Eigenschaften und Weiterbehandlung von verzinkten Flächen

Zink ist ein bläuchlich weißes metallisches Element. Bei normaler Temperatur ist es spröde, ab 120 °C ist es hämmerbar. Zink oxidiert schnell an feuchter Luft und wird so vor weiterer Korrosion geschützt. Weltweit werden jährlich über 7 Mio. t Zink gewonnen. Etwa die Hälfte dieser Menge wird als Korrosionsschutz für Stahl durch Verzinken eingesetzt. Ca. 13% der Zinkerzeugung wird zu Legierungen beispielsweise für den Druckguss verarbeitet, während etwa 18% in die Messingproduktion gehen.

Physikalische Eigenschaften von Zink:

Schmelzpunkt:	419° C
Dichte:	7.13 g/cm3
Elektrische Leitfähigkeit:	16.5 m/Ohm mm2
Härte (Brinell):	30-35 kg/mm2
nicht magnetisch
4.-bester elektrischer Leiter
grösste Wärmeausdehnung aller gebr. Metalle

Mechanische Eigenschaften von Zink:

• giessbar
• weichlötbar
• schlecht spanabhebend bearbeitbar
• spröde bei Raumtemperatur
• zwischen 100-150° C schmied-, zieh- und hämmerbar

Chemische Eigenschaften von Zink:

• Unbeständigkeit gegen Säuren, Salzlösungen und starke Lauge
• Bildet an feuchter Luft schützende Deckschichten

Zink und der Korrosionsschutz von Eisen und Stahl:

Eisen und Stahl muss in der Regel vor Korrosion geschützt werden. Es gibt zahlreiche Methoden des Korrosionsschutzes von Eisen und Stahl. Ein bewährtes, wirksames und wirtschaftliches Verfahren ist das Verzinken. Kombiniert man die Verzinkung mit einer zusätzlich aufgebrachten organischen Beschichtung (Duplex-Verfahren), so kann der Korrosionsschutz nochmals entscheidend verbessert werden. Zink ist unedler als Eisen und dennoch stellen Verzinkungen sehr langlebige Schutzschichten für Eisen und Stahl dar. Aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften müsste man erwarten, dass Zink wesentlich korrosionsanfälliger ist als Eisen. Tatsache ist aber, dass Zink in der Praxis wesentlich korrosionsbeständiger ist, denn Zink bildet unter üblichen atmosphärischen Bedingungen eine festhaftende, in Wasser nur bedingt lösliche Deckschicht aus überwiegend Zinkoxid und basischem Zinkcarbonat. Diese schützt vor weiterer Korrosion bzw. verlangsamt diese erheblich. Zink schützt als unedleres Metall den Stahl, indem es in Gegenwart eines Elektrolyten in Lösung geht und so die Korrosion von Eisen und Stahl verhindert. Dies ist möglich, weil zwischen Eisen und Zink ein galvanischer Spannungsunterschied besteht. Diese Art des Korrosionsschutzes bezeichnen wir als kathodischen Korrosionsschutz. Zink dient als Opfermetall (Opferanode). Das Zink „opfert“ sich für den Eisen- und Stahluntergrund und schützt somit, je nach atmos-phärischem Einfluss, langjährig vor Korrosion. Zink hat neben der Tatsache, dass es passivierend wirkt, noch den Vorteil, dass bei einer Verletzung der Schutzschicht das Zink als unedleres Metall vor dem zu schützenden Eisen in Lösung geht und sich an der Kathode niederschlägt. Das Zink wirkt dabei als Anode und der im Wasser gelöste Sauerstoff verursacht die Kathodenreaktion. Bei kleinflächigen Beschädigungen der Oberfläche wie z.B. Kratzern ist es das Zink aus der Nachbarschaft, das diesen Fernschutz bzw. die Selbstheilung übernimmt.

Für die Korrosionsschutzpraxis ist von entscheidender Bedeutung, dass Zink:

•  eine dichte, festhaftende, nur gering lösliche, dauerhafte Deckschicht bildet.
•  bei örtlichen Verletzungen (z.B. Schnittkanten) eine kathodische Schutzwirkung ausübt, die „selbstheilende“ Eigenschaften hat.

