Was ist Galvanisieren?

In der modernen Fertigung stehen alle metallischen Komponenten - vom Baustahl bis zum Präzisionsguss - vor der grundlegenden Herausforderung, dass Korrosion. Ungeschützter Stahl rostet in rauen Umgebungen schnell, was zu strukturellem Verfall und hohen Ersatzkosten führt.

Um dieses Problem zu lösen, Verzinkung wird allgemein als robuste und kostengünstige Oberflächenbehandlung eingesetzt. Sie schafft eine dauerhafte Schutzbarriere und verbessert die Außenhaltbarkeit von Stahl und verlängert dessen Lebensdauer um Jahrzehnte. Dieses Verfahren reduziert die Lebenszykluskosten von kritischen Infrastrukturen im Bau-, Verkehrs- und Energiesektor. Dieser Leitfaden bietet Ingenieuren einen systematischen Überblick über Verzinkung Grundsätze, Verfahren und Anwendungen zur Unterstützung optimaler Materialentscheidungen.

Was ist Galvanisieren?

Unter Verzinken versteht man das Aufbringen einer schützenden Zinkschicht auf Stahl oder Eisen, um Korrosion zu verhindern.
Diese Zinkschicht hält Feuchtigkeit und Sauerstoff ab und bietet außerdem einen Opferschutz, d. h. das Zink korrodiert zuerst, um das darunter liegende Metall zu schützen.

In der technischen Praxis, Verzinkung ist ein weit gefasster Begriff, der verschiedene Verzinkungstechnologien umfasst, darunter Feuerverzinkung, galvanische Verzinkung, Thermodiffusion und zinkhaltige Beschichtungen.

Wie verhindert die Verzinkung Rost?

Die Wirksamkeit der Verzinkung basiert auf vier Schlüsselmechanismen, die zusammenwirken, um langfristigen Schutz zu bieten.

Die erste ist Schutz vor Barrieren. Die Zinkschicht bildet eine dichte, undurchlässige physikalische Barriere, die die Stahloberfläche von korrosiven Elementen wie Feuchtigkeit und Sauerstoff isoliert. Solange diese Schicht intakt bleibt, kann der Stahl nicht rosten.

Zweitens, Verzinkung verwendet eine Opferanode Mechanismus. Da Zink elektrochemisch aktiver ist als Eisen, korrodiert das freiliegende Zink bevorzugt, wenn die Beschichtung zerkratzt oder beschädigt wird (es opfert sich), während es kathodischer Schutz auf dem freiliegenden Stahl. Das bedeutet, dass der Schutz auch nach einer Oberflächenbeschädigung bestehen bleibt.

Im Laufe der Zeit reagiert Zink, das der Atmosphäre ausgesetzt ist, zu einer zähen, stabilen Schicht aus Zinkkarbonat, die als Patina. Diese Patinaschicht ist entscheidend für den langfristigen Schutz, den die Verzinkungda es den Verbrauch des Zinks selbst verlangsamt.

Schließlich, in Feuerverzinkungschafft der Prozess starke Eisen-Zink-Legierungsschichten die eine metallurgische Verbindung zwischen dem Zink und dem Stahlsubstrat herstellen. Diese Legierungsschichten gewährleisten eine hervorragende Haftung und eine hohe Abriebfestigkeit, die verhindert, dass die Beschichtung leicht abblättert oder sich löst.

Geschichte des Verzinkens

Das Konzept, Eisen mit Zink zu schützen, ist seit Jahrhunderten bekannt, auch wenn die industrielle Anwendung erst in jüngerer Zeit erfolgt.

Die früheste offizielle Erwähnung der Verwendung von geschmolzenem Zink zum Schutz von Eisen geht zurück auf 1742als der französische Chemiker P.J. Malouin seine Erkenntnisse vorstellte. Dies markierte die erste Beobachtung dessen, was später die Feuerverzinkung Prozess.

Der industrielle Durchbruch erfolgte in 1836als der französische Ingenieur Stanislaus Sorel erhielt das erste Patent für das moderne Verfahren, das die Verwendung von Ammoniumchlorid als Flussmittel zur Vorbereitung der Eisenoberfläche vorsah.

