Maass P., Peissker P. (ред.) Handbuch Feuerverzinken

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[9.90] Wiederholt, W.: Korrosionsverhalten von Zink, Band 3, Verhalten von Zink gegen

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[9.92] DIN EN ISO 1461 (03.99): Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge

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[9.93] Böttcher, H.-J., und Kleingarn, J.-P.: Schweißen von stückverzinktem Stahl, Merkblatt 367

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[9.94] Marberg, J.: Schweißen vor und nach dem Feuerverzinken, Der Praktiker (1977) 8 und

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[9.95] DIN EN 10240 (02.98): Innere und/oder äußere Schutzüberzüge, Festlegungen fürdurch

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[9.96] DIN EN ISO 2063 (05.05): Thermisches Spritzen, Metallische und andere anorganische

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Überzüg

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Gravimetrische Verfahren zur Bestimmung der flächenbezogenen Masse

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Galvanotechnik, (2005)11. S. 2589–2604

9 Korrosionsverhalten von Zinküberzügen

370

A. Schneider

10.1

Grundlagen, Anwendung, Ausführungsschwerpunkte

Für zahlreiche Anwendungsfälle stellt die Feuerverzinkung einen ausreichenden,

den Anforderungen gerecht werdenden Korrosionsschutz dar. In zunehmendem

Umfang werden jedoch feuerverzinkte Konstruktionen und Bauteile zusätzlich

beschichtet. Die Kombination eines metallischen Überzuges mit einem Beschich-

tungssystem wird als Duplex-System bezeichnet. Durch Duplex-Systeme werden

folgende Vorteile erzielt, die überwiegend die Gründe zur Entscheidung füreine

zusätzliche Beschichtung sind:

wesentliche Erhöhung des Korrosionsschutzes und damit

Erschließung der Anwendungsmöglichkeit fürhöhere Kor-

rosionsbelastungen, zum Beispiel in der chemischen Industrie

in einer Korrosivitätskategorie C 5–I nach DIN EN ISO

12944–2 [10.1] (Abb. 10.1);

wesentliche Verlängerung der Schutzdauer des Korrosions-

schutzes und Senkung des Instandhaltungsaufwandes wäh-

rend der Nutzungsdauer des Objektes;

Möglichkeit einer farblichen Gestaltung einschließlich der

Ausführung erforderlicher Sicherheitskennzeichnungen der

Objekte (Abb. 10.2);

Möglichkeit der Nutzung der Beschichtung als Isolation bei

konstruktiv bedingter Paarung unterschiedlicher Metalle zur

Unterbindung einer Kontaktkorrosion.

Die aufgeführten Vorteile werden nur wirksam, wenn die Funktionsfähigkeit des

Korrosionsschutzes während der gesamten Nutzungsdauer gewährleistet wird. In

zahlreichen bekannten Schadensfällen von Duplex-Systemen, die sich überwiegend

im Haftungsverlust (Abblätterung; Abb. 10.3) und in Blasenbildung (Abb. 10.4) der

Beschichtung darstellen, ist der Korrosionsschutz vorzeitig unwirksam. Zur

Vermeidung möglicher Schäden am Duplex-System und zur Realisierung der

hohen Schutzdauer sind einige Besonderheiten gegenüber der Ausführung von

Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme

371

10 Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme

Abb. 10.1 Anwendungen von Duplex-Systemen in der chemi-

schen Industrie (Beratung Feuerverzinken)

Abb. 10.2 Freileitungsmast bei Stade an der Elbe; Beschichtung

zur Sicherheitskennzeichnung Flugsicherheit (Beratung Feuer-

verzinken)

372

Beschichtungen auf Stahl zu beachten, die in folgenden Schwerpunkten zusammen-

zufassen sind:

Konstruktive Ausführung der Objekte (Bauteile) bei gleich-

zeitiger Beachtung der feuerverzinkungsgerechten Gestaltung

und der beschichtungsgerechten Gestaltung;

Qualitätsanforderungen an den Zinküberzug, die über die

Anforderungen an eine Feuerverzinkung ohne Beschichtung

hinausgehen, vor allem unter Berücksichtigung einer Ober-

flächenvorbereitung des Zinküberzuges und einer beschich-

tungsgerechten Oberfläche;

Anwendung geeigneter Oberflächenvorbereitungsverfahren

vor der Beschichtung in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der

Beschichtungsausführung nach der Feuerverzinkung, von der

Korrosionsbelastung während der Nutzungsdauer und vom

auszuführenden Beschichtungssystem;

Anwendung von zur Ausführung auf Zinküberzügen geeig-

neten Beschichtungsstoffen und Beschichtungssystemen;

Auswahl der günstigsten Einordnung der Duplex-Ausführung

in den Fertigungsablauf des Bauteiles, vor allem unter

Berücksichtigung von Werkstattleistungen und Baustellen-

leistungen.

