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    Feuerverzinken

Feuerverzinken ist anerkanntermaßen die beste Methode, um Stahl vor Korrosion zu schützen.

Natürlich erwarten Sie von den ZINQ-Experten einen optimalen Korrosionsschutz für Ihr Projekt aus Stahl. Für ein optimales Ergebnis ist aber die Abstimmung schon in der Planungsphase Ihres Stahlproduktes sinnvoll.

Was ist generell bei der konstruktiven Gestaltung von Materialien zu beachten? Kann man feuerverzinkte Bauteile bearbeiten? Auf diese und weitere Fragen rund um den Korrosionsschutz liefert unser Bereich Wissen umfassende Antworten.

Haben Sie darüber hinaus weitere Fragen, dann stehen Ihnen unsere ZINQ-Experten beratend zur Seite.

Wissen rund um Feuerverzinken

Technische Grundlagen: Feuerverzinken

Der Verzinkungsprozess gliedert sich in mehrere Schritte, die nacheinander durchlaufen werden.

Die Reaktion zwischen dem Stahl und der flüssigen Zinkschmelze führt zur Ausbildung einer mehrphasigen, festen Eisen-Zink-Schicht, die sehr widerstandsfähig gegenüber äußeren mechanischen und korrosiven Belastungen ist.

  • Die Eisen-Zink-Phasen weisen eine höhere Härte als der Grundwerkstoff auf.
  • Die Abtragsraten der Zinkschicht sind auch bei hoher korrosiver Belastung gering.
  • Durch die kathodische Schutzwirkung des Zinks tritt auch bei einer Verletzung des Zinküberzugs keine Stahlkorrosion auf (Selbstheilungseffekt).

Normen:

DIN EN ISO 1461 „Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge“

DIN EN ISO 14713 Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion

DIN EN ISO 10684 „Verbindungselemente — Feuerverzinkung“

Richtlinien:
„Richtlinie für die Herstellung feuerverzinkter Schrauben“, Deutscher Schraubenverband „Empfehlungen zur Vermeidung von der Rissbildung an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen“, Deutscher Schraubenverband & Industrieverband Feuerverzinken „Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen“, DASt-Richtlinie 022

Mechanische Auswirkungen

Das Bauteil wird auf ca. 450 °C erwärmt, was folgende Auswirkungen auf den Grundwerkstoff mit sich bringt:

  1. Ausdehnung des Materials um ca. 4,5 mm/m
  2. Temporäre Reduzierung der Festigkeit des Stahls um etwa 1/2 gegenüber dem Wert bei Raumtemperatur

Ungleichmäßige Erwärmung/Abkühlung des Bauteils

  • über die Bauteilhöhe während des Eintauch- bzw. Ausziehvorgangs und
  • über die Materialdicke während des Verweilens in der Schmelze bzw. des Abkühlens an Luft. Aus der hierdurch bedingten unterschiedlich schnellen Wärmeausdehnung und Schrumpfung können Zwängungsspannungen oder ungewollter Bauteilverzug resultieren. Zur Minimierung dieser Effekte sollten deshalb die Dickenunterschiede der verwendeten Materialien möglichst klein gehalten werden(tmax/tmin < 2,5.)

Zusätzlich erfolgt durch die Prozesswärme ein Abbau von fertigungsbedingten Eigenspannungen (z. B. aus dem Schweißen oder Richten eines Bauteils), die sich dann nach dem Verzinkungsprozess als Verzug äußern können. Zur Minimierung dieses Effektes wird deshalb eine möglichst eigenspannungsfreie Fertigung empfohlen (siehe hierzu auch Punkt „Konstruktive Gestaltung > Eigenspannungen und Verzug“).

Materialwahl und Bearbeitung des Materials

Die zu verzinkenden Stahlwerkstoffe müssen den Anforderungen der DIN EN 10025 entsprechend und aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer mechanischen Eigenschaften zur Feuerverzinkung geeignet sein. Stahlwerkstoffe nach anderen Normen als der DIN EN 10025 und mit anderen Eigenschaften sollten nur auf Anfrage und Prüfung durch das Werk, angeliefert werden. Da der Silizium- (Si) und Phosphor- (P) Gehalt des Stahls das Verzinkungsergebnis entscheidend beeinflusst (siehe auch Punkt „Materialwahl und Bearbeitung des Materials > Stahl mit besonderer Zusammensetzung“), empfehlen wir die Verwendung von Stählen entsprechend DIN EN ISO 14713-2, Tabelle 1 (vereinfachter Leitfaden für die Zusammensetzung

Das Feuerverzinken von Gusswerkstücken stellt in der Regel kein Problem dar. Ausnahmen bilden lediglich alte Gussteile zum Beispiel bei Restaurationen. In diesem Fall empfehlen wir, zunächst Versuche zur Feststellung der Verzinkungsfähigkeit durchzuführen.

