Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur zweiten Auflage
Vorwort zur dritten Auflage
Autorenliste
1 Korrosion und Korrosionsschutz
1.1 Korrosion
1.2 Korrosionsschutz
2 Geschichtliche Entwicklung der Feuerverzinkung
3 Technologie der Oberflächenvorbereitung
3.1 Anlieferungszustand
3.2 Mechanische Oberflächenvorbereitungsverfahren
3.3 Chemisches Reinigen und Entfetten
3.4 Spülen der Teile
3.5 Beizen
3.6 Flussmittel zum Feuerverzinken
4 Technologie der Feuerverzinkung und Schichtbildung
4.1 Verfahrenstechnische Varianten
4.2 Die Schichtbildung beim Feuerverzinken von Stückgut zwischen 435 °C und 620 °C
4.3 Flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion (LME)
4.4 Nachbehandlung
5 Technische Ausrüstung
5.1 Vorplanung
5.2 Anlagenaufstellungsvarianten
5.3 Vorbehandlungsanlage
5.4 Trockenöfen
5.5 Verzinkungsöfen
5.6 Verzinkungskessel
5.7 Zinkbadeinhausungen
5.8 Nachbehandlung
5.9 Entnahmebereich
5.10 Traversenrückführung
5.11 Krananlagen
5.12 Filteranlagen
5.13 Halbautomatische Kleinteilverzinkungsanlage
5.14 Verzinkungsofen mit keramischer Wanne
5.15 Automatische Kleinteilverzinkungsanlage
5.16 Rohrverzinkungsanlage
5.17 Einsatz von Vibratoren/Rüttlern
5.18 Energiebilanz
5.19 In- und Außerbetriebname eines Feuerverzinkungskessels, Kesselwechsel, Betriebsweise
6 Umweltschutz und Arbeitssicherheit in Feuerverzinkungsbetrieben
6.1 Vorschriften und Maßnahmen zur Luftreinhaltung
6.2 Maßnahmen zur Luftreinhaltung
6.3 Messverfahren
6.4 Abfälle und Reststoffe
6.5 Lärm
6.6 Arbeitssicherheit
6.7 Praktische Maßnahmen zum Umweltschutz
7 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren und Fertigen
7.1 Allgemeine Hinweise
7.2 Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit des Grundwerkstoffes
7.3 Abmessungen und Gewichte des Verzinkungsgutes
7.4 Behälter und Konstruktionen aus Rohren (Hohlkörper)
7.5 Konstruktionen aus Profilstahl
7.6 Stahlblech und Stahldraht
7.7 Konstruktionen aus feuerverzinkten Halbzeugen
7.8 Vermeiden von Verzug und Rissbildung
7.9 Schweißen vor und nach dem Feuerverzinken
7.10 Feuerverzinken von Kleinteilen
7.11 Nacharbeiten und Ausbessern des Zinküberzuges
7.12 Feuerverzinken von Gusswerkstoffen
7.13 Örtliche Vermeidung der Zinkannahme
7.14 Normen und Richtlinien
7.15 Fehler und Fehlervermeidung
8 Qualitätsmanagement in Feuerverzinkereien
8.1 Warum Qualitätsmanagement?
8.2 Wichtige Kriterien
8.3 Struktur des QM-Systems nach DIN EN ISO 9001:2000
8.4 Kurzbeschreibung der QM-Elemente Abschnitt 4–8
8.5 Einführung von QM-Systemen
8.6 Tendenzen
9 Korrosionsverhalten von Zinküberzügen
9.1 Korrosionschemische Eigenschaften
9.2 Korrosionsbelastung durch die Atmosphäre
9.3 Korrosionsbelastung durch Wässer
9.4 Korrosionsbelastung durch Erdböden
9.5 Korrosionsbelastung durch Beton
9.6 Korrosionsbelastung bei landwirtschaftlichen Einrichtungen und durch landwirtschaftliche Erzeugnisse
9.7 Korrosionsbelastung durch nichtwässrige Medien
9.8 Korrosionsschutzmaßnahmen an Fehlstellen
9.9 Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit und Qualitätsprüfung
10 Beschichtungen auf Zinküberzügen – Duplex-Systeme
10.1 Grundlagen, Anwendung, Ausführungsschwerpunkte
10.2 Begriffsdefinitionen
10.3 Schutzdauer von Duplex-Systemen
10.4 Besonderheiten der konstruktiven Bauteilausführung
10.5 Qualitätsanforderungen an den Zinküberzug für eine Beschichtung
10.6 Oberflächenvorbereitung des Zinküberzuges für die Beschichtung
10.7 Beschichtungsstoffe, Beschichtungssysteme
11 Wirtschaftlichkeit der Feuerverzinkung
12 Anwendungsbeispiele
12.1 Hochbau/Hausbau
12.2 Tiefbau
12.3 Verkehrswesen
12.4 Sport/Freizeit
12.5 Anlagenbau
12.6 Bergbau
12.7 Energieversorgung
12.8 Landwirtschaft
12.9 Bauelemente/Verbindungsmittel
12.10 Umweltschutz
12.11 Handwerk
12.12 kunst
12.13 Bandverzinken
12.14 Schlussbetrachtung
13 Anhang
13.1 Anforderungen an den Zinküberzug
13.2 Beurteilungskriterien feuerverzinkter Überzüge auf Stahlkonstruktionen
13.3 Wesentliche Fehler im Zinküberzug bzw. am feuerverzinkten Werkstück
Stichwortverzeichnis
Beachten Sie bitte auch weitere interessante Titel aus unserem Buchprogramm
Bach, F.-W., Möhwald, K., Laermann, A., Wenz, T. (Hrsg.)
