FEUERVERZINKEN
Das Feuerverzinken, auch als Hot-Dip Galvanizing oder HDG bezeichnet, ist eine häufig verwendete Oberflächenbehandlung für Verbindungselemente aus Stahl. Es bietet einen sehr robusten und dauerhaften Korrosionsschutz. Das Feuerverzinken gefertigter Stahlteile ist in ISO 1461 genormt, während für Verbindungselemente die spezielle Norm ISO 10684 gilt.
Das Verfahren ist vergleichsweise einfach. Die Verbindungselemente werden bei üblichen Temperaturen von etwa 455°C bis 480°C oder bei höheren Temperaturen zwischen 530°C und 560°C in ein Bad aus geschmolzenem Zink getaucht. Anschließend werden sie zentrifugiert, um überschüssiges Zink zu entfernen, und in Wasser abgekühlt, damit die Beschichtung erstarrt.
Die entstehende Zinkschicht ist üblicherweise 40 bis 70 Mikrometer dick. Sie ist damit wesentlich dicker als eine galvanisch aufgebrachte Zinkschicht, deren Stärke etwa 3 bis 20 Mikrometer beträgt. Muttern werden auf die gleiche Weise behandelt, allerdings wird ihr Innengewinde erst nach dem Verzinken geschnitten. Obwohl das Innengewinde dadurch keine eigene Zinkschicht besitzt, trägt der kathodische Schutz der zugehörigen Schraube zum Schutz des freiliegenden Stahls bei. Das Feuerverzinken gilt im Allgemeinen als geeignet für Verbindungselemente mit einem Durchmesser ab M8.
FEUERVERZINKEN IM VERGLEICH ZUM GALVANISCHEN VERZINKEN
| Eigenschaft | Feuerverzinken (HDG) | Galvanisches Verzinken |
|---|---|---|
| Schichtdicke | 40–70 µm | 3–20 µm |
| Korrosionsschutz | Hervorragend für Außen- und Konstruktionsanwendungen | Gut für Innenbereiche und leicht beanspruchte Anwendungen |
| Norm | ISO 10684 | ISO 4042 |
| Mindestgröße der Schraube | Im Allgemeinen ab M8 | Keine allgemeine Mindestgröße |
| Erscheinungsbild | Mattgrau und leicht rau | Glänzend und glatt |
| Selbstheilender kathodischer Schutz | Ja — schützt kleine Kratzer und freiliegende Bereiche | Aufgrund der dünneren Zinkschicht eingeschränkter |
| Gewindepassung | Erfordert ein ISO-Passsystem oder ein HDG-System mit Übermaßmuttern | Verwendet in der Regel Standard-Gewindetoleranzen |
| Relative Kosten | Höher | Niedriger |
| Typische Anwendungen | Brücken, Außenkonstruktionen und petrochemische Anlagen | Elektronik, Maschinen in Innenbereichen und Automobilanwendungen |
| Duplexsystem mit Lackierung | Ja — potenziell 1,5- bis 2,5-mal längere Schutzdauer als die Summe beider Einzelsysteme | Möglich, jedoch müssen Haftung und Oberflächenvorbereitung sorgfältig berücksichtigt werden |
Ausführliche Informationen zum galvanischen Verzinken finden Sie in unserem technischen Leitfaden zu galvanischen Zink- und Zinklegierungsbeschichtungen.
Der hohe Zinkanteil bietet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit unter normalen Außenbedingungen. Die Schichtdicke ist jedoch wesentlich größer als das normalerweise im Gewinde verfügbare Spiel. Dies stellt bei Verbindungselementen mit Gewinde eine besondere Herausforderung dar.
ISO 10684 sieht zur Lösung dieses Problems zwei Systeme vor. Bei beiden werden die Abmessungen der grundlegenden Verbindungselemente mit Gewinde angepasst.
Die erste Lösung ist das ISO-Passsystem für feuerverzinkte Verbindungselemente. Verbindungselemente mit Außengewinde, beispielsweise Schrauben, werden vor dem Verzinken mit einem größeren Grundabmaß hergestellt. Dadurch ist das Gewinde geringfügig dünner. Nach dem Verzinken passt die Schraube in ein Innengewinde der normalen Gewindetoleranzklasse 6H. Schrauben dieses Systems sind mit ihrer Festigkeitsklasse und einem zusätzlichen „U“ gekennzeichnet.
Die zweite Lösung ist das HDG-System mit Übermaßmuttern. Das Innengewinde der Muttern wird nach dem Verzinken geringfügig größer geschnitten, damit es korrekt auf das verzinkte Außengewinde der Schraube passt. Muttern dieses Systems sind mit ihrer Festigkeitsklasse und einem zusätzlichen „Z“ gekennzeichnet.
