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

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2 Geschichtliche Entwicklung der Feuerverzinkung

[2.1] Bemal, J.-D.: Die Wissenschaft in der Geschichte. Berlin: Deutscher Verlag der

Wissenschaften 1961, S. 16

[2.2] Philosophical Transactions 2 (1667), S. 493–500

[2.3] Clanvill, J.: Philosophical Transactions I (1665/72), (abridzed 1809), S. 364 [2.4]

Polytechnisches Zentralblatt, Neue Folge, 1. Bd. 308, Leipzig 1843 [2.5] Bulletin du

musee de J'Industrie 11, 119 (1846); daraus: Polytechnisches Zentralblatt, Neue Folge, l,

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[2.6] Greiling, W.: Chemie erobert die Welt, Econ Verlag 1950, Seite 67

[2.7] Winterhager, H.: Der Zinck – seine Benutzungsarten in Naturwissenschaft und Technik

im Laufe der Zeiten, Aus: 25 Jahre (1951–1976) Gemeinschaftsausschuß Verzinken e. V.,

Ausgabe 1977, S. 34

[2.8] Releaux, F.: Das Buch der Erfindungen, Gewerbe und Industrie IV: Die Behandlung der

Rohstoffe (1836), Verlag O. Spaner

[2.9] Kleingarn, J. P.: Korrosionsschutz durch Feuerverzinken gestern, heute und morgen,

Industrie-Anzeiger 97. Jg., Nr. 60 vom 25. 07. 1975

[2.10] Bablik, H.: Das Feuerverzinken. Wien: Verlag von Julius Springer 1941, Teil III (Vorwort)

[2.11] Bablik, H.: a. a. O. (Vorwort) [2.12] Bablik, H. .-a. a. O., S. 3

[2.13] Goldbeck, O.: Die Situation der deutschen Stahlbau-Industrie; Stahlbau Nachrichten 3,

1992, S. 7

[2.14] Bablik, H.: a. a. O., S. 250

Literaturverzeichnis

P. Peißker

Voraussetzung für die Erzeugung qualitätsgerechter Zinküberzüge nach DIN EN

ISO 1461 ist eine metallisch blanke Oberfläche (Oberflächenvorbereitungsgrad „Be“

nach DIN EN ISO 12944–4). Unter Oberflächenvorbereitung von Stahloberflächen

fürdieDurchführung von Korrosionsschutzmaßnahmen versteht man die

Reinigung der StahloberflächevonallenarteigenenundartfremdenVerun-

reinigungen (Tab. 3.1) und das Herstellen einer auf die Korrosionsschutzmaß-

nahme abgestimmten Rauheit. Derartige auf der Metalloberfläche verbleibende

Verunreinigungen wirken als Trennschicht zwischen Metall und Beschichtung und

beeinträchtigen oder verhindern die Haftung des Zinküberzuges.

Man unterscheidet drei unterschiedliche Verfahren der Oberflächenvorbereitung

[3.2]:

Reinigen mit Wasser, Lösemitteln sowie mit Chemikalien, z. B.

Hochdruckwasserreinigung, Dampfstrahlen, aber auch Bei-

zen mit Säuren.

Mechanische Oberflächenvorbereitung einschließlich Strah-

len.

Flammstrahlen.

Tab. 3.1 Mögliche Verunreinigungen auf Metalloberflächen [3.1]

Deckschichten Fremdschichten

arteigene Auflagen artfremde Auflagen

durch Adsorption

aus Umgebung

Konservierungsmittel Stanz- und Ziehhilfs-

mittel

Rost, Zunder, Reak-

tionsschichten

Wasser, Staub,

Schmutz, Flug-

asche, Materialreste

Wachse, Silikone, Öle,

Fette, Überzugslacke

Schmierseifen, Emul-

sionen, Öle, Fette,

Graphit, Molybdändi-

sulfid

Technologie der Oberflächenvorbereitung

Die Einteilung der Verfahren kann nach Abb. 3.1 vorgenommen werden. Die

Auswahl ist abhängig von den Substratmaterialien (Metalle, Keramiken, Kunst-

stoffe), ihren Verunreinigungen und der Oberflächentopographie (Ebenheit,

Welligkeit, Rauheit) [3.1].

