Korrosionsschutz

Zinklamellenbeschichtung: Korrosionsschutz für den Spezialfall

| Redakteur: Ute Drescher

Zinklamellenüberzüge enthalten meist eine Kombination aus Zink- und Aluminiumlamellen, die für hohen Korrosionsschutz sorgen.
Zinklamellenüberzüge enthalten meist eine Kombination aus Zink- und Aluminiumlamellen, die für hohen Korrosionsschutz sorgen. (Bild: Dörken MKS)

Zinklamellenbeschichtungen bieten hohen kathodischen Schutz vor Korrosion bei geringen Schichtdicken. Deshalb ist die Zinklamelle – in der Regel ein System aus Grund- und Deckschicht – überall dort gefragt, wo besonders hohe und spezielle Anforderungen bestehen.

Eine Beschichtung aus Zinklamellen ist ein „Lack“ mit vielen mikroskopisch kleinen Plättchen, den Korrosionsschutzpigmenten. Gemäß DIN EN ISO 10683 und DIN EN13858 sind diese eine Kombination aus Zink- und Aluminiumlamellen (Flakes), verbunden durch ein anorganisches Bindemittel. Zinklamellenbeschichtungen schützen Bauteile primär vor Korrosion. Auf eine Grundschicht (Basecoat) wird zur Verbesserung oder Erweiterung der Eigenschaften meist eine Deckschicht (Topcoat) aufgetragen.

Korrosion verändert der Eigenschaften eines Metalls und beeinträchtigt die Funktion des Bauteils erheblich. Die jährlichen Kosten durch Korrosion belaufen sich in den Industriestaaten auf bis zu 4 % des Bruttoinlandsprodukts (BIP), das sind in Deutschland über 100 Mrd. €. Einflussfaktoren für Korrosion sind vor allem atmosphärischer Natur wie Feuchtigkeit, Temperatur, UV-Strahlung sowie mechanische Belastung, Einwirkung von Chemikalien und die ungünstige Kombination verschiedener Werkstoffe.

Korrosion verhindern

Dörken MKS in Herdecke zählt zu den Experten in Sachen Zinklamellen. Ihre Zinklamellensysteme ermöglichen eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten für einen auf die Anforderungen zugeschnittenen Korrosionsschutz.
Dörken MKS in Herdecke zählt zu den Experten in Sachen Zinklamellen. Ihre Zinklamellensysteme ermöglichen eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten für einen auf die Anforderungen zugeschnittenen Korrosionsschutz. (Bild: Dörken MKS)

Mit geeigneten Beschichtungssystemen kann Korrosion verhindert bzw. stark verlangsamt werden, so dass die Bauteilfunktionalität erhalten bleibt. Hier gibt es zwei unterschiedliche Ansätze: Der passive Schutz verhindert durch eine meist dicke Barriereschicht die Korrosion des Substrats. Beim aktiven kathodischen Schutz opfert sich ein unedleres Metall für den edleren Bauteilwerkstoff. Um Stahlbauteile zu schützen, eignet sich beispielsweise Zink sehr gut.

Zinklamellenüberzüge erzeugen den so genannten kathodischen Schutz. Zink als das unedlere Metall korrodiert und bewahrt den Stahl vor einer Zersetzung. Hier lassen sich bereits bei dünnen Schichten von 8 bis 12 μm Schutzwirkungen von bis zu 1.000 h gegen Grundmetallkorrosion (Rotrost) nach DIN EN ISO 9227-NSS erreichen. Bei passiv schützenden Barriereschichten besteht die Gefahr der Enthaftung oder Unterrostung beispielsweise im Bereich von Verletzungen der Schicht. Dieses Phänomen wird bei der Zinklamelle durch die Opferwirkung des Zinks verhindert. Auf diesen Zinklamellen-Basecoat wird typischerweise ein Topcoat aufgebracht.

Während der Basecoat für den Korrosionsschutz sorgt, bietet der Topcoat weitere multifunktionale Eigenschaften, wie erhöhte chemische oder mechanische Beständigkeit, Farbgebung oder eine definierte Reibungszahleinstellung für Gewindeteile. Die Schichtdicken des Topcoats liegen je nach Art und Applikation typischerweise bei 1 bis 10 μm. Klassische Technologien benötigen eine weit höhere Schichtdicke, um ähnlichen Korrosionsschutz zu bieten oder sind applikationsbedingt nicht im dünnsten Mikroschichtbereich darstellbar.

