Galvanisierung: Der vollständige Leitfaden zu Verfahren, Anwendungen und Nachteilen

Beim Galvanisieren wird Stahl oder Eisen mit einer Zinkschicht überzogen, um Rostbildung zu verhindern. Das Verfahren geht auf das frühe 19. Jahrhundert zurück, als Stanislas Sorel es 1837 patentieren ließ. Heute wird es in vielen Branchen eingesetzt, da es langlebig ist und gut vor Korrosion schützt.

Was ist Verzinken – Ein Überblick

Durch Verzinken werden Stahl und Eisen durch verschiedene Methoden geschützt:

• Barriereschutz: Erstens fungiert das Zink als Barriere oder physischer Schutzschild, um das Material vor Feuchtigkeit und Luft zu schützen.
• Opferschutz: Es fungiert außerdem als Opferanode, das heißt, es korrodiert bevorzugt, um den Stahl zu schützen.
• Zinkcarbonatbildung: Schließlich reagiert das Zink mit der Zeit mit Sauerstoff, Feuchtigkeit und schließlich Kohlendioxid und bildet eine harte Schicht namens Zinkcarbonat (oder genauer gesagt basisches Zinkcarbonat).

Verzinken ist nicht dasselbe wie das einfache Beschichten des Materials mit Farbe, wie manche vielleicht denken. Zink bietet zwar mehr Schutz, ist aber nicht vollständig korrosionsbeständig. Es korrodiert langsam und aufopfernd, um den darunterliegenden Stahl zu schützen. Bestimmte Umweltfaktoren können die Leistung dennoch beeinträchtigen.

Galvanisierungsmethoden

Feuerverzinkung (HDG)

Bei diesem Verfahren wird das Eisen oder der Stahl in geschmolzenes Zink getaucht, das sich mit der Oberfläche verbindet und eine Schutzschicht bildet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Reinigung: Dabei werden alle Arten von Öl und Schmutz mit einer ätzenden Lösung entfernt.
• Beizen: Im nächsten Schritt wird das Metall in Säure gelegt, um den Rost zu entfernen.
• Flussmittel: Nach dem Beizen wird das Metall in eine Flussmittellösung gegeben, um eine Oxidation vor dem Eintauchen zu verhindern.
• Eintauchen: Anschließend wird der Stahl in ein geschmolzenes Zinkbad getaucht, bis die Temperatur der des Bades entspricht, also etwa 450 °C beträgt.
• Kühlung: Anschließend wird das Material entnommen und abgekühlt, üblicherweise an der Luft, wodurch die Beschichtung verfestigt wird. (Manchmal wird das Abschrecken in Wasser durchgeführt, dies ist jedoch nicht der Standardschritt; Abkühlen ist der Standardschritt.)

Bei diesem Verfahren entsteht eine mit dem Stahl verbundene Schicht aus einer metallurgischen Zink-Eisen-Legierung, die von einer äußeren Schicht aus reinem Zink bedeckt wird, die beim Erstarren ein glänzendes, schneeflockenartiges Aussehen annehmen kann, das als Flitter bezeichnet wird.

Galvanische Verzinkung

Bei diesem Verfahren wird das Eisen oder der Stahl in eine Zinklösung gegeben und mit elektrischem Strom durchflossen. Dadurch entsteht eine präzise und gleichmäßige Beschichtung, die in der Regel dünner ist als beim Feuerverzinkungsverfahren.

Es wird häufig im Automobilbau verwendet, insbesondere für Karosserieteile (wie Türen), bei denen zum Lackieren eine glatte, dünne Beschichtung benötigt wird.

Sherardisieren (Thermodiffusion)

Dabei wird das Material mit Zinkstaub in ein Fass gegeben. Anschließend wird das Fass verschlossen und auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Bei steigender Temperatur verdampft das Zink und diffundiert in die Stahl- oder Eisenoberfläche, wodurch eine gebundene Schicht entsteht. Dieses Verfahren eignet sich am besten für kleine, komplexe Teile wie Verbindungselemente und Rohre.

Metallisches Spritzen (Metallisieren)

Bei dieser Methode wird Zinkdraht geschmolzen und das geschmolzene Zink mit Druckluft auf das Material gesprüht. Sie wird hauptsächlich bei großen Strukturen und Reparaturen vor Ort eingesetzt.

Galvannealing

Dieser Prozess umfasst zwei Schritte. Zunächst wird das Material feuerverzinkt, anschließend folgt das Glühen. Dabei dringt das Zink in das Material ein und erzeugt eine matte Beschichtung aus einer Eisen-Zink-Legierung. Dadurch lässt sich das Material sehr gut lackieren und wird häufig in der Automobilindustrie eingesetzt.

Anwendbare Metalle und Substrate

Eisen und Stahl

Die Verzinkung dient in erster Linie dem Schutz von Eisen und Stahl, da diese anfälliger für Rost sind.

Spezialbeschichtungen

Zink kann auch für spezielle Beschichtungen, wie z. B. Zink-Aluminium-Magnesium-Legierungen, verwendet werden, um die Haltbarkeit zu verbessern. Galvannealed-Stahl wird verwendet, wenn Lackierungen erforderlich sind. Die Bethanisierung ist eine patentierte Form der galvanischen Verzinkung zum Schutz von Stahl mit Zink.

Wichtige Anwendungen und Branchen

Konstruktion

Verzinkter Stahl wird in Gebäuden zur Unterstützung von Dächern, Treppen und Balken verwendet. Er kann auch in Konstruktionen wie Geländern, Straßenschildern und Laternenpfählen eingesetzt werden.

Infrastruktur

Auch bei Stromleitungen, Leitplanken und Autobahnbarrieren werden verzinkte Materialien verwendet, um für Sicherheit zu sorgen.