Als wirtschaftliches Verfahren hat sich in der jahrelangen Verzinkungspraxis die

nasschemische Oberflächenvorbereitung (Entfetten, Spülen, Beizen, Spülen,

Fluxen) bewährt. Zur Betriebsweise der konventionellen alkalischen und sauren

Reiniger, Salzsäurebeizen, Flussmittellösungen und Zinkschmelzen sowie deren

Wechselwirkungen liegen in einem Umfang Erfahrungen vor, die eine wirtschaft-

liche Voraussetzung zum Aufbringen qualitätsgerechter Zinküberzüge gewährleis-

ten [3.2 bis 3.6]. Durch eine komplexe stoffwirtschaftliche Betrachtung –

Konstruktion und Anlieferungszustand der Stahlteile, Prozessoptimierung (abwas-

serfreie Technologie), Verwertung bzw. Entsorgung der Reststoffe soll bei niedrig-

sten Betriebskosten und hoher Qualität der geringste Abproduktanfall gewährleistet

werden [3.3 bis 3.14].

3 Technologie der Oberflächenvorbereitung

Abb. 3.1 Übersicht zu den wichtigsten Verfahren der Ober-

flächenvorbereitung und Nachbehandlung [3.1]

3.1

Anlieferungszustand

3.1.1

Grundwerkstoff

Stahlzusammensetzung

Nach DIN EN ISO 1461 sind unlegierte Baustähle, niedriglegierte Stähle sowie

Gusseisen (Stahl, Stahlguss und Grauguss) zum Feuerverzinken geeignet. In

seltenen Fällen werden auch Kupfer und Messing verzinkt, z. B. Wärmeaustauscher

(Kupfer- oder Messingrohre mit aufgezogenen Stahllamellen). Hohe Kohlenstoff-

gehalte im Stahl, insbesondere bei gusseisernen Werkstoffen sowie daran haftende

Sandrückstände weisen beim Beizen ein inertes Verhalten auf. Diese Verun-

reinigungen werden durch Strahlen und/oder Beizen in flusssäurehaltigen Beizen

entfernt. Inwieweit andere Stähle zum feuerverzinken geeignet sind kann

überwiegend nur durch Probeverzinkungen festgestellt werden. Kommt es zur

Ausführung des Auftrages sollte eine Probe unbedingt als Rückstellmuster

aufbewahrt werden (kann bei späteren Reklamationen hilfreich sein). Schwefel-

haltige Automatenstähle sind normalerweise zum Feuerverzinken ungeeignet.

Hochfeste Schrauben sowie Feinkornbaustähle nach DIN EN ISO 10025–3

(2005–02) mit höheren Streckgrenzen erfordern wegen der möglichen Wasser-

stoffversprödung spezielle Verfahrensparameter bei der Oberflächenvorbereitung.

3.1.2

Oberflächenbeschaffenheit

NachDINENISO1461solltedieOberfläche der Stahlteile vor dem Eintauchen in die

Zinkschmelze metallisch blank sein. Beizen in Säure ist die empfohlene Methode

zur Oberflächenvorbereitung. FürdieOberflächenvorbereitung gelten die Fest-

legungen in DIN EN ISO 12944–4 „Walzhaut/Zunder, Rost und Rückstände sind

vollständig entfernt, Beschichtungen müssen vor dem Beizen mit Säure mit

geeigneten Mitteln entfernt werden“ in Verbindung mit DIN EN ISO 8501 und DIN

EN ISO 8502. Gussteile sollten von Oberflächenporen und Lunkern weitgehend frei

sein. Diese können während des Verzinkungsprozesses zum Ausgasen aufge-

nommener Verfahrenslösungen und zu Fehlbeschichtungen führen. In diesem Fall

sollte die Oberflächenvorbereitung durch Strahlen oder ein anderes geeignetes

Verfahre erfolgen.

Arteigene Verunreinigungen

Hierbei handelt es sich um die Reaktionsprodukte des Eisens in Form von Zunder

und Rost.

Deren Anfall und Zustand auf der Oberfläche der Stahlteile enthält die DIN EN

ISO 8501–1bis-2(Tab. 3.2). Vor dem Feuerverzinken sind grundsätzlich alle 4

Rostgrade zulässig. Näheres dazu wird in Abschnitt 3.5.1 beschrieben.