Zinkkorrosionsprodukte	Entstehung
Zinkoxid (ZnO)	bildet sich an der Luft in wenigen Minuten; Die dünne Zinkoxidschicht schützt das darunter liegende Material.
Basische Zinkcarbonate(ZnCO3 x Zn(OH)2)	bilden sich in reiner Luft auf der Oxidschicht des Zinks; Diese Schicht erhöht den Korrosionsschutz.
Lösliche Zinksalze (z.B. ZnSO4, ZnCl2)	Chloride und Sulfate entstehen durch die Ein-wirkung von Industrieluft.
Weissrost(überwiegend Zinkhydroxid)	bildet sich bei erhöhter Feuchtigkeit; Durch elektro-chemische Korrosion entsteht ein Gemenge mit unterschiedlicher Zusammensetzung.

Geschichte/Gegenwart der Feuerverzinkung (Stück-/ Bandverzinkung)

Die Erfindung des Feuerverzinkens gelang 1742 dem französischen Chemiker Malouin. Ab 1840 entstanden die ersten Feuerverzinkereien. Die Verzinkung wurde dabei als Handwerk betrieben. Bis etwa 1920 erfolgte das Feuerverzinken noch rein empirisch. Erst in den Jahren 1920 bis 1950 wurde der Feuerverzinkungsprozess systematisch erforscht und technisch weiterentwickelt. Heute versteht man unter der Feuerverzinkung das Eintauchen von vorbehandelten Stahlteilen in geschmolzenes, flüssiges Zink. Im 450 Grad heissen Zinkbad bildet sich ein Überzug, der in den unteren Schichten aus einer Verbindung der Metalle besteht (Eisen-Zink-Legierung) und darüber in der Regel eine Reinzinkschicht aufweist. Feuerverzinkungen sind in der Regel im frischen Zustand metallisch glänzend und an der sogenannten Zinkblume zu erkennen. Diese zeigen die Feinzinkschicht an. Feuerverzinkter Bandstahl kann ein glänzendes bis mattes Aussehen mit oder ohne Zinkblume aufweisen. Feuerverzinkte Teile werden für alle Aussenkonstruktionen empfohlen.

Elektrolytische (galvanische) Verzinkung

Der Zinküberzug auf kaltgewalztem Feinblech wird durch elektrolytische Abscheidung aufgebracht. Die Zinkauflage ist sehr gering. Bei der galvanischen Verzinkung entsteht eine gleichmässig Oberfläche. In der Regel werden die Oberflächen durch Chromatieren und Phosphatierung nachbehandelt. Die phosphatierten Oberflächen erscheinen mattgrau. Die galvanische Verzinkung eignet sich nur für den Innenbereich.

Spritzverzinkung

Auf frisch gestrahltem Stahl (SA 3) wird ein 99%-ig reiner bzw. ein legierter ZN/AL Zinkdraht in einer Sauerstoff-Azetylenflamme geschmolzen und mit Druckluft an die gestrahlte Metalloberfläche transportiert. Die Spritzverzinkung ist an der mattgrauen, rauen und porösen Oberfläche zu erkennen. Spritzverzinkte Oberflächen sollten umgehend mit einem porenfüllenden Anstrich behandelt werden, um die Aufnahme von Feuchtigkeit und die Bildung von Zinkkorrosionsprodukten zu verhindern.

Zinkstaubbeschichtungen

Zinkstaubbeschichtungen sind hochwertige Korrosionsschutzgrundierungen mit ausgezeichneten Schutzeigenschaften. Hochwertige Zinkstaubfarben erzielen eine ähnliche Schutzwirkung wie die Feuerverzinkung und werden bei Teilen eingesetzt, die aus technischen Gründen nicht verzinkbar sind.

Anstriche und Zink

Zink ist gegenüber sauren und alkalischen Einflüssen nicht bzw. nur bedingt beständig. Bei bekannt hohen Beanspruchungen der verzinkten Konstruktionen wird deshalb von Anfang an eine zusätzliche Beschichtung appliziert. Die Atmosphäre enthält je nach örtlicher Zusammensetzung aggressive Luftverunreinigungen wie z.B. Schwefeldioxid. Bei Einwirkung von Feuchtigkeit kann aggressiver saurer Regen entstehen. Es bilden sich in Verbindung mit verzinkten Oberflächen wasserlösliche Zinksalze. Die Lebenserwartung einer Verzinkung ist somit u.a. von der Konzentration bestimmter Luftschadstoffe abhängig. Schon recht früh hat man erkannt, dass geeignete Anstriche auf verzinkten Untergründen eine Schutzdauer erzielen lassen, die länger ist, als die Summe der Schutzdauer der einzelnen Systeme Zink und Anstrich. Das sogenannte Duplex-System wird seit vielen Jahren erfolgreich angewendet. Im Prinzip kann man sagen, dass die Verzinkung Eisen und Stahl schützt und der Anstrich schützt die Verzinkung vor Umwelteinflüssen und Abbau. Dadurch, dass keine Korrosion stattfindet, hat auch der Anstrich auf der Verzinkung eine wesentlich höhere Lebensdauer. Nicht zuletzt wird auch aus ästhetischen Gründen häufig ein Beschichtungssystem appliziert, denn grau ist nicht jedermanns Geschmack.