Bestimmte Elemente im Stahl, insbesondere Silizium (Si) und Phosphor (P), beeinflussen die Reaktion zwischen dem Eisen und dem geschmolzenen Zink. Deshalb können bestimmte Stahlzusammensetzungen gleichmäßigere Überzüge hinsichtlich des Aussehens (glänzend oder matt), der Dicke und der Ebenheit (Glattheit) ergeben als andere.

Bestehen besondere Anforderungen an die Verzinkungsoptik, sind in Übereinstimmung mit der DIN EN ISO 14713-2, Tabelle 1 folgende Grenzwerte bei der Stahlzusammensetzung einzuhalten:
– ≤ 0,03 % Si und ≤ 0,02 % P, wobei zusätzlich gelten muss Si + 2,5 P ≤ 0,09 % bzw. für kaltgewalzte Stähle Si + 2,5 P ≤ 0,04 % oder
– ≥ 0,14 % Si bis ≤ 0,25 % Si Zusätzlich sollte der Aluminiumgehalt maximal 0,035 % betragen.

Bedingt durch verschiedenes Material bei Schweißzusatz und Grundwerkstoff, kann es zu unterschiedlichen Reaktionen zwischen Zink und Stahl bzw. Zink und dem Schweißzusatzstoff kommen. Als Folge hiervon kann sich die Schweißnaht optisch vom Grundwerkstoff unterscheiden. Wir empfehlen die Verwendung von Schweißzusatzstoffen mit einem maximalen Silizium Gehalt von 0,45 %. Zusätzlich sollte der Aluminiumgehalt maximal 0,03 % betragen.

Das Feuerverzinken von Hartlötungen ist problemlos möglich. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass Flussmittelreste, entstandene Oxydschichten usw. nach dem Lötvorgang entfernt werden. Weichlöten ist für Teile, die feuerverzinkt werden sollen, nicht zu empfehlen, da sich die Lötverbindung aufgrund der Zinkschmelztemperatur von 450 °C lösen kann.

Durch das Kaltverformen werden Eigenspannungen in das Bauteil eingebracht, die beim Verzinken frei werden können und dann zum Verzug der Konstruktion führen. Zudem kommt es in Abhängigkeit vom Kaltverformungsgrad zu einer Beeinflussung des Verformungsvermögens des Stahls (Alterung). In diesem Fall kann das Einwirken der Zinkschmelze negative Folgen bis hin zur Schädigung des Bauteils haben. Der zulässige Grad der Kaltverformung ist abhängig von der verwendeten Materialgüte. Die sichere Verzinkung kaltgeformter Teile ist im Zweifelsfall mittels einer Probeverzinkung zu überprüfen.

Konstruktive Gestaltung

Alle Werkstücke werden an Traversen aufgehängt und durchlaufen so den Verzinkungsprozess. Bei Kleinteilen reicht meist ein Loch, größere Teile brauchen mindestens zwei Löcher zum Aufhängen. Die nötigen Löcher oder Ösen können meist so angeordnet werden, dass sie an der Sichtseite nicht stören. Eine vorherige Abstimmung mit der Verzinkerei ist zu empfehlen.

Bei Hohlprofilen ist zu beachten, dass Öffnungen in ausreichender Zahl und Größe angeordnet werden, um das Ein- und Auslaufen der Vorbehandlungsmedien zu ermöglichen und die Luft austreten zu lassen. Bei fehlenden Öffnungen baut die sich erwärmende Luft einen sehr hohen Innendruck auf, der bis zum Explodieren des Hohlkörpers führen kann! Nach DIN EN ISO 14713 werden für kleine und mittlere Hohlprofile folgende Empfehlungen bezüglich der Größe und Anzahl von Öffnungen gegeben:

HINWEISE:

Die normativen Empfehlungen beziehen sich nicht auf eine Länge. Wir empfehlen deshalb, die nebenstehenden Angaben bei horizontalen Elementen als Wert/m zu betrachten. Für größere Querschnitte sollten die Öffnungen etwa 25 % des Durchmessers des Hohlprofils aufweisen.

