Literatur zur Verzinkung

Der weltweite Zinkverbrauch blieb im Jahr 2011 konstant, da sich nach der Statistik der International Lead and Zinc Study Group der steigende Verbrauch in Schwellenländern (z. B. China, Brasilien und Indien) mit dem sinkenden Verbrauch in Europa und den USA die Waage hielt.

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Es gibt zwei Hauptverfahren: das elektrolytische (nasse) Verfahren und das thermische (trockene) Verfahren. Über 90 % der Weltproduktion werden im elektrolytischen Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren hat vier Stufen: a) Aufkonzentrieren des Erzes b) Rösten des Erzes an der Luft c) Umwandlung des Zinkoxids in Zinksulfat d) Elektrolyse der Zinksulfatlösung

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2013 wurden weltweit über 13 Millionen Tonnen Zink produziert. Sechzig Prozent davon wurden als Korrosionsschutz für Stahl verwendet, der die Nutzungsdauer von Stahlprodukten erheblich verlängert. Etwa 15 % wurden für Zinklegierungen verwendet, die vor allem beim Metallgussindustrie verbraucht werden, 14 % gingen in die Produktion von Messing und Bronze und 8 % wurden zur Produktion von Verbindungen wie Zinkoxid und Zinksulfat verwendet. Bei der Restmenge handelt es sich um Zinklegierungen, die vor allem gewalzt als Halbfabrikate für die Münzprägungen und Anwendungen in der Architektur verwendet werden. Diese Lieferanten für Erstnutzer stellen aus dem Zink eine Vielzahl von Produkten her. Der mit Abstand größte Anwendungsbereich ist die Baubranche, die etwa 45 % der Erstnutzer von Zinkprodukten stellt. Der Transportsektor beansprucht 25 % des globalen Zinkverbrauchs, Konsumgüter (einschließlich elektrischer und elektronischer Geräte) machen 23 % aus. Die restlichen 7 % werden bei der Herstellung von Industriemaschinen verbraucht.

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Unter der Oberbezeichnung „Verzinkung“ werden verschiedene Zinkbeschichtungen zusammengefasst, die jedoch unterschiedliche Eigenschaften haben. Dies betrifft oft nicht nur die Einsatzmöglichkeiten, sondern auch ihre Wirtschaftlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. Die verschiedenen Zinkbeschichtungen unterscheiden sich in der Aufbringungsmethode, der Haftung am Trägermetall, der Härte, der Korrosionsbeständigkeit und der stärke. In diesem Praxisleitfaden werden folgende Verzinkungen beschrieben, um Architekten, Ingenieuren und anderen für die Materialauswahl Verantwortlichen bei der Bewertung und Auswahl der geeignetsten Verzinkung als Korrosionsschutz zu helfen: kontinuierliche Blechverzinkung, elektrolytische Verzinkung und Zinkbeschichtung.

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Die hauptsächliche Schutzwirkung der Verzinkung beruht darauf, dass das Zink den Stahl als undurchdringliche Barriere vor Feuchtigkeit schützt, da ohne Feuchtigkeit (Elektrolyt) keine Korrosion möglich ist. Bei der Galvanisierung entsteht eine ausgezeichnet haftende Zinkbeschichtung mit hoher Abrieb- und Korrosionsfestigkeit. Verzinkungen sind dauerfest, ohne dass mit der Zeit Risse, Blasen oder Abplatzungen auftreten wie dies bei anderen Schutzbeschichtungen wie Lacken der Fall ist. Als reaktives Material korrodiert und erodiert Zink jedoch, wenn auch langsam. Die Schutzwirkung von Zink ist also proportional von der Stärke der Schicht und der Korrosionsrate abhängig. Daher ist es wichtig, den Korrosionsmechanismus von Zink zu kennen und zu wissen, welche Faktoren sich auf die Korrosionsrate auswirken.

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Wie man bereits am Namen ablesen kann, kommt bei der kontinuierlichen Feuerverzinkung Hitze zum Einsatz. Die Oberfläche des Stahlblechs wird ununterbrochen mit einem Schmelzfluss beschichtet. Dabei durchläuft das Stahlblech als durchgehendes Band mit einer Geschwindigkeit von bis zu 180 m pro Minute ein Bad aus geschmolzenem Metall. Im Metallbad geht das Stahlband eine Legierung mit dem geschmolzenen Metall ein, bei der die Beschichtung fest an die Bandoberfläche gebunden wird. Beim Austreten aus dem Schmelzbad nimmt das Band überschüssiges flüssiges Überzugmetall mit (wie bei einem Gegenstand, der aus dem Wasser gezogen wird). Ein Düsenabstreifverfahren mit Gas sorgt dafür, dass eine Schicht von genau kontrollierter Stärke auf der Blechoberfläche verbleibt (diese Stärke wird in der Regel als Gewicht (Masse) der Beschichtung pro Flächeneinheit angegeben).