3.1 Anlieferungszustand

Artfremde Verunreinigungen

Die Oberfläche der angelieferten Stahlteile muss frei sein von Verunreinigungen,

die mit der in den Feuerverzinkereien zur Anwendung kommenden üblichen

chemischen Verfahren nicht entfernt werden können,z.B.Anstrichreste,Brünier-

schichten, Spachtel, Teer, Schweiß-undGlühschlacke, Formmasse, Graphit,

Signierungen (außer mit Schulkreide ausgeführte Signierungen) Ziehhilfsmittel

und in einem gewissen Umfang Wachse, Öle und Fette [3.11], sowie Rost und

Zunder, der in einer Salzsäurelösung mit 10 bis 15 g/l HCI, 40 bis 80 g/l Fe und T

=18 bis 20°C in 1,5 bis 2 Stunden nicht zum Oberflächenvorbereitungsgrad „Be“

nach DIN EN ISO 12944–4führt (Tab. 3.3 und 3.4). Anderenfalls besteht die Gefahr

der Wasserstoffversprödung und Beeinflussung der Topographie (unebene, raue

Oberfläche).

Obwohl eine breite Palette von chemischen Industriereinigern zur Verfügung

steht, können wegen der unterschiedlichsten, oft starken Verunreinigungen aus

Umweltschutz- und Kostengründen nur wenige alkalische Reiniger in einer

Feuerverzinkerei betrieben werden. Überwiegend kommen saure Beizentfetter

zum Einsatz. Vor der Anlieferung der Stahlteile sollten die technologischen

Zusammenhänge abgestimmt werden, die zwischen den Fertigungshilfsmitteln der

spanenden und spanlosen Bearbeitung sowie der temporären Korrosionsschutz-

stoffe einerseits und einer effektiven Reinigung und Entfettung der Stahloberfläche

andererseits bestehen [3.5, 3.6, 3.9, 3.10, 3.12 bis 3.18]. Der Transport und das

Zwischenlagern der vorbereiteten Stahlteile im Freien vor dem Feuerverzinken

sollte kurz bemessen sein, damit eine erneute Korrosion und Verschmutzung der

Stahloberfläche weitgehend ausgeschlossen wird.

3 Technologie der Oberflächenvorbereitung

Tab. 3.2 Ausgangszustände (Rostgrade) von bisher unbeschichteten Stahloberflächen (Rostgrad)

nachDINENISO8501–1, 8501–2 bzw. DIN 55928

Rostgrad Charakteristik

AStahloberfläche weitgehend mit festhaftendem Zunder

bedeckt, aber im

Wesentlichen frei von Rost.

BStahloberfläche mit beginnender Rostbildung und beginnen der Zun-

derabblätterung.

CStahloberfläche, von der der Zunder abgerostet ist oder sich abschaben lässt

die aber nur ansatzweise für das Auge sichtbare Rostnarben aufweist.

DStahloberfläche, von der der Zunder abgerostet ist und die verbreitet fürdas

Auge sichtbare Rostnarben aufweist.

Andere Oberflächenzustände sind durch ergänzende Angaben zu be-

schreiben (z. B. „DmitSchichtrost“)

Zunder oder Beschichtungen gelten als festhaftend, wenn sie sich nicht durch Unterfahren mit einer

Taschenmesserklinge abheben lassen

3.1 Anlieferungszustand

Tab. 3.3 Vorbereitungsgrade für die primäre Oberflächenvorbereitung nach DIN EN ISO 12944–4

Oberflächen-

vorbereitungsgrad

Verfahren Beschreibung

Sa 1 Strahlen Lose Walzhaut/loser Zunder, loser Rost, lose

Beschichtungen und lose artfremde Verunreini-

gungen sind entfernt

Sa 2 Nahezu alle Walzhaut/aller Zunder, nahezu aller

Rost, nahezu alle Beschichtungen und nahezu alle

artfremden Verunreinigungen sind entfernt. Alle

verbleibenden Rückstände müssen fest haften

Sa 2 1/2 Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und

artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Ver-

bleibende Spuren sind allenfalls noch als leichte,

fleckige oder streifige Schattierungen zu erken-

nen

Sa 3 Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und

artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Die

Oberfläche muss ein einheitliches metallisches

Aussehen besitzen

St 2 Hand-/maschin.