Das Verfahren gewann während der Industriellen Revolution schnell an Bedeutung, als die Nachfrage nach langlebigen Metallinfrastrukturen in Europa und Nordamerika stark anstieg. Verzinkung wurde zu einer praktischen und kostengünstigen Lösung für den Schutz von Eisen- und frühen Stahlkonstruktionen.

Durch die 20. Jahrhundert, Feuerverzinkung wurde zur standardisierten und obligatorischen Korrosionsschutzbehandlung für Baustahl und Außenbauteile in den wichtigsten technischen Normen (wie ASTM und ISO) weltweit.

Verzinkungsprozess

Die Feuerverzinkung (HDG) Verfahren ist ein präziser, mehrstufiger Vorgang, der eine perfekte metallurgische Verbindung und einen gleichmäßigen Zinküberzug gewährleistet.

1. die Vorbereitung der Oberfläche

Sauberkeit ist die Grundlage für Qualität Verzinkung. Der Prozess beginnt mit drei Reinigungsschritten. Erstens, Entfettung verwendet eine alkalische Lösung, um organische Verunreinigungen wie Öl und Schmutz zu entfernen. Zweitens, Beizen Bei diesem Verfahren wird der Stahl in ein Säurebad (in der Regel Salzsäure) getaucht, um die Oberfläche chemisch zu reinigen und Rost und Walzzunder zu entfernen. Schließlich wird der Stahl in ein Flussmittellösung (Zinkammoniumchlorid), das die Oberfläche von Restoxiden reinigt und eine Reoxidation verhindert, bevor das Bauteil in das Zinkbad gelangt.

2. geschmolzenes Zinkbad

Das vorbereitete Bauteil wird langsam in das Wasser getaucht Bad aus geschmolzenem Zink. Die Temperatur des Zinks wird streng kontrolliert und liegt bei etwa $450^{\circ}\text{C}$. Bei dieser Temperatur reagiert das Eisen im Stahl chemisch mit dem geschmolzenen Zink und bildet mehrere Schichten aus starkem Eisen-Zink-Legierungen. Diese Legierungsschichten sind entscheidend für die Haftfestigkeit und Haltbarkeit der Verzinkung Mantel.

3. kühlung und Passivierung

Sobald die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird das Bauteil langsam entnommen, so dass überschüssiges Zink abfließen kann. Anschließend wird es abgekühlt, entweder durch natürliche Luftkühlung oder durch Wasserabschrecken. Manchmal wird eine Passivierung Die Behandlung erfolgt unmittelbar nach dem Abkühlen, um die Bildung von "Nasslagerflecken" (Weißrost) zu verhindern, insbesondere wenn das Bauteil unter feuchten Bedingungen gelagert wird.

4.Inspektion

Der letzte Schritt ist Inspektion. Die Dicke des Verzinkung Die Beschichtung wird mit zerstörungsfreien Methoden (z. B. magnetischen Messgeräten) gemessen, um die Einhaltung internationaler Normen wie ASTM A123 oder ISO 1461 zu bestätigen.

Ingenieure müssen Maßänderungen bei Präzisionsteilen aufgrund der Schichtdicke berücksichtigen; Gewinde und Gegenflächen müssen oft übergroß vor Verzinkung. Darüber hinaus müssen alle geschlossenen Strukturen mit geeigneten Entlüftungslöcher und Abflusslöcher um eine vollständige Zinkabdeckung zu gewährleisten und Sicherheitsrisiken beim Tauchen zu vermeiden.

Verschiedene Verzinkungsmethoden

Während Feuerverzinkung (HDG) ist branchenführend im Bereich Hochleistungsschutz, andere Verzinkung Methoden dienen spezifischen Anforderungen in Bezug auf Bauteilgröße, Maßtoleranz und erforderliche Lebensdauer.

1.feuerverzinkt (HDG)

HDG bietet die dickste Beschichtung (in der Regel $50 \mu \text{m}$ bis $150 \mu \text{m}$) und die längste Lebensdauer (25-50 Jahre). Es schafft eine hervorragende metallurgische Verbindung, bietet eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und eine vollständige Innenabdeckung für Rohre und geschlossene Formen. Es ist der Standard für Infrastruktur- und Strukturanwendungen.