Automobil

Viele Autoteile wie Kraftstofftanks, Auspuffrohre und andere Unterbodenteile werden zum Schutz vor Streusalz feuerverzinkt. Für Karosserieteile werden üblicherweise dünnere, elektrolytisch verzinkte Beschichtungen verwendet.

Andere Sektoren

Die Verzinkung wird auch in anderen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Landwirtschaft, wo sie zur Herstellung von Tierställen und Scheunen verwendet wird. Auch bei Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Lüftungsschächten und Trocknern kommt sie zum Einsatz.

Vorteile der Verzinkung

Korrosionsschutz und Opfersicherheit

Zink bildet eine starke äußere Barriere, die Luft und Wasser vom Stahl oder Eisen fernhält. Selbst wenn die Oberfläche zerkratzt wird, korrodiert das Zink zuerst. Diese Korrosionswirkung trägt dazu bei, dass der darunterliegende Stahl auch bei beschädigter Beschichtung stabil bleibt.

Lange Lebensdauer

Verzinkte Beschichtungen können Jahrzehnte überdauern. In sauberen ländlichen Gebieten können sie bis zu 50–75 Jahre halten. Selbst in industriellen Umgebungen halten sie noch 20 bis 50 Jahre.

Geringer Wartungsaufwand

Diese Beschichtungen müssen nur gelegentlich gereinigt und nicht neu gestrichen werden. Auch Werkzeuge sind nicht erforderlich, da sie leicht mit dem Auge überprüft werden können.

Kosteneffektivität

Bei langfristiger Nutzung ist es eine günstigere Option als die Verwendung von Edelstahl. Sie müssen es nicht oft reparieren, was wiederum Arbeits- und Materialkosten spart.

Umweltfreundlich

Durch die Verzinkung wird die Lebensdauer von Stahlprodukten deutlich verlängert und die Menge an korrosionsbedingtem Stahlabfall reduziert. Der Prozess verbraucht zudem weniger Energie, da Zink recycelbar ist.

Ästhetische Oberflächen

Die Beschichtungen können glitzernd, matt oder sogar lackiert sein, um den Teilen ein sehr schönes Aussehen zu verleihen und sie an alle dekorativen Zwecke anzupassen.

Nachteile und Einschränkungen

Anschaffungskosten und Ausrüstungsanforderungen

Die Einrichtung einer Verzinkungsanlage ist nicht billig. Ausrüstung wie Feuerverzinkungsbecken und Heizsysteme verursachen höhere Anschaffungskosten.

Umwelt- und Gesundheitsbedenken

Einige Verzinkungsverfahren setzen giftige Gase frei, die nicht nur die Umwelt, sondern auch die Arbeiter schädigen. Einige Verfahren erzeugen zudem Schlamm und Schwermetallabfälle, die eine ordnungsgemäße Abfallbehandlung erfordern. Da diese Prozesse Belüftungssysteme und Abfallbehandlungsanlagen benötigen, ist die Durchführung in kleinen Innenräumen schwieriger. Die FDA schränkt außerdem die Verwendung von verzinktem Stahl in bestimmten Produkten ein, da Zink mit säurehaltigen Lebensmitteln wie Tomaten und Orangen reagieren kann.

Weißrostbildung

In feuchten oder schlecht belüfteten Umgebungen kann sich Weißrost bilden, der die Beschichtung des Materials beschädigt. Um dies zu verhindern, sollten Chromatierungs- oder Passivierungsbehandlungen durchgeführt werden.

Temperatursensitivität

Zink erweicht bei großer Hitze (ca. 200 °C) und seine Korrosionsbeständigkeit nimmt deutlich ab. Beim Schweißen von verzinktem Stahl ist Vorsicht geboten, da die Hitze die Zinkbeschichtung verdampfen lässt und schädliche Zinkoxiddämpfe entstehen, die Metalldampffieber auslösen können. Ausreichende Belüftung und Atemschutz sind unerlässlich.

Schlechte Leistung in rauen Umgebungen

Verzinkte Metalle vertragen Säure- oder Salzwasserumgebungen nicht gut, da diese die Rostbildung beschleunigen. Galvanische Korrosion kann auch in Kombination mit ungleichen Metallen wie Kupfer oder Messing auftreten.

Prozessherausforderungen

Bei manchen Stählen, insbesondere solchen mit hohem Silizium- und Phosphorgehalt, kann es beim Feuerverzinken zu ungleichmäßigen Beschichtungen oder zu einer zu dicken Schicht kommen.

Best Practices und Wartung

Richtige Oberflächenvorbereitung und Stahlauswahl

Verwenden Sie stets den richtigen Stahl und achten Sie auf den Silizium- und Phosphorgehalt, um beim Feuerverzinken optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Materialoberfläche sollte vor dem Beschichten gründlich gereinigt werden. Dies verbessert die Zinkhaftung.

Duplex-Systeme

Der Verzinkungsprozess kann mit einer Lackierung kombiniert werden, wodurch die Lebensdauer des Materials um das 1,5- bis 2,3-fache verlängert werden kann.

Passivierungsbehandlungen

Passivierte Teile vertragen kurzfristige Feuchtigkeit besser und die Behandlung beugt Weißrost vor. Das Verfahren bildet eine dünne, unsichtbare Schutzschicht auf dem Zink und kann in Lagerhallen oder beim Transport eingesetzt werden.

Fazit

Verzinkung ist eine langfristige Investition, die jahrzehntelange Haltbarkeit bei geringem Wartungsaufwand bietet. Von Strukturteilen bis hin zu alltäglicher Hardware ist Schutz immer wichtig. Wenn Sie Leistung ohne Stress wünschen, lassen Sie sich von unserem Team bei Ihrem nächsten Projekt fachkundig beraten.