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6 Merkblatt 400 1.2 Mechanische Eigenschaften Neben der hohen Korrosionsbeständigkeit von Zinküberzügen ist für viele Anwendungen auch die mechanische Beständigkeit der Zinküberzüge von entscheidender Bedeutung, sie gibt Sicherheit für die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes, auch unter rauhen Montage- und Betriebsbedingungen. Korrosionsschutz wird heute aus Gründen der technischen Optimierung und des Umweltschutzes üblicherweise nicht mehr vor Ort, sondern im Werk durchgeführt.Transport, Handling und Montage in der Bauphase stellen deshalb eine zusätzliche mechanische Belastung dar, der ein leistungsfähiges Korrosionsschuztsystem schadlos widerstehen sollte. Hohe korrosive und gleichzeitig hohe mechanische Beständigkeit bedeuten, daß nicht nur rauher Transport und Montage schadlos überstanden werden, sondern daß auch unter Einsatzbedingungen der Schutz vor Korrosion ohne Schwachstellen auf Dauer gewährleistet ist. Ein wirksamer Korrosionsschutz muß beide Anforderungskriterien gut erfüllen. Beim Feuerverzinken werden Überzüge erzeugt, die teilweise oder ganz aus Eisen-Zink-Legierungsschichten bestehen.Wie Abbildung 6 zeigt, liegt die Härte Zn Fe-Zn Fe Abb. 5: Ausgeprägtes Zinkblumenmuster auf der Eckstütze einer Lagerhalle dieser Legierungsschichten teilweise deutlich über der Härte normaler Baustähle. Hierauf beruht die hohe Verschleiß- und Abriebbeständigkeit von Zinküberzügen, die beim Transport, bei der Montage und beim Gebrauch geschätzt werden. In besonderem Maße sind Werkstückkanten im laufenden Betrieb einer zusätzlichen mechanischen Belastung ausgesetzt. Die Feuerverzinkung bietet hier den Vorteil eines sehr wirksamen und beständigen Kantenschutzes, da der Zinküberzug gerade dort Härte HV 0,05 0 50 100 150 200 Abb. 6: Härteverlauf in einem Zinküberzug (schematisch dargestellt) Abb. 7: Zinküberzug an einer Werkstückkante überdurchschnittlich dick und widerstandsfähig ist (Abb. 7). Die Feuerverzinkung verknüpft somit die Anforderungen nach hoher korrosiver und gleichzeitig hoher mechanischer Beständigkeit in idealer Weise: Sie bietet einerseits einen langlebigen Schutz vor Korrosion, andererseits ist der mit dem Stahl durch eine Legierung verbundene metallische Zinküberzug äußerst schlagund abriebfest. Versuche haben gezeigt, daß Zinküberzüge, die nach dem Verfahren der Stückverzinkung aufgebracht werden, bei mechanischen Beanspruchungen anderen Korro-
sionsschutzsystemen deutlich überlegen sind. So zeigt z. B. ein Abriebtest nach DIN 438, der abrasive Einflüsse simuliert, die folgenden Relationen (Abb. 8): Abriebbeständigkeitsfaktor 5 4 3 2 1 Acryl 1.3 Korrosionschemische Eigenschaften 1.3.1 Allgemeines Aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften könnte man annehmen, daß Zink wesentlich stärker korrosionsanfällig ist als Eisen. In Wirklichkeit ist jedoch Zink in den meisten Fällen wesentlich korrosionsbeständiger. Die Erklärung für diesen scheinbaren Widerspruch ist, daß das Korrosionsverhalten von Zink in erster Linie durch Deckschichten aus festen Korrosionsprodukten bestimmt wird, die sich im Laufe der Zeit ausbilden und die weitere Korrosion dann erheblich verlangsamen. Dies ist der eigentliche Grund für die Eignung von Zink als Überzugsmetall zum Korrosionsschutz von Eisen. PVC Epoxid Polyurethan Korrosionsverhalten von feuerverzinktem Stahl Als primäres Korrosionsprodukt wird bei der Korrosion von Zink zunächst Zinkhydroxid gebildet, das ebenso wie das unter Wasserabspaltung daraus entste- 1-Schicht-Pulver feuerverzinkt DIN EN 1042 feuerverzinkt DIN EN ISO 1461 feuerverzinkt DIN EN ISO 1461; HT Abb. 8: Abriebbeständigkeit von Zinküberzügen (qualitativ) nach DIN EN 438-2 hende Zinkoxid amphoteren Charakter hat, d. h., es löst sich sowohl in Säuren nach Zn(OH) 2 + 2H + = Zn 2+ + 2H 2O (1) als auch in Laugen nach Zn(OH) 2 + OH- = Zn(OH) - 3 (2) Die Korrosionsgeschwindigkeit von Zink wird im wesentlichen durch die Geschwindigkeit der Auflösung der Deckschicht bestimmt. Sie nimmt deshalb sowohl mit fallendem pH-Wert als auch mit steigendem pH-Wert deutlich zu. An der Atmosphäre und in Wässern entsteht aus dem primären Korrosionsprodukt Zinkhydroxid, das nur mäßig schützende Deckschichten bildet, mit Kohlendioxid nach 5Zn(OH) 2 + 2CO 2 = Zn 5(OH) 6(CO 3) 2 + 2H 2O (3) ein basisches Zinkcarbonat, das in seiner Zusammensetzung dem in der Natur vorkommenden Mineral Hydrozinkit entspricht und sehr gut schützende Deckschichten bildet. Von Säuren wird es jedoch analog Gl. (1) nach Zn5(OH) 6(CO3) 2 + 8H + = 5Zn2+ + 2HCO - 3 + 6H2O (4) aufgelöst. Bei der Korrosion an der Atmosphäre wird die Geschwindigkeit der Auflösung der Deckschicht aus basischem Zinkcarbonat durch den Zutritt von Schwefeldioxid bestimmt, das nach SO2 + H2O + 1/2O2 = 2H + + 2- 2SO 4 Wasserstoffionen bildet. In Wässern wird die Auflösungsgeschwindigkeit durch den Zutritt von Kohlendioxid bestimmt, das nach (5) CO 2 + H 2O = H + + HCO 2 - (6) Wasserstoffionen bildet. In Meerwasser enthalten die Deckschichten vor allem basische Zinkchloride wie Zn 5(OH) 8CI 2.Als Folge des Einbaus von basischem Magnesiumchlorid Mg 2(OH) 3CI weisen die in Meerwasser gebildeten Deckschichten eine bessere Schutzwirkung auf als die, die in reiner Natriumchloridlösung entstehen. Das Korrosionsverhalten von feuerverzinktem Stahl unterscheidet sich in den meisten Fällen zunächst kaum von dem von reinem Zink. Bei gleichförmig abtragender Korrosion an der Atmosphäre wird die Korrosionsgeschwindigkeit bei Erreichen der Eisen-Zink-Legierungsphasen im allgemeinen geringer. 7
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