Eine ausführliche Erläuterung der Feuerverzinkung und Elektroverzinkung (Kaltverzinkung)

Der vollständige Name der Schmelztauchbeschichtung lautet Hot Dip Coating und bezieht sich auf die Methode, bei der das beschichtete Metallmaterial zum Beschichten in andere flüssige Metalle oder Legierungen mit niedrigeren Schmelzpunkten eingetaucht wird. Das Hauptsubstratmaterial für die Schmelztauchbeschichtung ist Stahl, daher muss der Schmelzpunkt des Metalls im Beschichtungsmaterial viel niedriger sein als der von Stahl, da er sonst das Substratmaterial beeinträchtigt.

Beschichtungsmaterial
Zu den üblichen Beschichtungsmetallen gehören Zink (Schmelzpunkt 419,5 Grad), Aluminium (Schmelzpunkt 658,7 Grad), Zinn (Schmelzpunkt 231,9 Grad) und Blei (Schmelzpunkt 327,4 Grad).

Feuerverzinkung, auch Feuerverzinkung genannt, ist ein Verfahren zur Erzielung einer Metallbeschichtung auf Stahlbauteilen durch Eintauchen in geschmolzenes Zink.

Der Prozess der Feuerverzinkung

Bei diesem Prozess kommt es zur Bildung einer Eisen-Zink-Legierung zwischen dem Eisensubstrat und der äußersten Schicht aus reinem Zink. Die Bildung dieser Eisen-Zink-Legierungsschicht auf der Oberfläche des Stahlbauteils beim Feuer-Tauchverzinken sorgt für eine starke Verbindung zwischen dem Eisen und der reinen Zinkschicht. Der Prozess lässt sich kurz wie folgt beschreiben:

Wenn das Eisenwerkstück in geschmolzenes Zink eingetaucht wird, bildet sich an der Grenzfläche zunächst eine feste Lösung aus Zink und -Eisen (kubisch raumzentriert). Dies ist ein Kristall, der durch die Auflösung von Zinkatomen im festen Zustand des unedlen Metalls Eisen entsteht; Die beiden Metallatome sind miteinander verschmolzen und die Anziehungskraft zwischen den Atomen ist relativ gering.

Wenn das Zink in der festen Lösung die Sättigung erreicht, diffundieren daher die Atome der beiden Elemente Zink und Eisen ineinander. Zinkatome, die in das Eisensubstrat diffundieren, wandern im Grundgitter und bilden nach und nach eine Legierung mit Eisen.

Das in die Zinkschmelze diffundierende Eisen bildet mit Zink die intermetallische Verbindung FeZn13, die sich am Boden des Feuerverzinkungstopfes absetzt und Zinkschlacke bildet.

Beim Entfernen des Stahlbestandteils aus der Zinkschmelze bildet sich auf der Oberfläche eine reine Zinkschicht. Bei dieser Schicht handelt es sich um einen sechseckigen Kristall mit einem Eisengehalt von maximal 0,003 %.

Der eigentliche Prozess der Verzinkung der Oberfläche von Stahlrohren (am Beispiel von Stahlrohren)

Solid iron dissolves ->Iron combines with zinc to form an iron zinc alloy compound, producing an iron zinc alloy layer ->Die Außenseite der Eisen-Zink-Legierungsschicht ist mit einer reinen Zinkschicht verbunden. Nach dem Abkühlen kristallisiert die reine Zinkschicht und verbindet sich auf der Innenseite der Zinkschicht mit dem Stahlsubstrat. Daher ist der Feuerverzinkungsprozess hauptsächlich der Prozess der Bildung einer verzinkten Schicht durch Diffusion.

Die schützende Wirkung der verzinkten Beschichtung auf der Stahloberfläche

Vollständige Abdeckung, langanhaltender-Schutz
Wenn die verzinkte Schicht intakt ist, ist die Korrosionsrate von Zink selbst extrem langsam, was die Lebensdauer von Stahl um das 15- bis 30-fache verlängern kann. Die verzinkte Schicht ist metallurgisch flächendeckend und fest mit dem Untergrund verbunden und widersteht mechanischen Beschädigungen.

Bei Teilschäden muss auf den Anodenschutz verzichtet werden
Wenn die Beschichtung teilweise beschädigt ist, bilden die freiliegende Stahlbasis und das Zink in einer feuchten Umgebung eine Primärbatterie. Zink als Anode (mit einem negativeren Potenzial) korrodiert bevorzugt, um den Stahl als Kathode zu schützen, was als „Opferanoden“-Schutz bekannt ist.

