Korrosionsschutz durch Metallische Überzüge

Beratung · Prüfung · Bewertung · Schadensanalyse auf dem Fachgebiet Korrosionsschutz durch metallische Überzüge

Sowohl prozesstechnisch als auch produkttechnisch bauen wir auf langjährige Erfahrungen auf dem Fachgebiet der metallischen Überzüge. Unsere Beratung auf diesem Gebiet umfasst die Themen Schichtaufbau, Schichtbildung, Schichtdicke, Eingrenzung von Ursachen für Verzinkungsfehler und die Beurteilung von Lagerungs-, Transport- und Einsatzbedingungen (Gefahr der Weißrost- und Rotrostbildung).

Unsere Leistungen auf dem Fachgebiet Korrosionsschutz durch metallische Überzüge

Unsere Schwerpunkte auf diesem Gebiet sind die messtechnische Prüfung, Analyse, unabhängige Begutachtung und Bewertung von Bauteilen mit:

Feuerverzinkung / Stückverzinkung nach DIN EN ISO 1461 und DASt-Richtlinie 022
Spritzverzinkung nach DIN EN ISO 2063-1/2
Duplexsystemen (Überzug und Beschichtung)
Kontinuierlicher Schmelztauchveredelung (Bandverzinkung z.B. mit Zink (Z), Zink-Aluminium (ZA) oder Zink-Magnesium (ZM) nach DIN EN 10346, ggf. mit Bandbeschichtung / Coil Coating), u.a. nach DIN 55634
sowie entsprechender Oberflächenbehandlung

Die Qualität eines metallischen Überzugs wird von einer Fülle an Einflussfaktoren bestimmt. Diese erstrecken sich über die gesamte Prozesskette von der konstruktiven Gestaltung und der Materialauswahl über die Stahlbautechnologien und Oberflächenvorbereitung bis hin zum eigentlichen Verzinkungsprozess.

Wir decken diese gesamte Prozesskette im Rahmen unserer Beratung und Untersuchungen ab.

*Korrosionsschutz durch metallische Überzüge am Beispiel stückverzinkter Leitplanken*

Passiver Korrosionsschutz durch Metallische Überzüge

Metallische Überzüge sind neben den organischen Beschichtungen die wichtigsten Möglichkeiten des passiven Korrosionsschutzes. Passiver Korrosionsschutz bedeutet, dass zwischen dem zu schützenden Metall und seiner Umgebung eine Barriere aufgebaut wird, die die Wechselwirkung zwischen beiden verhindert bzw. stark einschränkt, so dass Korrosionsvorgänge möglichst stark gehemmt werden.

Beim Einsatz von metallischen Überzügen im Korrosionsschutz ist es von entscheidender Bedeutung, in welchem Verhältnis sich das Überzugsmetall in elektrochemischer Hinsicht zum zu schützenden Grundmaterial verhält, wenn es im Überzug zu Verletzungen, Poren oder anderen Ungänzen kommt. Wenn an solchen Fehlstellen ein Elektrolyt zutritt, entsteht ein lokales Korrosionselement. In diesem wird der elektrochemisch negativere Werkstoff zur Anode und löst sich bevorzugt auf. Die dabei freigesetzten Elektronen wandern zur Kathode und schützen so den elektrochemisch positiveren Werkstoff.

Praktisch bedeutet das, dass ein elektrochemisch negativerer Überzug (anodisch wirksamer Überzug) das Grundmaterial auch an Fehlstellen vor Korrosion schützt. Man spricht hier von kathodischem Schutz. Diesen Vorteil bietet ein elektrochemisch positiverer Überzug (kathodisch wirksamer Überzug) nicht. Hier wird an Fehlstellen der darunterliegende Grundwerkstoff angegriffen und aufgelöst. Zinküberzüge sind im Korrosionsschutz die wichtigsten anodisch wirksamen Überzüge. Dabei ist es prinzipiell zunächst unbedeutend, nach welcher Technologie diese hergestellt werden.

*Prinzip anodisch und kathodisch wirksamer Überzüge*

Korrosionsbeständigkeit metallischer Überzüge

Korrosion metallischer Überzüge

Die Gebrauchsmetalle kommen in der Natur nicht als gediegene Metalle vor, sondern als Erze. Das sind oxidische oder hydroxydische Verbindungen, denen bei der Verhüttung unter Energiezufuhr Sauerstoff und Wasser entzogen werden. Dieser Zustand ist aber nicht stabil. Die Metalle sind bestrebt, in den energieärmeren Zustand zurückzukehren, indem sie wieder Wasser und Sauerstoff aufnehmen. Das ist das Wesen der Korrosion. Für das reale Verhalten der Metalle ist es dabei entscheidend, welche Verbindungen in der Wechselwirkung mit der Umgebung entstehen. Wenn sich schützende Deckschichten (z.B. bei Zink, Kupfer) oder Passivschichten (z.B. bei rostfreien Stählen) ausbilden können, wird der weitere Korrosionsfortschritt erheblich verzögert.

Lesen Sie auf den folgenden Seiten mehr über unsere Geräteausstattung und unsere Prüfmethoden.

Schadensanalyse

Korrosionsprüfung

Deckschichtbildung

Zink ist ein deckschichtbildendes Metall. Bei entsprechenden Umgebungsbedingungen, d.h. bei Zutritt von Luftfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid, bilden sich Deckschichten aus basischem Zinkcarbonat auf den Zinkoberflächen aus. Diese sind sehr viel stabiler als metallisch reines Zink, so dass die weitere Auflösung bei geeigneten Einsatzbedingungen nur noch verzögert stattfindet.