Schöpfende Teile bzw. Luftsäcke entstehen zum Beispiel wenn sich die nötigen Öffnungen nicht an der richtigen Stelle befinden. Hierdurch kann es zu ungewollten Zinkanhäufungen oder Fehlstellen kommen. Die Öffnungen sollten entsprechend so angeordnet werden, dass beim Eintauchen eines Bauteils die eingeschlossene Luft nach oben entweichen sowie beim Ausziehen das Zink nach unten ablaufen kann.

Ausklinkungen stellen eine konstruktive Möglichkeit dar, Aussparungen, Be- und Entlüftungslöcher bzw. Zinkeinlauf- und Zinkauslauföffnungen herzustellen. Für die Anordnung von Zulauf- und Durchlauföffnungen sind nachfolgend einige Empfehlungen zusammengestellt:

Sperrige Teile können zu Transport- und Verzinkungsproblemen führen, ebene Bauteile lassen sich qualitativ besser und wirtschaftlicher verzinken.

Zur Verringerung/Vermeidung von Eigenspannungen und ungewolltem Verzug aus dem Verzinkungsprozess sollten bei der Konstruktion und Fertigung folgende Empfehlungen beachtet werden:

  • Minimierung der fertigungsbedingten Eigenspannungen (z. B. durch geeignete Schweißfolge),
  • Vermeiden von Steifigkeitssprüngen/konstruktiven Kerben (möglichst kleine Dickenunterschiede),
  • Wahl möglichst symmetrischer Querschnitte,
  • Wärmeausdehnung berücksichtigen (z. B. Sicken in Füllbleche).

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Oberflächenzustand bei der Anlieferung

Der Oberflächenzustand des Ausgangsmaterials beeinflusst die Qualität des Zinküberzuges. Da einige materialbedingte Defekte sowie fertigungsbedingte Verunreinigungen durch die Vorbehandlungsmedien nicht entfernt werden und zu Fehlverzinkungen führen können, ist es wichtig, bereits in der Fertigung einige Punkte hinsichtlich der Oberflächenqualität des Schwarzmaterials zu berücksichtigen. Die Stahloberfläche sollte bei Anlieferung unbehandelt sein. Veränderungen der reinen Stahloberfläche, wie z. B. durch Brennschneiden oder durch Applikation von Trennmitteln oder Primern, die durch den Stahlhersteller oder – Verarbeiter oder in anderer Weise außerhalb des Verantwortungsbereichs des Verzinkungsbetriebes erfolgen, können die Reaktivität des Stahls beeinflussen. Dies kann in der Folge zu Zinkschichten führen, die von der auf Grund der chemischen Zusammensetzung bei üblichen Verzinkungsbedingungen sonst zu erwartenden Ausbildung, insbesondere im Hinblick auf die Zinkschichtdicken, abweichen (siehe auch Punkt „Materialwahl und Bearbeitung des Materials > Stahl mit besonderer Zusammensetzung“) und ggf. unterhalb der normseitig geforderten Mindestdicke liegen.

Silikone, z. B. in Schweißtrennmitteln oder Ölen, dürfen bei Material, das feuerverzinkt werden soll, auf keinen Fall benutzt werden! Bereits eine geringe Kontamination genügt, z. B. eine verunreinigte Werkbank, verunreinigte Handschuhe oder verunreinigtes Verpackungsmaterial (Balken), um das gewünschte Verzinkungsergebnis zu beeinträchtigen. Die Verwendung von Schweißtrennmitteln, bzw. Pistolensprays, sollte bei zu verzinkendem Untergrund sehr sparsam erfolgen. Viele der angebotenen Mittel brennen ca. 5 – 10 mm neben der Naht ein. Das Entfernen ist chemisch, durch Entfetten oder Beizen nicht möglich. Kühl – und Schmiermittel, die beim Sägen, Bohren oder Stanzen angewendet werden, hinterlassen teilweise einen chemisch sehr schwer lösbaren Film auf der Oberfläche der zu verzinkenden Werkstücke. Hierdurch kann die beim Beizen eingesetzte Salzsäure die verrostete oder verzunderte Metalloberfläche nicht erreichen. Es entstehen unverzinkte Fehlstellen.

Aufkleber und Beschriftungen hinterlassen Rückstände auf der Stahloberfläche, die durch die Vorbehandlungsflüssigkeiten nicht entfernt werden. Folglich kommt es in diesen Bereichen zu Fehlverzinkungen, wenn die Aufkleber, Beschriftungen und evtl. Klebereste nicht vorher entfernt werden. Dies liegt in der Verantwortung des Kunden.

Kratzer von der Blechbearbeitung, Kantbänken, Blechscheren und Anreißnadeln, aber auch Schleifriefen sind auch nach dem Feuerverzinken deutlich sichtbar. Walzfehler können dazu führen, dass sich lokale Aufdickungen bilden (Pickel).