Die Haftung ist wichtiger als die Dicke
Die verzinkte Schicht korrodiert oft durch die schwache Verbindung. Bei schlechter Haftung kommt es auch bei dicker Beschichtung zu Korrosion und frühzeitigem Versagen, ähnlich dem „Kurzbretteffekt von Holzfässern“. Daher ist die Gesamthaftung ein Schlüsselfaktor für die Schutzlebensdauer.

Die feuerverzinkte Beschichtung verleiht dem Stahlsubstrat den folgenden drei{1}fachen Korrosionsschutz:

Die feuerverzinkte Schicht kann den folgenden dreifachen Korrosionsschutz für das Stahlsubstrat bieten:

Isolationsschichtschutz
Die beiden wichtigen Eigenschaften der Isolationsschutzschicht sind ihre Haftung auf Metallen und ihre eigene Verschleißfestigkeit. In dieser Hinsicht bietet die Feuerverzinkung eine harte, metallgebundene Isolierschicht, die die Oberfläche des Stahls vollständig bedecken und ihn von korrosiven Umgebungen isolieren kann.

Schutz der Korrosionsproduktschicht
Die auf der Oberfläche der feuerverzinkten Schicht gebildeten Korrosionsprodukte führen zu einer Volumenausdehnung und blockieren die diskontinuierlichen Lücken, die durch die selektive Auflösung der Beschichtung entstehen. Dadurch wird eine weitere Korrosion der Beschichtung verhindert und die Korrosionsrate der verzinkten Schicht in korrosiven Umgebungsmedien verringert.

Elektrochemischer Schutz
Aufgrund des negativen Potenzials von Zink im Vergleich zu Eisen wird die feuerverzinkte Schicht vorzugsweise als Opferanode korrodiert und bietet so einen kathodischen Schutz für Stahl.

Vorteile des Feuerverzinkungsprozesses

Im Vergleich zu anderen Korrosionsschutzmethoden für Metall bietet die Feuerverzinkung beispiellose Vorteile in Bezug auf elektrochemischen Schutz, Beschichtungsdichte, Beschichtungshaltbarkeit, Wartungsfreiheit der Beschichtung, Anpassungsfähigkeit an Form und Größe von Stahlteilen und hohe Produktionseffizienz.

Feuerverzinkter Stahl bietet Vorteile wie Formbarkeit, Schweißbarkeit, Lackierbarkeit und gute Duktilität. Die Feuerverzinkungstechnologie entwickelt sich zunehmend in Richtung einer großtechnischen-kostengünstigen-Produktion.

Dicke und Lebensdauer der verzinkten Schicht

Da die Lebensdauer der verzinkten Schicht hauptsächlich von ihrer Dicke abhängt, ist es einfach, ihre Oberfläche visuell auf Kontinuität und Helligkeit zu prüfen, und mit einem magnetischen Dickenmessgerät kann bequem und genau gemessen werden, ob die Dicke den Standardanforderungen entspricht.

Tests zur atmosphärischen Belastung zeigen, dass eine feuerverzinkte Schicht mit einer Dicke von 86 μm in Schwerindustriegebieten eine Lebensdauer von 13 Jahren, in Meeresumgebungen 50 Jahre, in Vorstadtgebieten 104 Jahre und in städtischen Gebieten 30 Jahre hat.

Im Allgemeinen hat eine verzinkte Schicht mit einem Zinküberzug von 600 g/m² eine wartungsfreie Lebensdauer von 20-50 Jahren. Für unverzinkte, farb-beschichtete Stahlbleche, die im Bauwesen verwendet werden, beträgt die Lebensdauer 3–5 Jahre, während farbbeschichtete Stahlbleche mit verzinktem Untergrund 20–30 Jahre halten können.

Elektroverzinkung, allgemein bekannt als „Kaltverzinkung“ oder „Wasserverzinkung“; Es nutzt elektrochemische Methoden, um Zinkbarren als Anoden zu verwenden, wobei Zinkatome Elektronen verlieren und sich im ionischen Zustand im Elektrolyten auflösen. Stahlmaterialien fungieren als Kathoden, wobei Zinkionen zu Zinkatomen reduziert und auf der Stahloberfläche abgeschieden werden, wodurch eine gleichmäßige, dichte und gut gebundene Metall- oder Legierungsabscheidungsschicht entsteht.

Prozessablauf der Zinkgalvanisierung (Silber-weiß / Blau-weiß)

Unterschiedliche Beschichtungsdicke

Bei der Feuerverzinkung entsteht im Allgemeinen eine dickere Zinkschicht, typischerweise über 40 μm und sogar bis zu 200 μm oder mehr. Die feuerverzinkte Schicht ist im Allgemeinen 10 bis 20 Mal dicker als die elektroverzinkte Schicht.

