolytisch zu "opfern". Nach ihrer Farbe wird die Chromatierung Blau-, Gelb-, Schwarz- oder Olivchromatierung genannt.

Mechanische Verzinkung

Für gehärtete Teile, die extrem empfindlich gegen Wasserstoffversprödung sind, ist in einigen Spezifikationen die mechanische Beschichtung vorgeschrieben. Hier wird in einem Mischer Zinkstaub mit Glaskugeln unter Wärmeeinwirkung auf die zu beschichtenden Teile quasi aufgehämmert. Da es sich nicht um ein elektrolytisches Verfahren handelt, entsteht kein Wasserstoff, der in das Stahlteil eindringen könnte.

Die Haftfestigkeit und das dekorative Aussehen sind jedoch wesentlich schlechter als bei der galvanischen Verzinkung, weshalb die mechanische Verzinkung sehr selten angewandt wird.

Zinklamellen/Binder-Systeme

Seit einigen Jahren gibt es als Alternative zur mechanischen Verzinkung die Beschichtung in einer Dispersion kleiner Zink- und z.T. auch Aluminiumflocken. Sie werden in einem Tauch/Schleuder-Verfahren aufgebracht, getrocknet und verfahrensabhängig bei 250-350 °C eingebrannt. Mit einem Beschichtungsvorgang wird eine Schichtdicke von etwa 4-5 µm erreicht, außerdem ist die Schicht nicht porendicht. Daher wird üblicherweise 2x beschichtet und neuerdings zusätzlich silikatisch versiegelt.