Dünnschichtverzinken

Das Dünnschichtverzinken ist ein Feuerverzinkungsverfahren zur Herstellung von Überzügen aus Zink-Aluminiumlegierungen durch Eintauchen von Bauteilen aus Eisen oder Stahl in eine Zink-Aluminiumschmelze.[1]

Dünnschichtverzinkte Bauteile
Tauchvorgang beim Dünnschichtverzinken von Serienbauteilen

Mittels Dünnschichtverzinken erzeugte Zink-Aluminium-Überzüge sind in DIN 50997 geregelt. Demnach muss die Schichtdicke für Zink-Aluminiumüberzüge örtlich mindestens 5 μm und durchschnittlich mindestens 6 µm betragen.[1] Für Anwendungen im bauaufsichtlich geregelten Bereich besteht eine Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung.[2]

Durch einen Aluminium-Gehalt in der Zinkschmelze im Bereich von 4–6 % wird die Bildung von intermetallischen Zink-Eisen-Phasen reduziert. Dies ist eine Voraussetzung zur Herstellung besonders dünner Überzüge.

Dünnschichtverzinkte Komponenten finden u. a. Anwendung im Automobil- und Nutzfahrzeugbereich, wo sich durch reduzierte Zinkschichtdicken eine Gewichtseinsparung erzielen lässt. Einige Automobilhersteller führen die Dünnschichtverzinkung mittels einer Zink-Schmelze mit 5%igem Aluminiumanteil in Werksnormen auf.[3]

Das Dünnschichtverzinkungsverfahren wurde im Jahr 2013 mit dem Deutschen Rohstoffeffizienzpreis ausgezeichnet.[4]

Korrosionsbeständigkeit und Schutzdauer
[5] Tabelle: Korrosionsbeständigkeit von Reinzink und Zink-Alu-Überzügen

Nach ISO 14713, Teil 1, Tabelle 2, Anmerkung 7 haben Zink-Aluminium-Überzüge eine höhere Korrosionsbeständigkeit als Zink-Überzüge, jedoch quantifiziert die Norm dies nicht.

Untersuchungen an Prüfblechen zur Korrosionsbeständigkeit von Zink-Aluminium-Überzügen im Vergleich zu Reinzinküberzügen (s. Tabelle) zeigten nach 7 Jahren Auslagerungszeit, dass in Stadt- und gemäßigter Industrieatmosphäre keine oder nur marginale Unterschiede zwischen den beiden Überzugsarten existieren. In der salzhaltigen Atmosphäre von Küstenbereichen zeigten Zink-Aluminium-Überzüge eine um rund 40 Prozent bessere Leistungsfähigkeit[6].

Legt man die durchschnittliche Mindest-Schichtdicke zugrunde, ergibt sich für einen 6 µm dicken Zink-Aluminium-Überzug im hochkorrosiven Meeresklima bei linearem Verlauf eine theoretische, zu erwartende Schutzdauer von ca. 3,5 Jahren. Das qualifiziert das Dünnschichtverzinken scheinbar nur für dekorative Applikationen und als Korrosionsschutz für temporäre Anwendungen. In realen Anwendungen zeigen dünnschichtverzinkte Komponenten jedoch eine erheblich längere Schutzdauer, z. B. bei hochbelasteten Fahrwerkskomponenten im Automobil- oder Nutzfahrzeugsektor[7]. Von der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde in einer Langzeitstudie nachgewiesen, dass an Zink-Aluminium-verzinkten Schutzplanken über 17 Jahre kein Abtrag auftrat[8].

Die Schichtdicke von Reinzinküberzügen ist in der Regel deutlich höher und damit ressourcenintensiver. So liegen die normativen durchschnittlichen Zink-Schichtdicken von durch Stückverzinken hergestellten Zinküberzügen zwischen 70 bis 85 Mikrometer[9], praxisübliche Schichtdicken liegen mit bis zu 170 Mikrometer darüber[10]. Hierdurch werden in der Regel Schutzzeiträume abhängig von der Korrosionsbelastung von Jahrzehnten erreicht[11]. Bei Verwendung von leistungsfähigeren Zink-Aluminium-Legierungen kann die erforderliche Zinkschichtdicke reduziert werden.

Literatur
  • DIN 50997:2020-08: Durch Dünnschichtverzinken auf Stahl aufgebrachte Zink-Aluminiumüberzüge – Anforderungen und Prüfungen
  • Thomas Pinger: Kommentierung der DIN 50997; Beuth Verlag GmbH; ISBN 3-410-30306-5
  • DIN EN ISO 1461: Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken) – Anforderungen und Prüfungen

Fußnoten
  1. Zitat aus DIN 50997:2020-08 „Durch Dünnschichtverzinken auf Stahl aufgebrachte Zink-Aluminiumüberzüge - Anforderungen und Prüfungen“
  2. Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung / Allgemeine Bauartgenehmigung Z-30.11-60 (2020) für mit dem Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren microZINQ® 5 feuerverzinkte Bauteile
  3. Mercedes-Benz Werknorm DBL 8461 Feuerverzinkte Fertigteile (Stückverzinkung)
    BMW Group Standard 90010-2 Metallische Überzüge und anorganische Beschichtungssysteme – Zeichnungsteile (Strukturbauteile)
  4. Rohstoffe effizient nutzen – erfolgreich am Markt, Programm zur Konferenz am 28. November 2013 im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Abschnitt: Voigt & Schweitzer GmbH & Co. KG - Rohstoffeffizienter Korrosionsschutz, Seite 17. In: Deutscher-Rohstoffeffizienz-Preis.de
  5. Quelle: B. Schuhmacher, D. Wolfhard: Korrosionsbeständigkeit metallisch und organisch veredelter Stahlfeinbleche in der Freibewitterung, in Materials and Corrosion 49, 725-735 (1998)
  6. B. Schuhmacher, D. Wolfhard: Korrosionsbeständigkeit metallisch und organisch veredelter Stahlfeinbleche in der Freibewitterung, in Materials and Corrosion 49, 725-735 (1998)
  7. Thomas Pinger: Stückverzinkte Fahrwerkskomponenten im Automobil- und Nutzfahrzeugbau, Vortrag und Tagungsband, 2. VDI-Fachkonferenz Korrosionsschutz im Automobilbau, 28.-29. Juni 2016, Neustadt a.d. Donau
  8. Malgorzata Schröder: 17 Jahre Erfahrungen mit bandverzinkten Schutzplanken an Autobahnen / Untersuchungen der BASt, Vortrag auf den 14. Dresdner Korrosionsschutztagen, Oktober 2021
  9. DIN EN ISO 1461 „Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken) – Anforderungen und Prüfung“
  10. Institut Feuerverzinken. Arbeitsblätter Feuerverzinken: A.2 Verfahrensablauf beim Feuerverzinken nach DIN EN ISO 1461
  11. DIN EN ISO 14713-1 „Zinküberzüge – Leitfäden und Empfehlungen zum Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion“
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