Elektroverzinkte Beschichtungen sind sehr dünn, etwa 3–15 μm, bei einem Schichtgewicht von nur 10–50 g/m².

Unterschiedliches Zinkbeschichtungsgewicht

Das Zinkbeschichtungsgewicht von feuerverzinkten Blechen darf nicht zu niedrig sein, im Allgemeinen mindestens 50–60 g/m² auf beiden Seiten und maximal 600 g/m². Elektroverzinkte Bleche können eine sehr dünne Zinkschicht mit mindestens 15 g/m² aufweisen. Um eine dickere Beschichtung zu erzielen, ist jedoch eine sehr langsame Produktionsliniengeschwindigkeit erforderlich, die für die Prozesseigenschaften moderner Produktionslinien nicht geeignet ist. Das Maximum liegt in der Regel bei 100 g/m². Aus diesem Grund ist die Produktion von galvanisch verzinkten Blechen erheblich eingeschränkt.

Unterschiedliche Beschichtungsmikrostruktur

Feuerverzinkte Bleche weisen eine leicht spröde Verbindungsschicht zwischen der Reinzinkschicht und dem Stahluntergrund auf. Die reine Zinkbeschichtung bildet während der Kristallisation größtenteils Zinkflitter und die Beschichtung ist gleichmäßig und nicht-porös.

Beim elektrolytischen Verzinken werden Zinkatome nur auf der Oberfläche des Stahlblechs abgelagert und ausgefällt und durch physikalische Kräfte an der Stahlbandoberfläche befestigt. Aufgrund der vielen Poren ist es sehr anfällig für Lochfraß durch korrosive Medien. Daher sind feuerverzinkte Bleche korrosionsbeständiger als elektroverzinkte Bleche.

Verschiedene Wärmebehandlungsverfahren

Bei feuerverzinkten Blechen werden im Allgemeinen kalt{{1}gewalzte Bleche als Rohmaterial verwendet. Das Glühen und die Feuerverzinkung erfolgen kontinuierlich auf der Verzinkungslinie. Das Stahlband wird in kurzer Zeit erhitzt und dann abgekühlt, wodurch seine Festigkeit und Plastizität in gewissem Maße beeinträchtigt werden. Seine Stanzleistung ist schlechter als die ähnlicher kaltgewalzter Bleche, die in einer professionellen Produktionslinie entfettet und geglüht wurden.

Elektro-verzinkte Bleche verwenden kalt-gewalzte Bleche als Rohmaterial und gewährleisten grundsätzlich die gleiche Verarbeitungsleistung wie kalt-gewalzte Bleche. Allerdings erhöht sein komplexer Prozess auch die Produktionskosten.

Unterschiedliches Aussehen

Die Oberfläche der feuerverzinkten Schicht ist rau und glänzend, und in schweren Fällen sind Zinksprenkel vorhanden;

Die galvanisch verzinkte Schicht ist glatt und matt (schmutzig).

Unterschiedlicher Anwendungsbereich und Prozess

Die Feuerverzinkung eignet sich für große Bauteile und Geräte; Feuerverzinktes Stahlblech wird zunächst gebeizt, um Eisenoxid auf der Oberfläche des Stahlrohrs zu entfernen. Nach dem Beizen wird es in einer wässrigen Ammoniumchlorid- oder Zinkchloridlösung oder einem Tank mit einer gemischten wässrigen Ammoniumchlorid- und Zinkchloridlösung gereinigt und dann zum Heißtauchgalvanisierungstank geschickt.

Für kleine Bauteile eignet sich die galvanische Verzinkung. Tragen Sie mit einer Galvanisierungslösung positive und negative Elektroden auf die Stahlplatte bzw. die Galvanisierungslösung auf.

Rezension

Die Feuerverzinkung weist eine gute Deckfähigkeit, eine dichte Beschichtung und keine Verunreinigungen auf. Es bietet die Vorteile einer gleichmäßigen Beschichtung, einer starken Haftung und einer langen Lebensdauer. Die Feuerverzinkung weist eine bessere Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion auf als die galvanische Verzinkung des Grundmetalls Eisen.

Das Galvanisierungsverfahren zur Herstellung verzinkter Stahlbleche weist eine gute Verarbeitungsleistung auf, die Beschichtung ist jedoch dünner und die Korrosionsbeständigkeit ist nicht so gut wie bei feuerverzinkten Stahlblechen. Die Menge an Zink, die an galvanisch verzinktem Blech haftet, ist sehr gering und wird nur an der äußeren Rohrwand verzinkt, während die Feuer-Tauchbeschichtung sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite erfolgt.