Die nachfolgenden Erläuterungen zu diesen Schwerpunkten erfolgen vorrangig

durch Darstellung von Schwerpunkten und Zusammenhängen der gegenwärtigen

praktischen Verfahrensweise der Duplex-Ausführung.

10.1 Grundlagen, Anwendung, Ausführungsschwerpunkte

Abb. 10.3 Beschichtungsabblätterung aufgrund ungenügender

Oberflächenvorbereitung und/oder ungeeigneter Beschich-

tungsstoffe (Schneider)

373

10.2

Begriffsdefinitionen

Für die Darstellung der Beschichtungsausführung auf Zinküberzüge werden

folgende standardisierte Begriffe angewendet:

Oberflächenvorbereitung

Jedes Verfahren, eine Oberfläche zum Beschichten vorzubereiten [10.2], zum

Beispiel:

Reinigen mit Wasser und Lösungsmitteln sowie Chemikalien

Mechanische Oberflächenvorbereitung

Sweep-Strahlen (Sweepen)

Reinigung und Aufrauung der zu beschichtenden Oberflächen durch schonendes

Strahlen [10.2]

Überzug

Schichten aus Metall werden Überzüge genannt [10.3] (hier Zinküberzug durch

Feuerverzinkung von Stückgut)

Beschichtung

Schichten aus Beschichtungsstoffen werden Beschichtungen genannt [10.4]

Beschichtungsstoff

Flüssiges, pastenförmiges oder pulverförmiges pigmentiertes Produkt, das auf

einen Untergrund aufgebracht, eine deckende Beschichtung mit schützenden,

dekorativen oder spezifischen Eigenschaften ergibt [10.4]

10 Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme

Abb. 10.4 Blasenbildung der Beschichtung verursacht durch

Weißrost des Zinküberzuges (Schneider)

374

Beschichtungssystem

Gesamtheit der Schichten aus Beschichtungsstoffen, die auf einen Untergrund bzw.

ein Substrat aufgetragen wurden, um Korrosionsschutz zu bewirken. [10.4]

Korrosionsschutzsystem

Gesamtheit der Schichten aus Metallen und/oder Beschichtungsstoffen, die auf

einen Untergrund aufzutragen sind oder aufgetragen wurden, um Korrosionsschutz

zu bewirken [10.4]

Duplex-System

Korrosionsschutzsystem, bestehend aus einem Überzug und einem Beschichtungs-

system [10.5]

10.3

Schutzdauer von Duplex-Systemen

Duplex-Systeme erreichen eine höhere Schutzdauer als die Summe der erreichbaren

einzelnen Schutzdauer des Zinküberzuges und einer Beschichtung. Diese Er-

höhung der Schutzdauer wird als synergetischer Effekt bezeichnet und kann in

folgender Gleichung dargestellt werden:

Duplex

=(S

FeuZn

Besch

)1,2–2,5

Duplex

= Schutzdauer des Duplex-Systems (Korrosionsschutzsystem)

FeuZn

=SchutzdauerdesZinküberzuges

Besch

= Schutzdauer des Beschichtungssystems

Der synergetische Effekt wird erreicht durch:

Verhinderung der Unterrostung der Beschichtung durch den

Zinküberzug,

Verhinderung des Abtragens des Zinküberzuges bis zur

vollständigen Abwitterung der Beschichtung,

Vermeidung des Abhebens von Beschichtungen im Bereich

von Poren, entstehenden Rissen und mechanischen Beschä-

digungen der Beschichtung durch niedrige Volumenausdeh-

nung der Zinkkorrosionsprodukte (10%) gegenüber der

Volumenausdehnung von Eisenkorrosionsprodukten (250%),

Verschließen von Poren und Rissen der Beschichtung durch

sich in diesen Bereichen bildende Zinkkorrosionsprodukte;

dadurch Gewährleistung einer Abwitterung der Beschichtung

vonderDeckbeschichtungausgehendüber einen längeren

Zeitraum.

Die schematische Darstellung des unterschiedlichen Verhaltens einer Beschichtung

auf Stahl und auf Zinküberzügen ist aus Abb. 10.5 ersichtlich.

10.3 Schutzdauer von Duplex-Systemen

375

10.4

Besonderheiten der konstruktiven Bauteilausführung

Zusätzlich zu den konstruktiven Bauteilausführungen für die Feuerverzinkung sind

konstruktive Erfordernisse füreineAusführung eines Beschichtungssystems zu

beachten. Angaben dazu erfolgen in DIN EN ISO 12944–3 [10.6]. Zu beachtender

Schwerpunkt ist dabei die Sicherstellung der Zugänglichkeit aller zu beschichtenden

Flächen für das jeweilige Beschichtungsverfahren unter Beachtung der Fertigung,

der Bauwerksnutzung sowie ggf. erforderlicher Instandsetzungsmaßnahmen.