Das Feuerverzinken von gestrahltem Material stellt kein Problem dar. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass keine zu große Rautiefe entsteht, verursacht durch zu grobes Strahlmittel. Ansonsten muss auch nach dem Feuerverzinken mit einer rauen Oberfläche gerechnet werden. Die Schichtdicke ist größer. Gestrahlte Materialien sollten auch darauf geprüft werden, ob sie nicht bereits einmal verzinkt waren und von einer neuen Bearbeitung zuerst entzinkt werden müssen.

Nacharbeiten

In der Praxis kann es zu kleinen Fehlstellen, montagebedingten Abplatzungen oder unverzinkten Bereichen bei nachträglicher Bearbeitung (Trennen, Schweißen, Bohren) eines Bauteils kommen. Solche Stellen sind bis zu einer Größe von 10 cm2 (nach DIN EN ISO 1461) ohne weiteres zu reparieren, wobei auf folgende Punkte zu achten ist:

  • Nach DIN EN ISO 1461 muss die Beschichtungsdicke an der Ausbesserungsstelle mindestens 100 µm betragen.
  • Es sollten keine Zinksprays verwendet werden, da diese einen hohen Aluminium Anteil haben, der zwar eine gute Optik, aber nur einen sehr eingeschränkten Korrosionsschutz bietet (Schichtaufbau pro Sprayzug max. 10 μm)!
  • Stattdessen sollte Zinkstaubfarbe mit mindestens 90 % Zink-Anteil im Pigment verwendet werden.
  • Vor der Beschichtung ist die Fehlstelle ausreichend zu reinigen und zu trocknen (Normsauberkeit SA 2 1⁄2).
  • Ein ebenfalls adäquates Reparaturverfahren ist das thermische Spritzen, welches in DIN EN ISO 2063 geregelt ist. Wir empfehlen zur Ausbesserung die in unseren Werken erhältlichen Zinkstaubfarben LZ 09, LZ 50 und LZ 99. Als Alternative zum Ausbessern mit Farbe empfehlen wir ZINQ® Fix.

Das Schweißen ist bevorzugt vor dem Feuerverzinken durchzuführen. Falls das Schweißen nach dem Feuerverzinken durchgeführt wird, sollte der Überzug vor dem Schweißen in der Schweißnahtzone örtlich entfernt werden, um eine hochwertige Schweißung sicher zu stellen.

Eine Bearbeitung nach dem Feuerverzinken (hier Schweißen) ist in der Regel mit einer Verschlechterung oder Zerstörung des Korrosionsschutzes verbunden.

Es sind dementsprechende zusätzliche Nacharbeiten zur Wiederherstellung des Korrosionsschutzes erforderlich. Beim Schweißen verbrennt das nicht vollständig entfernte Zink auf der Oberfläche. Hinweis: Zink verbrennt mit grüner Flamme bei über 907 °C.

Das Schweißen von verzinkten Teilen muss nach den geltenden Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften unter Anwendung einer geeigneten Be-/ Entlüftung durchgeführt werden.

Wir empfehlen zur Vermeidung von örtlicher Zinkannahme die in unseren ZINQ-Standorten erhältlichen Produkte LZ 98 und ZINQ® Free.

In der Regel werden feuerverzinkte Konstruktionen mittels Schraub- oder Bolzverbindungen zusammengefügt. Hierbei ist zu beachten, dass in diesem Fall entsprechend DIN 18800 – 7 (Ausführung von Tragwerken aus Stahl) zwingend die Verwendung feuerverzinkter Verbindungsmittel vorgeschrieben ist.

Beim scharfkantigen Biegen kann die Zinkschicht abplatzen, beim Bohren entstehen zumindest kleine Fehlstellen als blanke Schnittkanten. Sind die Beschädigungen unumgänglich, sollten sie zumindest mit einer guten, hoch zinkhaltigen Zinkstaubfarbe gemäß Empfehlung aus Punkt „Nacharbeiten > Nacharbeit“ nachgebessert werden.

Haben Sie Fragen?

Unsere Schlossermeister, Stahlbauingenieure und Techniker stehen Ihnen gerne zur Verfügung – zur Klärung technischer Fragen, zur Schulung im
Bereich Korrosionsschutz, sogar bis hin zur Unterstützung bei Bauabnahmen.

Bei Bedarf beraten wir Sie gerne vor Ort an einem unserer ZINQ-Standorte oder bei Ihnen im Betrieb.

Tel. 0800 9403020 info@zinq.com

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