Verbesserungspotenziale für verzinkte Bauteile durch innovative Dünnschichttechnologie

Bild 1: Fahrzeugkomponente im Verzinkungsprozess und im eingebauten Zustand nach 100.000 km Fahrleistung

Bild 1: Fahrzeugkomponente im Verzinkungsprozess
und im eingebauten Zustand nach
100.000 km Fahrleistung

Die Stückverzinkung hat sich über viele Jahrzehnte als hochwertiger und insbesondere robuster Korrosionsschutz etabliert und damit einen konstanten Marktanteil im Bereich des Stahl- und Metallbaus erobert. In den letzten Jahren offenbaren aber die vielfältig gestiegenen Anforderungen und Ansprüche aus den bestehenden Märkten, aber auch aus neuen, potentiellen Anwendungsfeldern, die Notwendigkeit nach neuen, leistungsfähigeren Systemen. Eine interessante Lösung stellt diesbezüglich die Dünnschichttechnologie microZINQ® dar, die neben den klassischen Vorteilen einer Verzinkung weitere nützliche Eigenschaften aufweist.

Dünnschicht-Stückverzinkungstechnologie

Die Dünnschicht- oder Mikroverzinkungstechnologie microZINQ® repräsentiert eine innovative und nachhaltige, weil hochgradig ressourceneffiziente Lösung im Bereich des Korrosionsschutzes. Im Stückverzinkungsverfahren wird durch den Einsatz einer Zinklegierung mit 5%igem Aluminiumanteil sowie einer speziellen Prozesstechnik erreicht, dass sich mit durchschnittlich 10 μm sehr viel dünnere, gleichzeitig aber auch wesentlich leistungsfähigere und homogenere Zinkschichten ausbilden im Vergleich zu den im klassischen Stückverzinkungsprozess üblichen 60–200 μm. Der hohen Korrosionsbeständigkeit liegt die Ausbildung einer sehr viel stabileren und widerstandsfähigeren Passivschicht der Zinkoberfläche zugrunde, bedingt durch den hohen Aluminium-Gehalt. Die Wirksamkeit des Systems bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis bestätigt sich sowohl in den entsprechenden Laborprüfungen als auch in der praktischen Anwendung, z. B. im Fahrzeugbau als einem der bisher maßgeblichen Anwendungsgebiete der neuen Technologie [1, 2] (Bild 1).

Bild 2: Unterschiedliche Optik der Zinkschicht in Abhängigkeit vom Silizium-Gehalt des Stahls bei einer herkömmlichen Verzinkung nach EN ISO 1461

Bild 2: Unterschiedliche Optik der Zinkschicht
in Abhängigkeit vom Silizium-Gehalt des Stahls
bei einer herkömmlichen Verzinkung nach EN
ISO 1461

Neben den korrosionsschutzseitigen bietet das Verzinkungssystem weitere Vorteile und Verbesserungspotentiale im Hinblick auf die Anwendung verzinkter Bauteile.

Hochwertige Optik

Bei einer herkömmlichen Stückverzinkung ist die Ausbildung der Zinkschicht in hohem Maße vom Silizium-Gehalt des Stahls abhängig, wodurch je nach verwendetem Stahl, teils große Unterschiede in der Zinkschichtdicke sowie im Aussehen auftreten können (Bild 2).

Demgegenüber ist die Ausbildung der Mikroverzinkungsschicht vollständig unabhängig von der Zusammensetzung des Stahls. Es entstehen stets dünne, he

Bild 3: Problemlose Verzinkung stark verrosteter, hoch Si-haltiger Stähle in der Agrarindustrie mit der Mikroverzinkung

Bild 3: Problemlose Verzinkung stark verrosteter,
hoch Si-haltiger Stähle in der Agrarindustrie mit
der Mikroverzinkung

ll silberglänzende Oberflächen (Bild 3), die sich im Laufe der Zeit lediglich durch die natürliche Alterung der Zinkschicht und die Ausbildung einer Passivschicht hin zu einem gleichmäßigen Hellgrau verändern.

