Verzinken ist nicht Verzinken –
Verzinkungsverfahren im Überblick

Das Aufbringen eines metallischen Überzuges aus Zink auf Stahl wird üblicherweise als Verzinken bezeichnet. Das Verzinken von Stahl erfolgt durch unterschiedliche Verfahren wie Stückverzinken, Bandverzinken, Spritzverzinken, galvanisches Verzinken.

Übersicht Verzinkungsverfahren

Übersicht Verzinkungsverfahren

Das Aufbringen eines metallischen Überzuges aus Zink auf Stahl wird üblicherweise als Verzinken bezeichnet. Dies erfolgt durch unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Verzinkungsverfahren unterscheiden sich durch die Schichtdicke und Herstellung des Zinküberzuges und den hierdurch bedingten Einfluss auf die Schutzdauer und mechanische Belastbarkeit. Die bedeutendsten Verfahren sind

  • das diskontinuierliche Feuerverzinken (Stückverzinken)
  • das kontinuierliche Feuerverzinken (Bandverzinken)
  • das galvanische Verzinken
  • das thermische Spritzen mit Zink (Spritzverzinken)


Nicht zu den Verzinkungsverfahren zählen zinkhaltige Beschichtungssysteme wie Zinkstaub- und Zinklamellenbeschichtungen, auch wenn sie umgangssprachlich oft fälschlicherweise mit dem Begriffen „Verzinken“ in Verbindung gebracht werden. Das gemeinsame Element aller Verzinkungsverfahren ist das Aufbringen eines im Wesentlichen aus Zink bestehenden metallischen Überzuges. Zinkhaltige Beschichtungssysteme erfüllen dieses Kriterium nicht. Auch der kathodische Korrosionschutz gehört nicht zu den Verzinkungsverfahren.

Stückverzinkung

Stückverzinkte Oberfläche

Diskontinuierliches Feuerverzinken, das heißt Stückverzinken ist das Aufbringen eines Zinküberzuges auf Stahl oder Gussteile durch Eintauchen zumeist vorgefertigter Werkstücke (Einzelteile) in geschmolzenes Zink. Durch Stückverzinken hergestellte Zinküberzüge bieten einen lückenlosen Rundum-Schutz, da bereits gefertigte Bauteile oder Produkte verzinkt werden und eine Zerstörung der aufgebrachten Zinkschicht durch Weiterverarbeitungsprozesse nicht stattfindet. Stückverzinkte Überzügen weisen deutlich größere Schichtdicken auf als durch Bandverzinken hergestellte Überzüge. Sie erreichen deshalb deutlich längere Schutzzeiträume.

Verfahrensablauf:

Beim Stückverzinken werden zu verzinkende Stahlteile in Bädern nasschemisch von Verunreinigungen wie Fetten, Ölen, Rost und Zunder befreit und anschließend mit Flussmittel behandelt. Danach erfolgt das eigentliche Feuerverzinken. Das Verzinkungsgut wird hierbei in eine flüssige ca. 450°C heiße Zinkschmelze getaucht.


Wirkungsweise/Korrosionsverhalten:

Beim diskontinuierlichen Feuerverzinken von Einzelteilen wird ein Zinküberzug erzeugt, der in erster Linie zu den passiven Korrosionsschutzverfahren mit Barrierewirkung zählt. Beim Verzinkungsvorgang bildet sich als Folge einer wechselseitigen Diffusion des flüssigen Zinks mit der Stahloberfläche ein Überzug verschiedenartig zusammengesetzter Eisen-Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen der feuerverzinkten Gegenstände bleibt auf der obersten Legierungsschicht zumeist noch eine Schicht aus reinem Zink haften.

Die übliche Zinkschichtdicke stückverzinkter Überzüge beträgt 50 bis 150 Mikrometer. Der metallische Überzug einer Stückverzinkung wirkt auch aktiv als Opferanode bei Verletzungen des Überzuges. Diskontinuierlich erzeugte Überzüge weisen bei üblichen atmosphärischen Belastungen gleiche oder vergleichbare Korrosionsraten wie kontinuierlich erzeugte Zinküberzüge bzw. Legierungsüberzüge auf.