2. elektrolytische Verzinkung

Bei diesem Verfahren wird eine dünne Schicht aus reinem Zink (in der Regel $5 \mu \text{m}$ bis $25 \mu \text{m}$) galvanisch abgeschieden. Es bietet eine glatte, ästhetisch ansprechende Oberfläche und eine minimale Beeinträchtigung der Abmessungen, wodurch es sich ideal für Präzisionsbefestigungselemente und Bauteile im Innenbereich eignet, bei denen das Korrosionsrisiko gering ist. Die Lebensdauer des Schutzes ist jedoch deutlich kürzer als bei HDG.

3. kalte Verzinkung / zinkhaltige Farbe

Oft bezeichnet als Zinkhaltige FarbeEs handelt sich um eine Beschichtung, die eine hohe Konzentration an Zinkpulver enthält. Es ist nicht wahr Verzinkung sondern bietet einen Opferschutz durch Leitfähigkeit. Seine primäre technische Verwendung ist für Reparatur von beschädigte HDG-Beschichtungen vor Ort (gemäß ASTM A780) und für kleine Ausbesserungsarbeiten.

4. thermische Diffusionsverzinkung (Sherardisierung)

Bei diesem Verfahren werden die Teile in einer versiegelten Trommel mit Zinkpulver erhitzt, wodurch eine hochgradig gleichmäßige Zinkbeschichtung aus allen Legierungen entsteht. Es eignet sich hervorragend für kleine, komplexe Teile und Gewindekomponenten, bei denen die Maßhaltigkeit von größter Bedeutung ist, da die Beschichtungsdicke gleichmäßig ist und die Beeinträchtigung von Gewindeeingriffen minimiert wird.

Methode	Dicke (μm)	Korrosion Lebensdauer	Ideale Verwendung	Kosten
Feuerverzinkung (HDG)	50 – 150	Am längsten (25-50 Jahre)	Baustahl, große Gussteile	Mittel
Galvanische Verzinkung	5 – 25	Kurz (Indoor/Mild)	Präzisionsteile, kleine Verbindungselemente	Niedrig
Thermische Diffusion	30 – 100	Ausgezeichnet	Gewindekomponenten, Kleinserienteile	Hoch

Zinkbeschichtung (Verzinkung) vs. Pulverbeschichtung

Zinküberzug - in der Technik üblicherweise bezeichnet als Verzinkung-und Pulverbeschichtung sind zwei weit verbreitete Korrosionsschutzsysteme, die jedoch nach grundlegend verschiedenen Mechanismen funktionieren und daher unterschiedlichen technischen Zwecken dienen.

Verzinkung ist eine breite Kategorie die verschiedene Verzinkungstechnologien umfasst, wie z. B. Feuerverzinkung (HDG), galvanische Verzinkung, thermische Diffusionsverzinkung und zinkhaltige Beschichtungen. Unabhängig von der Methode bietet die Verzinkung zwei Hauptformen des Schutzes:

• Schutz vor Barrierenwobei die Zinkschicht den Stahl physikalisch von Feuchtigkeit und Sauerstoff isoliert; und
• Aufopferungsvoller Schutzbei dem Zink bevorzugt korrodiert, um freiliegenden Stahl zu schützen, wenn die Beschichtung zerkratzt oder beschädigt ist.

Aufgrund dieses Opferverhaltens ist verzinkter Stahl auch nach kleineren Beschädigungen der Beschichtung weiterhin korrosionsbeständig. Unter allen Verzinkungsmethoden, Feuerverzinkung (HDG) bietet die längste Haltbarkeit im Freien, in der Regel 25-50 Jahre unter normalen atmosphärischen Bedingungen.

Pulverbeschichtungist dagegen ausschließlich ein Barriere-Typ Schutzsystem. Sie bietet ein hervorragendes Aussehen, einheitliche Farboptionen und glatte architektonische Oberflächen. Wenn die Beschichtung jedoch abplatzt, Risse bekommt oder anderweitig beschädigt wird, wird der darunter liegende Stahl sofort freigelegt, da die Pulverbeschichtung nicht einen Opferschutz bieten.