Die beiden Systeme dürfen niemals miteinander kombiniert werden. Die Kombination einer für das Übermaßmutternsystem vorgesehenen Schraube mit einer ISO-Passmutter kann zu Montageproblemen führen. Die Kombination einer ISO-Passschraube mit einer Übermaßmutter kann die Tragfähigkeit der Gewindeverbindung erheblich reduzieren.
BELASTBARKEIT VON VERBINDUNGSELEMENTEN MIT GEWINDE
Im Allgemeinen werden die mechanischen Eigenschaften von Schrauben nach ISO 898-1 und Muttern nach ISO 898-2 durch das Feuerverzinken nicht beeinträchtigt. ISO 10684 sieht in Anhang A jedoch eine Ausnahme für die Durchmesser M8 und M10 vor. Bei diesen Abmessungen ist die Belastbarkeit um etwa 20 % reduziert. Weitere Einzelheiten finden Sie in ISO 10684.
Bei den nach wie vor häufig verwendeten Muttern nach DIN 934 wurde das Feuerverzinken gemäß der inzwischen zurückgezogenen DIN 267-10 durchgeführt. Dies führt zu einer reduzierten Belastbarkeit feuerverzinkter Verbindungselemente. Die Belastbarkeit einer Schrauben-Mutter-Verbindung mit Muttern nach DIN 934 ist bei der größten Abmessung M36 um etwa 5 % reduziert. Dieser Wert steigt schrittweise auf etwa 20 % bei der kleinsten Abmessung M6. Weitere spezifische Werte sind in DIN 267-10 aufgeführt.
Aufgrund der abweichenden Gewindetoleranzen ist es zulässig, dass das Schraubengewinde bei der Mindestbruchlast abschert.
ATMOSPHÄRISCHE KORROSION VON FEUERVERZINKTEM STAHL
Wenn die Beschichtung der Atmosphäre ausgesetzt wird, bildet sich eine Schicht aus Korrosionsprodukten, die als Zinkpatina bezeichnet wird. Diese Schicht besteht hauptsächlich aus Zinkcarbonat. Da Zinkcarbonat nahezu unlöslich ist, verlangsamt es die weitere Korrosion.
Bleibt verzinkter Stahl über einen längeren Zeitraum ohne ausreichende Luftzirkulation feucht, kann sich ein weißes, voluminöses Zinkkorrosionsprodukt bilden, das als Weißrost bezeichnet wird. Dies kann aus optischen Gründen oder bei einer anschließenden Lackierung unerwünscht sein. Die Bildung von Weißrost lässt sich durch geeignete Lagerung und Verpackung sowie bei Bedarf durch Ölen oder Passivieren reduzieren.
KLIMATISCHER EINFLUSS AUF DEN SCHUTZ FEUERVERZINKTEN STAHLS
Die Dauer, während der Stahl vor Korrosion geschützt bleibt, ist proportional zur Dicke der Zinkschicht und hängt von den klimatischen Bedingungen ab. Die Schutzdauer wird üblicherweise vom Zeitpunkt der Exposition bis zu dem Zeitpunkt gemessen, an dem Korrosion des Grundmetalls, der sogenannte Rotrost, auf mehr als 5 % der Oberfläche sichtbar wird.
Korrosionsbeständigkeit unter verschiedenen klimatischen Bedingungen:
- C2: Kontinentalklima
- C3: Umgebungen größerer Städte
- C4: Gemäßigtes Industrie- oder Küstenklima
- C5: Aggressives Industrieklima
Dieses Diagramm sollte ausschließlich für grobe Schätzungen verwendet werden, da lokale Umwelteinflüsse erheblich variieren können.
SELBSTHEILENDE WIRKUNG FEUERVERZINKTER VERBINDUNGSELEMENTE
Wird die Zinkschicht zerkratzt oder beschädigt, schützt das umgebende Zink den betroffenen Bereich unter normalen atmosphärischen Bedingungen weiterhin.
Da Zink unedler als Eisen oder Stahl ist, korrodiert es zuerst. Diese Opferwirkung schützt den darunterliegenden Stahl, bis das verfügbare Zink verbraucht ist.
Bei Unterbrechungen der Zinkschicht von etwa 1,5 bis 2 mm Breite oder bei unbeschichteten Flächen bis zu 10 mm2 kann der Stahl durch einen elektrochemischen Prozess geschützt bleiben, der als kathodische Überbrückung bezeichnet wird. Das Zink bietet einen Opferkorrosionsschutz, während sich auf der freiliegenden Stelle nach und nach Zinksalze ablagern.