Normung und Einsatzbereiche:

Die Basisnorm für das Stückverzinken ist DIN EN ISO 1461. Zudem gibt es spezielle Produktnormen, z.B. für stückverzinkte Verbindunsgmittel. Stückverzinkte Bauteile und Konstruktionen erreichen bei mitteleuropäischen atmosphärischen Korrosionsblastungen zumeist Schutzzeiträume von 50 Jahren und mehr. Sie werden aufgrund dessen für nahezu alle Einsatzzwecke im Außenbereich verwendet. Typische Einsatzfelder sind Stahl- und Metallbauanwendungen sowie Verkehrstechnik, Landwirtschaft und Maschinenbau.

Bandverzinkung (reine Zinküberzüge)

Kabelkanäle oder Klimatechnik-Elemente sind typische Einsatzgebiete der Bandverzinkung.

Das Bandverzinken ist ein kontinuierliches Feuerverzinkungsverfahren bei dem Stahlband im Durchlaufverfahren in eine Zinkschmelze getaucht und anschließend weiterverarbeitet wird. Als alternative Bezeichnungen zur Bandverzinkung findet man die Begriffe Sendzimirverzinken und kontinuierliches Schmelztauchveredeln mit Zink bzw. Zinklegierungen. Nachfolgend ist das Bandverzinken mit Zink beschrieben. Informationen zum Bandverzinken mit Zinklegierungen sind unter "Bandverzinken (Legierungsüberzüge)" zu finden.

Der Verfahrensablauf:

Ausgangsmaterial ist in der Regel ungeglühtes, kaltgewalztes Stahlband in Dicken von 0,4 bis 3mm und Breiten von 600 bis zu 2000 mm oder Spaltband in verschiedenen Breiten von 20 mm bis unter 600 mm, das zu einem Coil (Bund) aufgewickelt ist. Vor dem Verzinkungsprozess wird das Stahlband vom Coil abgewickelt und nacheinander zu einem endlosen Band zusammengeschweißt, so dass die Anlage kontinuierlich gefahren werden kann. Der eigentliche Behandlungsteil besteht aus dem Durchlaufofen, dem Schmelzbad, einer Vorrichtung zur Einstellung der Zinkauflage und der Kühlung. Das Band wird einer thermischen Vorbehandlung unterzogen und kontinuierlich geglüht. In der Kühlzone wird das Band unter Schutzgas auf eine Temperatur nahe der Schmelzbadtemperatur abgekühlt, so dass es in das Zink-Schmelzbad mit einer Badtemperatur von etwa 450-460° C eintaucht. Durch eine Rolle im Bad wird das Band nach oben umgelenkt und verlässt das Schmelzbad wieder. Das schmelztauchveredelte Stahlband wird danach zumeist verschiedenartig chemisch nachbehandelt, beispielsweise geölt, phosphatiert oder passiviert im Anschluss wieder zu einem Coil aufgewickelt.

Wirkungsweise/Korrosionsverhalten:

Beim kontinuierlichen Feuerverzinken von Feinblechen wird ein Schmelztauchüberzug erzeugt, der in erster Linie zu den passiven Korrosionsschutzverfahren mit Barrierewirkung zählt. Es bildet sich durch Diffusion eine sehr dünne Eisen-Zink-Legierungsschicht aus, auf der eine reine Metallschicht liegt, die sich beim Herausziehen des Bandes aus dem Schmelzbad bildet.

Die übliche Zinkschichtdicke bandverzinkter Überzüge beträgt 5 bis 25 Mikrometer. Der metallische Überzug einer Bandverzinkung wirkt wie bei einer Stückverzinkung auch aktiv als Opferanode bei Verletzungen des Überzuges. Bei kontinuierlich verzinktem Stahlblech mit reinen Zinküberzügen kann man von vergleichbaren Korrosionsraten wie bei stückverzinkten Überzügen ausgehen. Durch die deutlich geringeren Zinkschichtdicken dieser Überzüge ergibt sich bei gleicher Korrosionsrate jedoch eine deutlich kürzere Schutzdauer von bandverzinkten Überzügen.

 

Normung und Einsatzbereiche:

Das Bandverzinken ist in DIN EN 10143 und in DIN EN 10346 geregelt. Bandverzinkter Stahl ist ein sogenanntes Halbzeug, das heißt ein Vorprodukt, das nach dem Verzinken durch Umformen, Stanzen und Zuschneiden weiterverarbeitet wird. Hierdurch wird an den Schnitt- und Stanzkanten die schützende Zinkschicht zerstört. Bandverzinkte Stähle werden zumeist in schwach korrosionsbelasteten Innenbereichen eingesetzt. Kabelkanäle oder Klimatechnik-Elemente sind typische Beispiele hierfür. Bandverzinkte Stähle kommen zumeist für den Einsatz im Außenbereich nicht in Frage, da sie aufgrund ihrer geringen Schichtdicken nicht die zumeist geforderten Schutzzeiträume von mehreren Jahrzehnten erreichen.