Unter dem Gesichtspunkt des Lebenszyklus bieten Zinkbeschichtungssysteme (Verzinkung) eine bessere langfristige Korrosionsbeständigkeit, während die Pulverbeschichtung in Bezug auf Ästhetik, Oberflächenqualität und Farbkontrolle besser abschneidet.
Für Projekte, die sowohl eine lange Lebensdauer als auch eine hohe visuelle Attraktivität erfordern, ist ein Duplex-System-Verzinkung plus Pulverbeschichtung - bietet eine synergetische Leistung und wird häufig in den Bereichen Architektur, Transport und Infrastruktur eingesetzt.

Vorteile der Verzinkung

Die weit verbreitete Annahme von Verzinkung wird durch seine überzeugenden wirtschaftlichen und leistungsbezogenen Vorteile angetrieben, die es zu einer optimalen Wahl für den langfristigen Metallschutz machen:

• Hervorragende Langzeit-Korrosionsbeständigkeit: Die doppelte Wirkung von Barriere und Opferschutz macht Feuerverzinkung der Maßstab in der Branche, der jahrzehntelang wartungsfreien Schutz bietet und die Lebensdauer der Stahlkonstruktion erheblich verlängert.
• Geringe Wartungskosten: Die lange Lebensdauer der Verzinkung Beschichtung macht wiederholte Anstriche und Wartungsarbeiten überflüssig, was zu einer wesentlich geringeren Lebenszykluskosten (LCC) im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen.
• Vollständige Deckung: Als Flüssigtauchverfahren, Feuerverzinkung stellt sicher, dass jeder Innenraum, jeder Spalt und jede Kante eine gleichmäßige Beschichtung erhält, so dass Schwachstellen, die häufig bei Sprühbeschichtungen auftreten, vermieden werden.
• Abnutzungswiderstand: Die darunter liegenden Eisen-Zink-Legierungsschichten sind oft härter als der Grundstahl. Diese metallurgische Härte verleiht dem Verzinkung Die Beschichtung ist sehr widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen, Stöße und Abrieb während der Handhabung und des Betriebs.
• Nachhaltig: Verzinkt Stahl ist umweltfreundlich, da sowohl der Stahl als auch das Zink in hohem Maße recycelbar sind und die Notwendigkeit einer häufigen Wartung (und die damit verbundenen VOC-Emissionen durch Farbe) entfällt.

Grenzen der Verzinkung

Obwohl die Verzinkung einen ausgezeichneten Langzeit-Korrosionsschutz bietet, hat das Verfahren mehrere technische Einschränkungen, die bei der Konstruktion und Herstellung berücksichtigt werden müssen. Diese Einschränkungen beziehen sich auf die Kontrolle der Schichtdicke, thermische Effekte, die Kompatibilität mit Präzisionsteilen und Umweltauflagen. Die Kenntnis dieser Nachteile hilft Ingenieuren bei der Entscheidung, ob eine Verzinkung für ein bestimmtes Bauteil geeignet ist oder ob ein alternatives Beschichtungssystem besser geeignet ist.

Zu den wichtigsten Nachteilen gehören:

• Dimensionaler Einfluss: Die Dicke der Beschichtung (insbesondere HDG mit 50-150 µm) kann die Toleranzen beeinträchtigen und eine Überdimensionierung von Gewinden, maschinell bearbeiteten Passungen und präzisen Passflächen erfordern.
• Risiko der thermischen Verformung: Bei der Feuerverzinkung werden die Teile bei ~450 °C eingetaucht, was bei dünnwandigen, großen oder asymmetrischen Bauteilen zu Verformungen führen kann.
• Oberflächenästhetik: Verzinkte Beschichtungen weisen häufig Flecken, Fließspuren oder ein ungleichmäßiges Aussehen auf; sie sind nicht geeignet, wenn eine hohe kosmetische Gleichmäßigkeit erforderlich ist.
• Begrenzte Eignung für komplizierte Geometrien: Geschlossene Strukturen erfordern Entlüftungs- und Abflussöffnungen, da das Zink sonst nicht frei fließen kann und der Prozess unsicher oder unvollständig wird.
• Komplexität der Reparatur: Nach einer Beschädigung im Betrieb können Reparaturen (in der Regel zinkhaltige Farbe) die metallurgischen Legierungsschichten von HDG nicht vollständig nachbilden.
• Überlegungen zur Schweißeignung: Verzinkter Stahl erfordert eine zusätzliche Oberflächenvorbereitung vor dem Schweißen und erzeugt Dämpfe, die eine angemessene Belüftung erfordern.
• Umweltbedingungen: In bestimmten aggressiven Umgebungen (starke Säuren, ständiges Eintauchen in Salzwasser) kann Zink schneller als erwartet korrodieren und die Lebensdauer verkürzen.
• Kosten vs. Alternativen: Für Bauteile, die nur einen kurzfristigen Schutz oder ästhetische Beschichtungen benötigen, kann die Verzinkung teurer sein als Standard-Industrielacke oder Pulverbeschichtungen.

Anwendungen

Verzinkung ist in vielen Industriezweigen, in denen eine langfristige Einwirkung von Witterungseinflüssen zu erwarten ist, unverzichtbar und bietet dauerhaften Schutz für wichtige Anlagen:

• Architektonische und strukturelle Verwendungen: Es ist die wichtigste Schutzlösung für Baustahl in Gewerbe- und Industrieanlagen, Brücken und Parkhäusern.
• Transport und Infrastruktur: Seine Widerstandsfähigkeit gegen raue Witterungsbedingungen macht es zum Standard für Anlagen wie Autobahnleitplanken, Verkehrsschranken und Straßenbeleuchtungsmasten, die sich auf Feuerverzinkung für die Sicherheit im Straßenverkehr.
• Strom- und Kommunikationstürme: Verzinkung ist von entscheidender Bedeutung für Hochspannungsmasten, Basisstationen und Umspannwerke, um die strukturelle Integrität an abgelegenen Standorten zu gewährleisten.
• Ausrüstung für die Meeresumwelt: Es wird häufig für Docks, Plattformen und Sekundärkonstruktionen verwendet, wobei in direkten Spritzwasserbereichen höhere Zinkverbrauchsraten zu berücksichtigen sind.
• Industriemaschinen und Lagertanks: Verzinkt Halterungen, Rahmen und Komponenten gewährleisten die Betriebskontinuität in korrosiven chemischen Umgebungen oder bei hoher Luftfeuchtigkeit.
• Kleine Verschlüsse: Sie wird allgemein angewendet auf kleine Verschlüssewie Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben, um zu gewährleisten, dass die Verbindungsstellen ebenso korrosionsbeständig sind wie die Hauptbauteile.

Für spezielle Anwendungen, Gussteile und bearbeitete Teile die für den Einsatz im Freien vorgesehen sind, wie z. B. Komponenten in Pumpen, Ventilen und komplexen mechanischen Baugruppen, werden routinemäßig durch Feuerverzinkung oder Thermische Diffusionsverzinkung um einen jahrzehntelangen, zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Verzinkungsgrade & "7-Grad-Verzinkung"

Verzinkung Die Normen definieren die Leistung in erster Linie auf der Grundlage der Dicke oder des Gewichts des Zinküberzugs.

Die Noten werden in der Regel durch die Schichtdicke in Mikrometern ($\mu \text{m}$) oder die Gewicht der Beschichtung pro Flächeneinheit ($\text{g}/\text{m}^2$). Beispiele aus Normen sind die Mindestanforderungen an die Dicke in ISO 1461 und ASTM A123. Bei kontinuierlichen Produkten wie Stahlblechen wird die Bezeichnung Z für die Sorte verwendet, zum Beispiel, Z275 gibt eine Beschichtungsmasse von $275 \text{g}/\text{m}^2$ an.

Der Begriff "7-Grad-Verzinkung” ist keine weltweit anerkannte oder standardisierte Industrienote. Dies ist wahrscheinlich ein lokaler oder projektspezifischer Begriff und sollte in formalen technischen Spezifikationen vermieden werden, da er mehrdeutig ist.