Grundlage dafür sind einzuhaltende Mindestabstände der zu beschichtenden

Flächen in Abhängigkeit von der GrößeundderLagederFlächen. Die DIN EN ISO

12944–3 [10.6] beinhaltet Angaben zu:

einzuhaltenden Mindestabständen von Flansch- und Gurt-

kanten bei beidseitiger Erreichbarkeit,

bevorzugter Anwendung einteiliger Profile,

Erreichbarkeit der Beschichtungsfläche bei Schweißprofilen,

Erreichbarkeit von zu beschichtenden Flächen nach der

Montage (Bodenabstand, Abstand von anderen Baukörpern),

einzuhaltenden Mindestabständen von zu beschichtenden

Flächen bei zusammengesetzten Profilen,

Vermeidung von Spalten, wie z. B. keine Ausführung von

unterbrochenen Schweißnähten bei Korrosionsbelastungen in

Freibewitterung bzw. bei Zusatzbelastungen,

10 Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme

Abb. 10.5 Beschichtung auf Stahl und auf Zinküberzügen (schematische Darstellung)

376

konstruktive Vermeidung der Möglichkeit der Schmutzabla-

gerung und der Wasseransammlung im Bauteil während der

Lagerung/Montage und während der Nutzung,

konstruktive Vermeidung der Möglichkeit einer Kantenflucht

der Beschichtung (z. B. Brechen der Kanten),

Sicherung eines einheitlichen Korrosionsschutzes über das

Gesamtobjekt einschließlich der Verbindungsmittel.

10.5

QualitätsanforderungenandenZinküberzug für eine Beschichtung

Der Zinküberzug als Oberfläche für ein Beschichtungssystem muss grundsätzlich

die Qualitätsanforderungen nach DIN EN ISO 1461 [10.7] erfüllen. Zusätzlich ist

abzusichern, dass der Zinküberzug keine die Beschichtung bzw. die erforderliche

Oberflächenvorbereitung negativ beeinflussenden Eigenschaften aufweist, das

heißt:

Nachbehandlungen des Zinküberzuges, die eine negative

Beeinflussung der Haftung des Beschichtungssystems haben,

sind auszuschließen (z. B. Einölen, Einwachsen, Abkühlen im

Wasserbad mit Weißrostbildung),

bei einer höheren mechanischen Beanspruchung des Zink-

überzuges bei der Ausführung der Oberflächenvorbereitung

durch Sweepen muss eine ausreichende Haftung des Zink-

überzuges vorliegen zur Verhinderung von Zinkabplatzungen

(bei Einhaltung optimaler Ausführungsparameter des

Sweepens), siehe Abschnitt 10.6.3.2.

Die Feuerverzinkerei muss deshalb Kenntnis haben von

der vorgesehenen Duplex-Ausführung und

dem vorgesehenen Oberflächenvorbereitungsverfahren.

In Abhängigkeit vom Ausführungszeitpunkt des Beschichtungssystems sind nach

dem Nationalen Beiblatt der DIN EN ISO 1461 [10.7] folgende Verzinkungs-

qualitäten (Bezeichnungen) erforderlich:

Überzug DIN EN ISO 1461 – tZnk; keine Nachbehandlung,

Beschichtung erfolgt außerhalb des Leistungsbereiches der

Feuerverzinkerei

Überzug DIN EN ISO 1461 – tZnb; Beschichtung erfolgt im

Leistungsbereich der Feuerverzinkerei

Bei der Ausführung einer Oberflächenvorbereitung des Zinküberzuges durch

Sweepen können durch die QualitätdesZinküberzuges und/oder unsachgemäßer

Ausführung des Sweepens mit erhöhter mechanischer Belastung Schäden im

Zinküberzug entstehen (Risse, Enthaftungen). Die Sicherstellung einer ausrei-

chenden Haftung des Zinküberzuges ist durch die Anwendung geeigneter

10.5 Qualitätsanforderungen an den Zinküberzug für eine Beschichtung

377

Stahlwerkstoffe und durch die Einhaltung bzw. Optimierung der Verzinkungs-

parameter möglich. Hohe Schichtdicken mit Haftungsminderungen sind dadurch

zu vermeiden. Nach DIN EN ISO 1461 [10.7] wird die Ausführung und Bewertung

eines Musters empfohlen.

Zusätzlich zur generell nach DIN EN ISO 1461 [10.7] erforderlichen Reinigung

des Zinküberzuges von verfahrensbedingten Verunreinigungen (Flussmittel- und

Zinkaschereste) ist fürdieAusführung eines Beschichtungssystems eine Fein-

reinigung –„Feinverputzen“–erforderlich.