Bandverzinkung (Legierungsüberzüge)

Bandverzinkte Zink-Aluminium Oberfläche

Eine Variante des Bandverzinkens ist das sogenannte Schmelztauchveredeln mit Zinklegierungen, bei dem Zinklegierungsüberzüge auf Stahlband aufgebracht werden. Diese bestehen aus Zink-Aluminium (ZA), Zink-Magnesium (ZM) oder Zink-Aluminium-Magnesium (ZAM). Die übliche Schichtdicke dieser Überzüge beträgt bis zu 25 Mikrometer. Der Verfahrensablauf beim Schmelztauchveredeln mit Zinklegierungen entspricht weitestgehend dem Schmelztauchveredeln mit Zink, und ist unter "Bandverzinken (Reine Zinküberzüge)" beschrieben. Auch mit Zinklegierungen schmelztauchveredeltes Stahlband ist ein sogenanntes Halbzeug, das heißt ein Vorprodukt, das nach dem Verzinken durch Umformen, Stanzen und Zuschneiden weiterverarbeitet wird. Hierdurch wird an den Schnitt- und Stanzkanten die schützende Zinkschicht zerstört.

 

Korrosionsverhalten:

Bandverzinkte Überzüge aus Zink-Aluminium-, Zink-Magnesium und Zink-Aluminum-Magnesium-Legierungen zeigen in Kurzzeittests wie z. B. im Salzsprühnebeltest eine bessere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu bandverzinkten Überzügen aus Zink oder stückverzinkten Überzügen. (Siehe hierzu auch den Beitrag "Vorsicht Salzsprühnebeltest" unter Verzinkungswissen). Diese erhöhte Korrosionsbeständigkeit konnte bislang unter üblichen natürlichen Freibewitterungsbedingungen nicht belegt werden. So zeigten von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführte Freibewitterungstests mit einer Dauer von 10 Jahren keine unterschiedlichen Korrosionsraten zwischen Schutzplanken mit reinen Zinküberzügen und solchen mit Zink-Aluminium-Überzügen. Ein Auslagerungstest in schwedischen Tunnels zeigte laut dem Forschungsinstitut Swerea KIMAP ebenfalls keine unterschiedlichen Korrosionsraten zwischen reinen Zinküberzügen und Zink-Aluminium-Magnesium-Überzügen.


Unter stark erhöhten Korrosionsbelastungen, wie beispielsweise in Offshore-Anwendungen lässt sich ein leichter Vorteil Zink-Aluminum-Magnesium-legierter Überzüge erkennen, der jedoch deutlich kleiner ausfällt als in Werbebroschüren einiger Hersteller dargestellt. Dort ist von "bis zu 10 Mal besser" die Rede. Bei klassischen Bauanwendungen in ländlichen oder städtischen Klimaten (Korrosivitätskategorien C2, C3, C4) konnten die Ergebnisse aus Kurzzeitlabortests wie dem Salzsprühnebeltest nicht bestätigt werden. Hier weisen durch Bandverzinken hergestellte Legierungsüberzüge vergleichbare Korrosionsraten wie durch Bandverzinken oder Stückverzinken hergestellte Reinzinküberzüge auf. Die Schutzdauer wird somit nicht durch die Art des Zinküberzuges bestimmt, sondern durch die Dicke des Zinküberzuges.

Normung:

Legierungsüberzüge aus Zink und Aluminum sind wie reine Zinküberzüge aus kontinuierlich schmelztauchverzinktem Stahl in DIN EN 10346 dargestellt. Zink-Aluminium-Magnesium-Überzüge sind bisher nicht normativ geregelt.

 

Einsatzgebiete:

Während Zink-Aluminium überzogenes Stahlband im Baubereich zum Beispiel als dünnwandige Fassaden- und Wandelemente mit zuätzlicher Beschichtung eingesetzt wird, kann derzeit keine typische Verwendung für Zink-Aluminium-Magnesium-Überzüge definiert werden. Zink-Aluminium-Magnesium-Überzüge stehen grundsätzlich im Wettbewerb mit bandverzinkten Zink- bzw. Zink-Aluminium-Überzügen und könnten diese eventuell in einigen Bereichen verdrängen. Sie sind keine ernsthafte Konkurrenz zu stückverzinkten Überzügen, die aufgrund ihrer deutlich höheren Schichtdicken erheblich längere Schutzzeiträume abdecken.