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Als „Zinkblumen“ bezeichnet man das typische Aussehen verzinkter Stahloberflächen, auf denen mit bloßem Auge kristalline Muster zu erkennen sind, die Schneeflocken oder sechsstrahligen Sternen ähneln. Abbildung 1 zeigt in etwa 10facher Vergrößerung das für verzinkte Oberflächen typische Zinkblumenmuster.

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Um die für die Bedürfnisse des Nutzers richtige Beschichtungsstärke verzinkter Stahlbleche auszuwählen, müssen die Korrosionseigenschaften der künftigen Einsatzumgebung bekannt sein. Die Lebensdauer des Produktes hängt zwar letztlich im Wesentlichen von der Stärke der Beschichtung ab, diese wird jedoch nicht direkt verwendet, um die Menge der Beschichtung anzugeben. GalvInfoNote 1.1 erläutert, warum bei feuerverzinkten Blechen die Beschichtung nicht als Stärke, sondern als Auftragsgewicht (im Zoll- und Pfundsystem) oder Auftragsmasse (SI-System) angegeben wird.

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Anwendungsbereiche für verzinkte Stahlbleche: HLK-Leitungen, Haushaltsgeräte, Klimaanlagen und Kühlsysteme, Schalttafeln, Warmwasserbereiter und Wasserkühler, Metalltauchverfahren, Dächer, Stahltüren, Möbel, Fahrzeuge, Ummantelung unterirdischer Kabel, Kabelträgerroste, Geflechte, Zwischendecken, Trennwände usw.

ASTM A653/A653M-15 Standardspezifikation für Stahlblech, zinkbeschichtet (verzinkt) oder mit Zink/Eisenüberzug (Galvannealed) durch Feuerverzinkung: EN 10346-09 -Kontinuierlich feuerverzinkte Bandstahlprodukte – technische Lieferbedingungen: JIS G3302 – Feuerverzinkte Stahlbleche und -bänder: ISO 3575-2011– Kontinuierlich feuerverzinktes Kohlenstoff-Stahlblech in Handelsqualitäten und Ziehgüten

Blei fördert die Zinkblumenbildung. Flüssigem Zink kann etwa 0,5 % Blei untergemischt werden. Höhere Gehalte setzen sich als nicht mischbare Flüssigkeit mit hohem Bleigehalt am Boden des Verzinkungsbades ab.

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Bei der kontinuierlichen Feuerverzinkung spielt Zink eine zentrale Rolle. Die Verwendung der richtigen Zinklegierung oder Vorlegierung für die Verzinkung ist entscheidend, um ein verzinktes Erzeugnis zu fertigen, das den Marktanforderungen entspricht. Um eine gute Haftung auf dem Stahl zu erreichen, ist eine exakte Kontrolle des Aluminiumanteils in der Zinklegierung besonders wichtig. Dafür muss der Verzinker sich auf die Lieferung von Zink-Rohbarren in genau festgelegter Zusammensetzung verlassen können. Dies gewährleistet eine Reihe von ASTM-Standards für Zinkprodukte. GalvInfoNote 5.1 im GalvInfo Center (siehe Link unten) führt die für die kontinuierliche Verzinkung verfügbaren Zinkqualitäten und die zugehörigen ASTM-Dokumente auf.

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• Abdunkelung der Zinkblume • Verzögerter Adhäsionsbruch • Nicht zur Lackierung geeignet

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Um das Gesundheitsrisiko durch Blei zu reduzieren, kann es durch Antimon ersetzt werden. Die Korrosion an den Grenzflächen der Zinkblume bleibt jedoch weiterhin problematisch.

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6.2 Zinkbadanalyse – Das bei der kontinuierlichen Feuerverzinkung verwendete Metallbad muss mindestens 99 % Zink enthalten, sein Bleianteil darf 0,009 % nicht überschreiten. HINWEIS 3: Für eine kontrollierte Legierungsbildung und eine bessere Adhäsion der Zinkschicht auf dem Stahlträgermaterial enthält das geschmolzene Überzugsmetall normalerweise einen gewissen Aluminiumanteil, in der Regel zwischen 0,05 und 0,25 Prozent. Dieses Aluminium wird dem Schmelzbad bewusst hinzugefügt, entweder als spezifizierter Anteil im Rohzink oder durch Zugabe einer aluminiumhaltigen Vorlegierung. In der Spezifikation B852 werden Zinklegierungen für die kontinuierliche Verzinkung aufgeführt, darunter verschiedene Zinklegierungen, die sowohl den Aluminiumgehalt des Überzugs zwischen 0,05 und 0,25 % einstellen und einen Bleigehalt von maximal 0,009 % gewährleisten können. Spezifikation B6 gibt bestimmte Zinkqualitäten an, deren Bleigehalt nicht über 0,009 % liegt, die jedoch weniger Aluminium enthalten.

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