Um Qualität und Konformität zu gewährleisten, müssen die Ingenieure stets die genaue Galvanisierungsverfahren (z. B. HDG oder galvanische Verzinkung), die geltende Norm (z. B. ASTM A123), und die erforderliche Mindestschichtdicke oder Gewicht für die spezifische Bauteildicke. Die gewählte Sorte muss der Schwere der korrosiven Umgebung des Bauteils angemessen sein.

Schlussfolgerung

Die Verzinkung ist nach wie vor eine der zuverlässigsten und kosteneffizientesten Methoden zum Schutz von Stahl in rauen Umgebungen. Die Kombination aus Barriereschutz, Opferwirkung und metallurgischer Bindung bietet langfristige Korrosionsbeständigkeit bei minimalem Wartungsaufwand.

Für Ingenieure hängt die Wahl der richtigen Verzinkungsmethode von den Expositionsbedingungen des Bauteils, den strukturellen Anforderungen und der gewünschten Lebensdauer ab. Feuerverzinkung (HDG) ist nach wie vor der Maßstab für Infrastruktur- und Schwerindustrieanwendungen.

Wenn Ihr Projekt eine dauerhafte Leistung im Außenbereich erfordert, sollten Sie bereits in der Entwurfsphase die geeignete Verzinkungsmethode und Beschichtungsstärke festlegen.
Sie können auch Kontakt zu unserem Ingenieurteam um Unterstützung bei der Materialauswahl oder Beschichtungsspezifikationen zu erhalten.

FAQ

Wie lange hält eine galvanische Beschichtung?

Die Lebensdauer einer galvanischen Beschichtung hängt von der Zinkdicke und den Umgebungsbedingungen ab.
Typische Dauer der Feuerverzinkung 25-50 Jahre im Freien und noch länger in ländlichen Gebieten.
Galvanisch verzinkte Beschichtungen sind dünner und halten in der Regel nur wenige Jahre unter milden Innenraumbedingungen.
Meeres- oder Industrieatmosphären verkürzen die Lebensdauer aufgrund des schnelleren Zinkverbrauchs.

Wie kann man feststellen, ob ein Metall verzinkt ist?

Verzinkter Stahl ist oft sichtbar:

• A Spangled oder kristallines Oberflächenmuster
• Mattes Grau oder helles Metallic-Finish
• Eine härtere, leicht raue Textur aus Fe-Zn-Legierungsschichten

Zu den technischen Identifizierungsmethoden gehören magnetische Schichtdickenmessgeräte, Funkenprüfungen oder die Anwendung verdünnter Säuren, die mit Zink reagieren.

Wie entfernt man eine galvanische Beschichtung?

Zu den üblichen Entfernungsmethoden gehören:

• Chemisches Abbeizen Verwendung von Säuren wie Salzsäure
• Mechanische Entfernung durch Schleifen, Strahlen oder Schmirgeln
• Thermische Entfernungobwohl es im Allgemeinen wegen der gefährlichen Zinkdämpfe vermieden wird

Vorsicht ist geboten, um den darunter liegenden Stahl nicht zu beschädigen.

Kann eine galvanische Beschichtung über Rost aufgetragen werden?

Die Verzinkung kann nicht direkt auf eine verrostete Oberfläche aufgetragen werden.
Verbleibende Korrosionsprodukte verhindern, dass das Zink eine richtige metallurgische Verbindung mit dem Stahl eingeht.

Für FeuerverzinkungDer Stahl muss durch Entfetten, Beizen und Fluxen vollständig gereinigt werden, bevor er in das geschmolzene Zinkbad gelangt - andernfalls wird die Beschichtung ungleichmäßig oder kann versagen.

Für zinkhaltige Farbe (Kaltverzinkung)Um eine saubere, nahezu weißmetallische Oberfläche zu erhalten, muss der Rost mechanisch entfernt werden (Schleifen, Strahlen oder Sandstrahlen). Nur nach einer ordnungsgemäßen Oberflächenvorbereitung kann die zinkhaltige Beschichtung einen wirksamen Opferschutz bieten.