Vorbereitung

Lose Walzhaut/loser Zunder, loser Rost, lose

Beschichtungen und lose artfremde Verunreini-

gungen sind entfernt

St 3 Lose Walzhaut/loser Zunder, loser Rost, lose

Beschichtungen und lose artfremde Verunreini-

gungen sind entfernt. Die Oberfläche muss

jedoch viel gründlicher bearbeitet sein als fürSt2,

sodass sie einen vom Metall herrührenden Glanz

aufweist

Fl Flamm-Strahlen Walzhaut/Zunder, Rost, Beschichtungen und

artfremde Verunreinigungen sind entfernt. Ver-

bleibende Rückstände dürfen sich nur als Ver-

färbung der Oberfläche(Schattierungeninver-

schiedenen Farben) abzeichnen

Be Beizen Walzhaut/Zunder, Rost und Rückstände von

Beschichtungen sind vollständig entfernt, Be-

schichtungen müssen vor dem Beizen mit Säure

mit geeigneten Mitteln entfernt werden

Die Bewertung der vorbereiteten Oberflächen erfolgt durch repräsentative fotografische Vergleichs-

muster nach DIN EN ISO 8501–1

3 Technologie der Oberflächenvorbereitung

Tab. 3.4 Vorbereitungsgrade für die sekundäre Oberflächenvorbereitungnach DIN EN ISO 12944–4

Oberflächen-

vorbereitungsgrad

Verfahren Beschreibung

P Sa 1 partielles Strahlen Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Beschichtungen und nahezu alle Walz-

haut/aller Zunder, nahezu aller Rost, nahezu alle

Beschichtungen und nahezu alle artfremden

Verunreinigungen entfernt. Alle verbleibenden

Rückstände müssen fest haften

P Sa 2 1/2 Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder,

Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt.

Verbleibende Spuren sind allenfalls noch als

leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zu

erkennen

P Sa 3 Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder,

Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt.

Die Oberfläche muss ein einheitliches metal-

lisches Aussehen besitzen

P Ma partielles masch.

Schleifen

Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Beschichtungen und Walzhaut/Zunder,

Rost und artfremde Verunreinigungen entfernt.

Verbleibende Spuren sind allenfalls noch als

leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zu

erkennen

PSt2 partielleHand-

oder maschin.

Vorbereitung

Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Walzhaut/loser Zunder, loser Rost, lose

Beschichtungen und lose artfremde Verunreini-

gungen entfernt

P St 3 Fest haftende Beschichtungen müssen intakt

sein. Von der Oberfläche der anderen Bereiche

sind lose Walzhaut/loser Zunder, loser Rost, lose

Beschichtungen und lose artfremde Verunreini-

gungen entfernt. Die Oberfläche muss jedoch viel

gründlicher bearbeitet sein als für P St 2, sodass

sie einen vom Metall herrührenden Glanz auf-

weist

Die Bewertung der vorbereiteten Oberflächen erfolgt durch repräsentative fotografische Vergleichs-

muster nach DIN EN ISO 8501–1

Fehlstellen in der Stahloberfläche

In der oberflächennahen Schicht der Stahlteile befindliche Fehlstellen, z. B.

Überlappungen, Narben, Riefen, Einschlüsse u. a. werden nach dem Feuerver-

zinken deutlich sichtbar. Abb. 3.2 zeigt Beizblasen einer in Abb. 3.3 dokumentierten

Schlackenzeile. Im Gegensatz zur Wasserstoffversprödung des Stahls kann dieser

Fehler nicht kompensiert werden. Das Auftreten von „Riefen“ im Zinküberzug von

Profilen erklärt man durch kritische Silizium und/oder Phosphorgehalte in der

Oberflächenzone des Stahls [3.18]. Nach nochmaligem Beizen und dem damit

verbundenen Materialabtrag kann die QualitätdesZinküberzuges in einigen Fällen

verbessert werden.

3.1.3

Rauheit der Stahloberfläche

Mit zunehmender Rauheit der Stahloberfläche wird das Reinigen in alkalischen

Entfettungslösungen erschwert [3.14, 3.15]. Außerdem kann mit zunehmender

Rauheit (R

>40µm) die Dicke, Struktur und das Aussehen des Zinküberzuges

negativ beeinflusst werden, indem es während des Verzinkungsprozesses zu

3.1 Anlieferungszustand

Abb. 3.2 Beizblasen im Stahlblech

Abb. 3.3 Schlackenzeile im Stahl als Ursache fürBeizblasen