Ursachen für Beschichtungsschäden auf verzinkten Untergründen

Diese Thematik ist sehr gründlich untersucht worden. Eine Vielzahl von Publikationen beschäftigt sich mit diesem Thema.

Grundsätzlich lassen sich die bekannten Anstrichschäden auf drei Hauptursachen zurückführen:

• Mangelhafte Untergrundkenntnis und -vorbehandlung
• Einsatz ungeeigneter Anstrichsysteme
• Applikationsmängel

Mangelhafte Untergrundvorbehandlung

Ob frisch verzinkte oder bereits angewitterte verzinkte Flächen zu beschichten sind, es muss in jedem Fall eine fachgerechte Vorbehandlung durchgeführt werden. Zunächst muss die verzinkte Schicht selbst in Augenschein genommen werden, ob eventuell Beschädigungen oder Fehlstellen vorliegen. Diese müssen gesondert behandelt bzw. mit geeigneten Grundanstrichstoffen nach entsprechender Vorbehandlung ausgebessert werden. Ausführliche Informationen liefert das BFS-Merkblatt Nr. 5. Eventuell vorhandene Roststellen sind sauber auszuschleifen und mit einer geeigneten z.B. 2K-EP Grundierung vorzustreichen.Diese Verzinkungsschäden sind mit qualitativ hochwertigen 2K-EP Primern bei entsprechender Untergrundvorbehandlung problemlos zu meistern. Der zu beschichtende verzinkte Untergrund ist in der Regel immer verunreinigt. Es finden sich ölige und fettige Verschmutzungen und eine Vielzahl, für die nachfolgende Haftung der Anstriche haftungsmindernd auswirkendende, wasserlösliche Zink-verbindungen, die vorgängig entfernt werden müssen.Fett- und Ölspuren lassen sich gut mit organischen Lösemitteln entfernen. Die Zinksalze, die später die Haftung nachfolgender Anstrichstoffe gefährden, werden damit nicht entfernt.

Weissrost

Weissrost ist ein überwiegend aus Zinkhydroxid bestehender Belag und in der Regel das Ergebnis einer unsachgemässen, nassen Lagerung. Die englische Sprache trägt diesem Umstand Rechnung, indem sie für Weissrost den Ausdruck „wet storage stain“, übersetzt etwa „Nasslagerungsflecken“ benutzt. Die Vermeidung der Schwitzwasserbildung und eine gute Belüftung sind deshalb die wichtigsten Massnahmen gegen die Entstehung von Weissrost. Durch leichte Weissrostbildung wird die normale Gebrauchsfähigkeit feuerverzinkten Stahls in der Regel nicht beeinträchtigt, denn leichter Weissrost wird unter dem Einfluss des Kohlendioxids der Luft normalerweise in schützende Deckschichten umgewandelt. Leichter Weissrost lässt sich zwar mit harten Nylonbürsten oder Drahtbürsten entfernen; dieses Verfahren ist jedoch nur notwendig, wenn zusätzliche Beschichtungen aufgebracht werden sollen. Bei starker voluminöser Weissrostbildung ist die Gesamtoberfläche sorgfältig abzubürsten und mit reinem Wasser nachzuspülen. Je nach Ausmass der Schädigung kann die Aufbringung zusätzlicher Beschichtungen erforderlich werden. Bei sehr starker Weissrostbildung und gleichzeitigem Auftreten von Rost muss die betreffende Fläche sachgemäss ausgebessert werden.