Verringerte Verzugsgefahr bei Schweißkonstruktionen

Bei der Stückverzinkung von Schweißkonstruktionen besteht prinzipiell die Gefahr, dass ungewollte Verzugserscheinungen auftreten. Hintergrund hierfür ist die Wechselwirkung zwischen den fertigungsseitig eingebrachten Eigenspannungen und den thermisch bedingten Effekten beim Verzinken in einer 450°C heißen Zinkschmelze [3]. Durch Verwendung der eutektischen Zink-Aluminium-Legierung, deren Schmelzpunkt im Vergleich zu einer reinen Zinkschmelze um 37°C niedriger liegt, kann das absolute Temperaturniveau des Verzinkungsprozesses und damit die thermische Belastung auf die Konstruktion reduziert werden. Zudem zeichnet sich der Dünnschicht- Verzinkungsprozess durch einen höheren Vorwärmgrad aus, wodurch die Differenz zwischen Bauteil- und Zinkschmelzentemperatur verringert wird. Beide Maßnahmen führen in Summe dazu, dass die thermische Belastung auf die Konstruktion reduziert wird und damit ungewollte Verformungen durch das Freiwerden von fertigungsbedingten Eigenspannungen gar nicht oder in erheblich geringerem Maße auftreten.

Anwendung bei hochfesten Stählen

Das Dünnschicht-Verzinkungsverfahren eignet sich in besonderem Maße für die Anwendung bei hochfesten Stählen. Hierfür verantwortlich ist zunächst die Charakteristik der Vorbehandlungslinie, insbesondere die höhere Vorwärmtemperatur, die sich bei der Verhinderung einer wasserstoffbedingten Materialversprödung als sehr positive Maßnahme darstellt. Darüber hinaus ist auch die Ge- fahr einer flüssigmetallinduzierten Spannungsrisskorrosion im Vergleich zu einer klassischen Stückverzinkung wesentlich geringer:
Zum einen ist die thermische Belastung und damit der erzeugte Spannungszustand in der Konstruktion aufgrund der positiv angepassten Prozesstemperaturen niedriger. Zum anderen weist die verwendete Zink-5%-Aluminium-Schmelze ein geringeres Angriffspotential auf die Korngrenzen des Grundwerkstoffs auf [4]. Das sensiblere Gefüge hochfester Stähle wird somit in erheblich geringerem Maße belastet, sodass eine problemlose Verzinkung möglich ist.

Vielfältige Weiterverarbeitbarkeit des verzinkten Produktes

Aufgrund des Fehlens ausgeprägter, spröder Zn-Fe-Phasen, wie sie bei einer klassischen Stückverzinkungsschicht vorliegen, weist die Mikroverzinkungsschicht ein duktiles Verformungsverhalten auf. Das heißt, dass ein Umformen nach dem Verzinkungsprozess möglich ist, ohne dass es zum Aufreißen der Zinkschicht kommt. Hinsichtlich des Fügens verzinkter Bauteile sind auch Punkt- und Laser- Schweißungen möglich. Das Schweißen klassisch stückverzinkter Bauteile ist nicht zu empfehlen, da relativ viel Zink verdampft, was zum einen unter Gesundheitsaspekten als kritisch zu erachten ist und zum anderen zu einer hohen Porigkeit in und damit zu einer schlechten Qualität der Schweißnaht führen kann. Da aufgrundd der sehr dünnen Zinkauflage nur sehr wenig Zink aufgeschmolzen wird, ist die gesundheitliche Gefährdung sehr niedrig, die erzielbare Schweißqualität hingegen hoch.

Literatur
[1] Pinger, T.: Dünnschicht-Stückverzinkung für
alle Stahlbauteile, Journal für Oberflächen-
technik 7/2012
[2] Pinger, T.: Dünnschicht-Stückverzinkung im
Härtetest – Korrosionsschutz bei Verkehrs-
rückhaltesystemen, Journal für Oberflächen-
technik 7/2013
[3] Pinger, T.: Thermodynamische Effekte beim
Feuerverzinken und deren Beherrschung,
Kon-struktion 6/2013
[4] Feldmann, M.; Tschickardt, D.: Bericht über
die Ermittlung dre Rissempfindlichkeit von
Zinkschmelzen, RWTH Aachen, 2007, nicht
veröffentlicht
Autor
Dr.-Ing. Thomas Pinger
Fontaine Technologie GmbH

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