Produkte und Hersteller:

Zink-Aluminium-Magnesium bzw. Zink-Magnesium überzogenes Stahlband:

  • Magnelis - Hersteller: Arcelor Mittal
  • ZMg EcoProtect - Hersteller: ThyssenKrupp
  • Stroncoat - Hersteller: Salzgitter

Spritzverzinkung

Spritzverzinkte Oberfläche

Beim Spritzverzinken, auch Thermisches Spritzen mit Zink genannt, wird Zink aufgeschmolzen, beispielsweise in einer Spritzpistole und auf die Oberfläche des Stahlteils aufgespritzt. Es ist in DIN EN ISO 2063 geregelt. Die Schcihtdicke von "spritzverzinkten" Zinküberzügen liegt üblicherweise zwischen 80 und 150 Mikrometern. Spritzverzinkte Überzüge müssen in der Regel durch eine penetrierende Beschichtung zusätzlich versiegelt werden. 

Hinsichtlich der Schutzdauer von spritzverzinkten Überzügen gibt es keine normenmäßigen Angaben, da laut DIN EN ISO 14713 „das Spritzverzinken üblicherweise als Korrosionsschutzsystem mit nachträglicher Versiegelung eingesetzt wird und der Korrosionsschutz dieses Systems in großem Maße von der richtigen Ausführung abhängt“.

Das Spritzverzinken kommt nicht selten als Korrosionsschutz für Stahlteile zum Einsatz, die bauartbedingt nicht stückverzinkt werden können. Im Gegensatz zum Feuerverzinken kommt es beim Spritzverzinken nicht zu einer Legierungsbildung zwischen dem Zinküberzug und dem Stahl. Das Spritzverzinken ist in ISO 2063 geregelt.

Galvanisches Verzinken

Galvanisch verzinkte Schraube

Beim galvanischen Verzinken wird mit Hilfe von elektrischem Strom Zink auf Stahlteile abgeschieden. Verwendet werden meist saure, aber auch alkalisch-cyanidfreie oder cyanidische Elektrolyte. Die entstehenden Zinküberzüge sind vergleichsweise dünn und liegen zumeist bei 5 Mikrometer, auch wenn größere Schichtdicken möglich sind. Das galvanische Verzinken kommt deshalb schwerpunktmäßig bei temporären Korrosionsschutzaufgaben in schwach korrosiven Umgebungen zur Anwendung. Im Gegensatz zu anderen Verzinkungsverfahren wie beispielsweise dem Feuerverzinken kommt es beim galvanischen Verzinken nicht zu einer Legierungsbildung zwischen dem Zinküberzug und dem Stahl. Der Zinküberzug besteht aus einer Reinzinkschicht.

Das galvanische Verzinken erfolgt entweder diskontinuierlich nach DIN 50979 oder kontinuierlich DIN EN  10152 + 10244-2. Die Schichtdicken von diskontinuierlich aufgebrachten galvanische Zinküberzüge liegen üblicherweise zwischen 5 und 25 Mikrometern, bei kontinuierlich aufgebrachten galvanischen Zinküberzügn betragen sie 2,5 bis 5 Mikrometer. 

Eines der bekanntesten galvanisch verzinkten Produkte sind silbrig-glänzende Schrauben, die bei Außenanwendung bereits nach wenigen Jahren Rotrost aufweisen und nicht mit stückverzinkten Schrauben verwechselt werden dürfen.

Keine Verzinkungsverfahren (Zinkstaubbeschichten, Zinklamellenbeschichten)

Zinkstaubbeschichten
Zinkstaubbeschichtungen werden auch zur Ausbesserung von Fehlstellen auf feuerverzinkten Überzügen verwendet.

Nicht zu den Verzinkungsverfahren zählen zinkhaltige Beschichtungssysteme wie Zinkstaub- und Zinklamellenbeschichtungen, auch wenn sie umgangssprachlich oft fälschlicherweise mit dem Begriffen „Verzinken“ in Verbindung gebracht werden. Das gemeinsame Element aller Verzinkungsverfahren ist das Aufbringen eines im Wesentlichen aus Zink bestehenden metallischen Überzuges. Zinkhaltige Beschichtungssysteme erfüllen dieses Kriterium nicht.