Ammoniakalische Netzmittelwäsche

Die notwendige Reinigungslösung kann jeder qualitätsbewusste Werker auch selber ansetzen:

Auf 10 Liter Leitungswasser 0.5 Liter Ammoniakwasser (Salmiak 25%-ig) und 1 Esslöffel Spülmittel geben und umrühren. Diese Reinigungslösung verteilt man nun mit einem Schleifschwamm gleichmässig auf der zu reinigenden Oberfläche. Die Fläche wird mit dem Schleifvlies gründlich und gleichmässig geschliffen bis sich ein feiner, häufig gräulicher Schaum bildet. Nach einer Einwirkzeit von ca. 10 Minuten wird die Oberfläche gründlich mit Leitungswasser gespült. Nach vollständiger Trocknung der Oberfläche sollte nun umgehend mit dem Beschichtungsvorgang begonnen werden. Zinksalze bilden sich relativ schnell und sind anfangs kaum erkennbar. Bei bereits phosphatierten, verzinkten Blechen, wie Sie elektrolytisch häufig im Innenbereich zur Anwendung kommen, darf diese Netzmittelwäsche nicht angewendet werden. Die Gefahr, dass die manchmal nur wenige μm starke Schutzschicht ab- bzw. durchgeschliffen wird, ist zu gross. In diesen Fällen reicht eine gründliche Entfettung mittels organischer Lösemittel. In vielen Fällen kann die Vorbehandlung z.B. in der Werkstatt erfolgen. Dann sind auch alternative Reinigungsmethoden wie z.B. die Dampfstrahlreinigung mittels dafür geeignetem Zusatz wie spezielle Netzmittel und Alkalien anwendbar. Ideal ist, wenn immer möglich, die Vorbehandlung feuerverzinkter Oberflächen durch das sogenannte Sweepen. Hierbei wird eine Oberfläche angeraut, ohne sie zu beschädigen, um sie für nachfolgende Beschichtungen vorzubereiten. Spritzverzinkte Oberflächen werden nicht mit den vorgängig verschiedenen Methoden gereinigt. Wenn es die Situation erfordert, ist eine Entfettung der bereits werkseitig grundierten Oberflächen mittels organischer Lösemittel möglich.

Einsatz ungeeigneter Anstrichsysteme

Sicher mehr als die Hälfte der bekannten Anstrichschäden auf verzinkten Untergründen lassen sich auf die Verwendung ungeeigneter Anstrichsysteme wie z.B. Kunstharzlacke zurückführen. Als überwiegend oxidativ trocknendes Anstrichmittel gehört der Kunstharzlack nicht auf verzinkte Untergründe und schon gar nicht im bewitterten Aussenbereich bzw. dort, wo dauerhaft hohe Luftfeuchtigkeiten auftreten. In Verbindung mit dem verzinkten Untergrund bilden sich Zinkseifen, die eine katalytische und damit beschleunigende Wirkung auf die Trocknung ausüben. Dies führt zu einer schnellen Trocknung, Aushärtung und beschleunigten Alterung der Anstrichfilme. Die Zinkseife hat zudem eine „Antihaft“-Wirkung. Reibt man mit dem Finger kräftig über eine Fläche, von der zuvor der versprödete Anstrichfilm mittels z.B. Klebeband abgezogen wurde, so kann man einen ranzigen Geruch feststellen ein untrügliches Zeichen für die Zinkseife. Grundsätzlich dürfen im Aussenbereich keine Beschichtungen verwendet werden, die trocknende Öle oder mit trocknenden Ölen und Fettsäure modifizierte Kunstharze enthalten. Diese reaktiven Bestandteile können selbst durch Grundierungen, die keine oxidativ trocknenden Bindemittel enthalten, diffundieren und zu Schadensbilder führen.

Universalgrundierungen

Diese Werkstoffe sind beim Ausführenden/Werker sehr beliebt, denn er kann vermeintlich mit einem Produkt praktisch alle Grundierungsprobleme lösen „Die Anwendung von sogenannten Universal Primer auf Alkydharzbasis ist sollte ausgeschlossen sein“ Zwar haften diese Produkte anfänglich ausgezeichnet, aber obwohl häufig auch mit zugelassenen Decklacken überarbeitet, kommt es vielfach in Bewitterungsfolge zu Anstrichschäden. Werden Universalgrundierungen verarbeitet, so sollte sich der Maler vergewissern, dass das Produkt keine oxidativ trocknenden Bindemittel enthält. Grundsätzlich sollte der Ausführende/Werker darauf achten, dass er nur speziell vom Hersteller empfohlene Beschichtungsstoffe verwendet.