Das Feinverputzen erfolgt in Bereichen des Zinküberzuges, die zur erhöhten

Kantenflucht der Beschichtung, zu Fehlbeschichtungen bzw. zu schlechtem

dekorativen Aussehen der Oberfläche führen, wie z. B. Glätten von Hartzinkein-

schlüssen, Freilegen von Freischnitten und Wasserablaufbohrungen, Glätten von

Zinkverdickungen und Zinktropfen.

Das Feinverputzen kann als Zusatzleistung durch die Feuerverzinkerei oder

durch den BeschichtungsausführendenimRahmenderOberflächenvorbereitung

erfolgen. Werden höhere dekorative Anforderungen an die beschichtete Oberfläche

gestellt, so ist zu beachten:

Unebenheiten in der Oberfläche des Grundwerkstoffes, z. B.

Überwalzungen, Schweißnähte, Zunder- und Rostnarben,

bleiben nach dem Feuerverzinken erkennbar bzw. werden

dadurch erst sichtbar.

Die Anwendung von Grundwerkstoffen mit ungeeigneter oder

kritischer Zusammensetzung für die Feuerverzinkung kann

zu deutlich sichtbaren Oberflächenunebenheiten auf den

Flächen oder an den Brennschnittkanten führen.

Alle am Zinküberzug vorliegenden Oberflächenfehler und

Unebenheiten sind nach der Beschichtung deutlich sichtbar.

Durch entsprechende geeignete Werkstoffauswahl, optimale Fertigung und ggf.

durch die Durchführung einer Probeverzinkung können Oberflächenstörungen

reduziert bzw. vermieden werden.

10.6

Oberflächenvorbereitung des Zinküberzuges fürdieBeschichtung

10.6.1

Verunreinigungen des Zinküberzuges

Vor der Ausführung eines Beschichtungssystems sind haftungsmindernde Ober-

flächenverunreinigungen des Zinküberzuges durch geeignete, auf das Beschich-

tungssystem und die zu erwartende Korrosionsbelastung abgestimmte Ober-

flächenvorbereitungsverfahren zu entfernen.

Als Verunreinigungen der Oberfläche des Zinküberzuges können vorliegen:

artfremde Verunreinigungen, wie

– Fett, Öl, Reste von Reinigungsmitteln,

10 Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme

378

– Signierungen,

– Staub, Schmutz, einschließlich Strahlstaub des Oberflä-

chenvorbereitungsverfahrens,

– Flussmittelreste mit kritischer Auswirkung auf das Haft-

verhalten der Beschichtung,

arteigene Verunreinigungen, die in Abhängigkeit vom Umfang

und der Zeitdauer einer möglichen Korrosionsbelastung des

Zinküberzuges entstehen und unterschiedliche Auswirkun-

gen auf das Haftungsverhalten der Beschichtung haben (Tab.

10.1).

10.6.2

Oberflächenvorbereitungsverfahren

Die Zinkkorrosionsprodukte haben alle ein weißes bis hellgraues Aussehen, sodass

das Vorliegen von kritischen oder unkritischen arteigenen Verunreinigungen visuell

nicht unterscheidbar ist. Die früher häufig angewandte Verfahrensweise des

Bewitterns der Zinkoberfläche zur Verbesserung der Haftung der Beschichtung

10.6 Oberflächenvorbereitung des Zinküberzuges für die Beschichtung

Tab. 10.1 Arteigene Verunreinigungen

Korrosions-

produkt

Aussehen Entstehung Auswirkung auf

die Beschichtung

Zinkoxid weiß in der l. Phase unter atmo-

sphärischen Bedingungen so-

fort nach Entstehung einer

Zinkoberfläche

unkritisch

Zinkcarbonat weiß in der 2. Phase unter atmo-

sphärischen Bedingungen

unkritisch

basisches

Zinkcarbonat

hellgrau in der 3. Phase unter atmo-

sphärischen Bedingungen

(Zinkpatina)

unkritisch

Zinkchlorid weiß bis hellgrau, nicht

sichtbar bei hoher Luft-

feuchtigkeit

bei atmosphärischen Bedin-

gungen mit Chloridbelastung

kritisch

Zinksulfat weiß bis hellgrau bei atmosphärischen Bedin-

gungen mit Sulfatbelastung

kritisch

basisches

Zinksulfat

weiß bis hellgrau bei Industrieatmosphäre kritisch

Zinkhydroxid weiß bis hellgrau bei atmosphärischen Bedin-

gungen und hoher Luftfeuch-

tigkeit

kritisch

Zinkoxidchlorid weiß bis hellgrau Sonderfall, z. B. in Küstennähe kritisch

379