Ermöglicht dünnste Schichten

Besteht die Notwendigkeit für dünnste Schichten bei gleichzeitig hohem Anspruch an den Korrosionsschutz, haben Zinklamellensysteme oft die Nase vorn. Besonders dünne Schichten können beispielsweise aufgrund von Platz- oder Gewichtsbegrenzung oder aber besonderer Passgenauigkeit gefordert sein. So ist es bei metrischen Gewindeteilen erforderlich, die Toleranzen nach ISO 965 einzuhalten, sodass das Gewinde der Schraube nicht verklebt und die Reibungszahlen entsprechend einstellbar sind. Ist dabei Korrosionsschutz höher als 720-h-Salzsprühtest gefordert, werden häufig Zinklamellenbeschichtungen eingesetzt. Bei diesen besteht zudem keine Gefahr der Wasserstoffversprödung. Hochfeste Stahlteile wie Schrauben mit Festigkeitsklasse ab 10.9, hochfeste Muttern ab Festigkeitsklasse 9, Konstruktionsteile mit einer Zugfestigkeit > 1000 N/mm² oder Härte > 320 HV sind hierfür empfindlich.

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Beim stromlosen Beschichten mit Zinklamellensystemen wird kein Wasserstoff erzeugt, somit besteht keine Gefahr durch applikationsbedingte wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion. Aus diesem Grund eignet sich die Zinklamelle auch besonders gut für hochfeste Stähle der Klassen 10.9 und höher. Zudem sind dünnste Schichten aufgrund ihres geringen Ressourceneinsatzes auch aus ökologischer und ökonomischer Sicht interessant. Dafür kann die Zinklamelle Anforderungen in Bezug auf Kratz- oder Abriebbeständigkeit nur bedingt erfüllen.

Beschichtungsverfahren variierbar

Das Verfahren für die Zinklamellenbeschichtung lässt sich je nach Anforderung bzw. Bauteil variieren. Vor dem eigentlichen Beschichtungsprozess wird die Oberfläche der Bauteile vorbehandelt. Um Beizverfahren zu vermeiden, die wiederum schädlichen Wasserstoff erzeugen können, der in die Stahlstruktur eindringen und sie verspröden kann, sind andere Vorbehandlungsprozesse nötig. Das typische Reinigungsverfahren ist die Entfettung mit einer alkalischen wässrigen Lösung. Reinigungsmittel beseitigen Fett, Öl und Schmutz von der metallischen Oberfläche. Anschließend wird die Oberfläche mit sehr kleinen Stahlkugeln gestrahlt.

Das Beschichten erfolgt je nach Größe und Geometrie der Bauteile mit verschiedenen Applikationstechniken. Die Teile können entweder mit dem vorbereiteten Beschichtungsmaterial besprüht oder in einen befüllten Behälter getaucht werden. Bei letzterem werden Schüttgut oder Gestellware eingetaucht und anschließend zentrifugiert, um überschüssiges Beschichtungsmaterial zu entfernen. Teile mit geeigneter Geometrie können auch mittels Tauch-Ziehen effizient beschichtet werden. Durch das Eintauchen in den Beschichtungsstoff und definiertes Herausziehen ist das Beschichten von Außen- und Innenseite von beispielsweise Rohren in einem Prozessschritt möglich – vorausgesetzt, die Teile haben genügend Öffnungen, damit das Material wieder ablaufen und Lufteinschlüsse vermieden werden können.

Es folgt ein Vortrocknen und im Anschluss das Einbrennen im Ofen. Die Temperatur-Zeit-Konstellation hängt vom Beschichtungsmaterial und Produkt ab. Beim Einbrennen wird die Beschichtung vernetzt und eine gleichmäßige, haftfeste und trockene Schicht entsteht. Die Vernetzung erfolgt bereits bei relativ geringen Einbrenntemperaturen. Den Abschluss des Beschichtungsverfahrens bildet das Kühlen.

Breites Anwendungsspektrum

Zinklamellenüberzüge werden weltweit als kathodische Korrosionsschutzschichten für Stahlteile genutzt. Neben der Automobilindustrie, die vor allem bei kritischen Anwendungen Beschichtungssysteme mit hoher Korrosionsbeständigkeit benötigt, sind Zinklamellen auch in der Windkraft- und Bauindustrie, Schieneninfrastruktur, Elektrotechnik (Anlagenbau) und in weiteren Märkten zu finden. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit bei geringer Schichtdicke ist die Zinklamelle in der Verschraubung und Verbindungstechnik der Automobilindustrie jedoch am weitesten verbreitet: Jede zweite Schraube der führenden Hersteller ist mit Zinklamellensystemen beschichtet. Aber ein Auto besteht nicht nur aus Schrauben, sondern aus insgesamt rund 10.000 Einzelteilen, hergestellt aus unterschiedlichen Werkstoffen wie Stahl, Aluminium, Kunststoff und einigen mehr, die alle bestmöglich geschützt werden müssen. Daher findet die Zinklamelle hier ein breites Anwendungsfeld: von kleinen Massenschüttgutteilen bis hin zu großen Teilen wie Bremsscheiben oder Achsträgern. (ud)

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