Ein praktisches Beispiel ist das Innengewinde einer feuerverzinkten Mutter, das erst nach dem Verzinken geschnitten wird. Die Zinkschicht auf dem Gewinde der zugehörigen Schraube schützt das unbeschichtete Innengewinde der Mutter. Ein weiteres wichtiges Merkmal des kathodischen Schutzes besteht darin, dass sich Korrosion nicht unter einer intakten Zinkschicht ausbreitet.
Schematische Darstellung der kathodischen Überbrückung:
LACKIEREN FEUERVERZINKTER OBERFLÄCHEN
Ein Duplexsystem kombiniert das Feuerverzinken mit einer Lackbeschichtung. Es eignet sich für sehr aggressive Umgebungen, beispielsweise Küstenregionen oder saure Umgebungen, wenn Wartungs- und Reparaturarbeiten schwierig sind oder wenn eine bestimmte Farbe erforderlich ist.
Ein korrekt aufgebrachtes Duplexsystem kann eine Schutzdauer bieten, die 1,5- bis 2,5-mal länger ist als die Summe der Schutzdauer beider getrennt eingesetzten Systeme. Eine sorgfältige Reinigung und Entfettung der verzinkten Oberfläche ist für eine wirksame Lackhaftung unerlässlich.
HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN ZUM FEUERVERZINKEN
Wie groß ist die Mindestschichtdicke bei feuerverzinkten Verbindungselementen?
Nach ISO 10684 beträgt die örtliche Mindestschichtdicke bei feuerverzinkten Verbindungselementen im Allgemeinen 40 µm. Die typische Schichtdicke liegt zwischen 40 und 70 µm. Dies ist wesentlich dicker als eine galvanisch aufgebrachte Zinkschicht von etwa 3 bis 20 µm. Deshalb bietet das Feuerverzinken einen besseren Korrosionsschutz bei Außen- und Konstruktionsanwendungen.
Können HDG-Schrauben und HDG-Übermaßmuttern mit ISO-Passkomponenten kombiniert werden?
Nein. Die beiden HDG-Systeme dürfen niemals miteinander kombiniert werden. Die Verwendung einer für das Übermaßmutternsystem vorgesehenen Schraube mit einer ISO-Passmutter kann zu Montageproblemen führen. Die Verwendung einer ISO-Passschraube mit einer Übermaßmutter kann die Tragfähigkeit der Verbindung erheblich reduzieren. Prüfen Sie daher immer, ob Schraube und Mutter zum selben HDG-System gehören. Achten Sie auf die Kennzeichnung „U“ bei ISO-Passschrauben und „Z“ bei Übermaßmuttern.
Was ist Weißrost auf verzinkten Verbindungselementen?
Weißrost ist ein weißes, pulverförmiges Korrosionsprodukt des Zinks, das hauptsächlich aus Zinkhydroxiden und Zinkcarbonaten besteht. Er entsteht, wenn verzinkte Oberflächen ohne ausreichende Luftzirkulation feucht bleiben. Leichter Weißrost ist häufig nur oberflächlich, eine länger anhaltende oder starke Bildung kann jedoch einen Teil der Zinkschicht aufbrauchen. Das Risiko lässt sich durch geeignete Lagerung, Verpackung, Ölung oder Passivierung reduzieren.
Wie lange schützt das Feuerverzinken Verbindungselemente aus Stahl?
Die Schutzdauer hängt von der Dicke der Zinkschicht und den Umgebungsbedingungen ab. In einem milden Kontinentalklima der Kategorie C2 kann eine 50 µm dicke HDG-Schicht mehr als 50 Jahre Schutz bieten. In einem gemäßigten Industrie- oder Küstenklima der Kategorie C4 ist mit einer Schutzdauer von etwa 15 bis 25 Jahren zu rechnen. In einem aggressiven Industrieklima der Kategorie C5 kann die Schutzdauer etwa 8 bis 15 Jahre betragen. Lokale Bedingungen können diese Schätzungen erheblich beeinflussen.
Können feuerverzinkte Verbindungselemente lackiert werden?
Ja. Ein Duplexsystem aus Feuerverzinkung und Lackierung kann eine Schutzdauer bieten, die 1,5- bis 2,5-mal länger ist als die Summe der Schutzdauer beider getrennt eingesetzten Systeme. Eine sorgfältige Reinigung und Entfettung der verzinkten Oberfläche ist für die Lackhaftung unerlässlich. Duplexsysteme eignen sich besonders für aggressive Umgebungen oder Anwendungen, bei denen eine bestimmte Farbe erforderlich ist.
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