Unter heute üblichen atmosphärischen Umgebungsbedingungen im städtischen und ländlichen Bereich findet bei Zinküberzügen im Jahresschnitt ein Zinkabtrag von ca. 1 µm statt, wobei die Deckschicht ständig nachgebildet wird.

Frisch verzinkte Überzüge müssen diese Deckschicht erst ausbilden können. Dauerbefeuchtung (z.B. durch Kondensation) und verhinderter Zutritt von Kohlenstoffdioxid (z.B. bei dicht gestapelten Bauteilen) können diese verhindern. Die Folge ist die Bildung von Weißrost. Im Unterschied zur carbonatischen Deckschicht ist Weißrost im Wesentlichen hydroxydischer Natur und bildet keine dichte, schützende Schicht auf der Zinkoberfläche, so dass die Korrosion weiter mit hoher Geschwindigkeit fortschreiten kann.

Einsatzbedingungen für verzinkte Bauteile und Schutzdauer

Generell gibt es keinen Korrosionsschutz, der unter beliebigen Umgebungsbedingungen sinnvoll eingesetzt werden kann.

In normaler städtischer und ländlicher Umgebung in Deutschland beträgt der Zinkabtrag ca. 1 µm pro Jahr, so dass Zinküberzüge sehr erfolgreich als Korrosionsschutz eingesetzt werden können. Hohe Luftfeuchtigkeit bzw. Kondensation sowie Luftverunreinigungen erhöhen die Abtragsraten. Diese Abhängigkeit findet sich auch in der Beschreibung der Korrosivitätskategorien sowie der typischen Abtragsraten in DIN EN ISO 9223 wieder. Eine gute Beständigkeit ist tendenziell im neutralen bis alkalischen Milieu gegeben, während sie im sauren sowie im stark alkalischen Bereich deutlich reduziert ist.

Zinküberzüge werden durch den Einfluss der Umgebungsbedingungen permanent abgetragen. Die Schutzdauer bestimmt sich folglich aus der Abtragsrate und der Dicke des Überzugs. In erster Näherung kann man von einem linearen Zusammenhang ausgehen. Praktisch ist aber ein degressiver Verlauf des Abtrags über die Zeit feststellbar. Dies wird auch in der DIN EN ISO 9224 wiedergegeben. Die typischen Schichtdicken von Zinküberzügen sind abhängig von ihrer Herstellungstechnologie.

Tabelle: Typische Schichtdicken unterschiedlicher Verzinkungsverfahren

Verzinkungsverfahren	Normen	Typische Schichtdicken
Stückverzinkung	DIN EN ISO 1461	min. 45…85 µm (in Abhängigkeit der Bauteildicke); oft deutlich höher
Bandverzinkung	DIN EN 10346	Z100…Z600; entspricht 7…42 µm pro Seite
elektrolytisch verzinkte Halbzeuge	DIN EN 10152	ZE25/25…ZE100/100; entspricht 2,5…10 µm pro Seite
galvanisch aufgebrachte Überzüge auf Verbindungsmitteln	DIN EN ISO 4042 u.a.	3…25 µm
Spritzverzinkung	DIN EN ISO 2063-1	50…250 µm

Beim Einsatz verzinkter Teile muss also die Art der Verzinkung hinterfragt werden. So gibt es z.B. bei Stahlbauschrauben sowohl galvanisch verzinkte als auch schmelztauchverzinkte Varianten. Aufgrund der deutlich geringeren Überzugsdicken bieten galvanisch verzinkte unter den Bedingungen der Freibewitterung in der Regel nur vergleichsweise kurze Schutzdauern.

Die meisten der genannten Verzinkungstechnologien erlauben die Herstellung legierter Zinküberzüge mit Aluminium und/oder Magnesium. Diese beeinflussen das Abtragsverhalten abhängig von den jeweiligen Umgebungsbedingungen. Besonders bei der Bandverzinkung und der galvanischen Verzinkung kommen zudem fast immer Nachbehandlungen, z.B. Passivierungen und Versiegelungen, zum Einsatz, die die Schutzdauer gegenüber dem reinen Zinküberzug nochmals verlängern.

*Galvanisch verzinkter Stahl im metallografischen Schliff*

*Bandverzinkter Stahl im metallografischen Schliff*

*Stückverzinkter Stahl im metallografischen Schliff*

Unser Experte für Korrosionsschutz durch Metallische Überzüge

Sie haben Fragen zum Fachgebiet Korrosionsschutz durch Metallische Überzüge oder speziell zu den Themen Feuerverzinken (Stückverzinken), Bleifrei Verzinken, Zinküberzüge? Dann kontaktieren Sie unseren Experten Steffen Six. Als Diplom-Ingenieur der Fertigungstechnik mit 15 Jahren Erfahrung auf dem Gebiet des Korrosionsschutzes blickt er auf zahlreiche bearbeitete Forschungsprojekte zur Schichtbildung beim Stückverzinken zurück. Steffen Six war außerdem langjähriges Mitglied im Forschungsbeirat des Gemeinschaftsausschuss Verzinken (GAV, jetzt Forschungsvereinigung Feuerverzinken e.V.) und im Arbeitskreis Zink und Zinküberzüge der Gesellschaft für Korrosionsschutz (gfkorr).