Applikationsmängel

Bekanntlich sind Zweikomponentenanstrichstoffe, wie z.B. 2K-Epoxidharzgrundierungen und 2K-PUR Decklacke, jahrzehntelang bewährte Produkte für verzinkte Untergründe. Trotzdem mehren sich in den letzten Jahren die Schäden auf verzinkten Untergründen. Zum einen ist dies wohl auf die vermehrte Anwendung derselben zurückzuführen, zum anderen haben aber umfangreiche Schadensanalysen gezeigt, dass auch bei der Verwendung dieser hochwertigen Anstrichstoffe die Vorbehandlung der verzinkten Untergründe mit der selben Sorgfalt erfolgen muss, wie dies generell auch bei geeigneten 1K Anstrichstoffen der Fall ist. Verbleibende wasserlösliche Zinksalze lösen osmotische Vorgänge aus, insbesondere dann, wenn (wie häufig der Fall auf waag-rechten Flächen) zu geringe Schichtdicken appliziert werden bzw. diese, wie häufig festgestellt, sehr mangelhaft ausgeführt werden.

Anstrichstoffe für verzinkte Untergründe

• 1K-Systeme Alkydharzhaltige Mischpolymerisatharz-Systeme

Diese werden häufig auch als Zinkhaftfarben angeboten. Es dürfen nur Produkte verwendet werden, die ausdrücklich für den Einsatz auf verzinkten Untergründen im Aussenbereich geeignet sind.

•  2K-Systeme

Sind heute in lösemittelhaltiger oder wasserverdünnbarer Form erhältlich. Auch hier nur Systeme einsetzen, die grundsätzlich vom Hersteller für Zinkuntergründe empfohlen werden. In der Regel werden 2K-EP Primer als Grundanstrich eingesetzt und 2K-PUR-Systeme aufgrund ihrer Licht- und Wetterbeständigkeit als Decklacke.

•  Wasserverdünnbare 1K-Systeme

Auch hier gilt: nur die vom Hersteller ausdrücklich empfohlenen Systeme für verzinkte Untergründe einsetzen. Es muss bei wässrigen Systemen auf die Verträglichkeit von Primer und Decklack geachtet werden. Idealerweise nur Anstrichstoffe mit geringer Wasserquellbarkeit und sehr guter Nasshaftung einsetzen, da sonst die Gefahr der Zinksalzbildung unter dem Anstrichfilm besteht. Bei dunklen Farbtönen kann es zu Ausblühungen kommen.

Renovierung von Altanstrichen auf verzinkten Untergründen

Der Ausführende/ Werker hat den zu beschichtenden Untergrund auf seine Eignung zu prüfen. Gerade bei der Renovation von Altanstrichen auf verzinkten Oberflächen können Schadensbilder programmiert werden, falls nicht sorgfältig abgeklärt wird, um welche Altanstriche es sich handelt und wie z.B. die Haftfestigkeit zu beurteilen ist. Die Kratzprobe mit einem Messer ist eine einfache, aber aussagefähige Methode, um festzustellen, ob der Altanstrich haftet und eventuell bereits versprödet ist. Im Zweifelsfall nicht optimal haftende und versprödete Altanstriche entfernen. Häufig wird man auf physikalisch trocknende Altanstriche stossen. Diese erkennt man daran, dass sich der Altanstrich z.B. mit einer Universalverdünnung schnell anlösen lässt. Sofern festhaftend kann man diese mit geeigneten lösemittelhaltigen bzw. auch geeigneten wasserverdünnbaren 1K-Beschichtungsstoffen überarbeiten. Alte 2K-Beschichtungen werden ebenfalls nach vorgängiger Prüfung und Vorbehandlung (anschleifen) idealerweise mit 2K-Produkten auf Lösemittel oder neuerdings auch mit geeigneten wasserverdünnbaren 2K-Systemen renoviert. An dieser Stelle sei noch einmal erwähnt, dass auch bei Renovierungsarbeiten auf verzinkten Untergründen, besonders im Aussenbereich, keine Beschichtungsstoffe eingesetzt werden dürfen, die trocknende Öle oder oxidativ trocknende Alkydharze enthalten.

Quintessenz:

Für verzinkte rohe Untergründe, welche beschichtet werden sollen, gilt deshalb:

• Oberflächen sorgfältig nach dem Stand der Technik vorbehandeln.
• Nur den vorgesehenen Einsatzbereich ausdrücklich geeignete Anstrichstoffe verwenden.
• Diese Anstrichstoffe in der vorgeschriebenen Art und Weise sowie Schichtdicke applizieren.

 

 

 

 

• Next Ursachen von Beschichtungsschäden
• Previous HVLP-Luftspritzen