Moderne Beschichtungsverfahren
2005
ISBN 978-3-527-30977-1
Schumann, H., Oettel, H.
Metallografie
2005
ISBN 978-3-527-30679-4
Herausgeber
Dr. Peter Maaß
Alte Beuchaer Str. 92
04683 Naunh of
Dr. Peter Peißker
Dahlienstr. 5
04209 Leipzig
1. Auflage 1970
Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,
Leipzig
2., stark überarbeitete Auflage 1993
Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie
Leipzig
3., vollständig überarbeitete Auflage 2008
Wiley-VCH Verlag, Weinheim
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Print ISBN 9783527318582
Epdf ISBN 978-3-527-62233-7
Epub ISBN 978-3-527-66011-7
Mobi ISBN 978-3-527-66010-0
Vorwort zur zweiten Auflage
Von der Erfindung des Verfahrens Feuerverzinken im Jahre 1742 durch den Franzosen Malouin bis zur praktischen Anwendung im Jahre 1836 durch den Franzosen Sorel über Jahrzehnte der Alchimie und handwerklichen Könnenshat sich bis heute eine leistungsfähige Industrie entwickelt.
Die zunehmende Bedeutung des Stahlbaus und seiner vielseitigsten Einsatzgebiete einerseits und die sich daraus ergebenden Anforderungen an einen über Jahre wartungsarmen bzw. wartungsfreien Korrosionsschutz andererseits haben dazu geführt, dass auch die Verfahrens- und Anlagentechnik des Feuerverzinkens, vor allem im letzten Jahrzehnt, eine bedeutende Entwicklung genommen hat.
Von grundlegenden wissenschaftlichen und praktischen Erkenntnissen des Nestors der Verfahrenstechnik, Prof Bablik, im Jahre 1941, veröffentlicht im Buch „Das Feuerverzinken“, über die 1.Auflage „Handbuch Feuerverzinken“ im Jahre 1970 bis zu dieser 2. Auflage hat jeder Leser und Anwender die Möglichkeit, die Entwicklung nachzuvollziehen und in der Praxis zur Anwendung zu bringen.
Die Korrosion und der Korrosionsschutz, also auch die Feuerverzinkung, sind heute fester Bestandteil der Qualitätssicherung der Erzeugnisse und des Umweltschutzes. Korrosion hat ihre Ursachen in der Umwelt. Mit der Einschränkung und Verhinderung der Korrosion entlastet der Korrosionsschutz durch Feuerverzinken die Umwelt in vielfältiger Art und Weise, indem er
und auch als Korrosionsschutz ab Werk umweltfreundlich durchgeführt wird. Diesem Anliegen trägt die vorliegende 2. Auflage des Buches Rechnung. Konnten früher noch diese Fachbücher von Einzelpersonen verfasst werden, so ist es heute aufgrund der Komplexität der Verfahrens- und Anlagentechnik nur mit einer Vielzahl von Autoren der entsprechenden Fachgebiete möglich. Daraus könnten sich kritische Hinweise der Leser ergeben, die wir dankend entgegennehmen. Besonderen Dank möchten wir dem Verlag aussprechen, der uns in jeder Hinsicht unterstützte.
Leipzig, Juli 1993
Peter Maaß
Peter Peißker
Vorwort zur dritten Auflage
Da die 1993 erschienene zweite Auflage des „Handbuches Feuerverzinken“ seit geraumer Zeit vergriffen ist, wurde eine dritte, inhaltlich überarbeitete Auflage notwendig. Diese liegt nun vor und wir bedanken uns bei allen, z.T. neu gewonnenen Autoren für ihre Mitarbeit.
Gegenüber der zweiten Auflage ergeben sich u.a. folgende Änderungen bzw. Erweiterungen:
Wir hoffen, dass die dritte Auflage des Handbuches seit 1970 das Interesse der Fachwelt weiterhin finden wird und die Feuerverzinkungsindustrie mit diesem Buch wieder ein aktuelles Nachschlagewerk erhält.
Dezember 2007
Peter Maaß
Naunhof
Peter Peißker
Leipzig
Autorenliste
Autoren der zweiten Auflage
Dipl.-Ing. Hans-Jörg Böttcher
Düsseldorf (Kapitel 4 und 9)
Ing. Werner Friehe
Mühlheim (Kapitel 9)
Dipl.-Chem. Lothar Hörig
Leipzig (Kapitel 3)
Dr. Dietrich Horstmann
Erkrath (Kapitel 9)
Dipl.-Ing. Jens-Peter Kleingarn
Düsseldorf (Kapitel 11)
Dr. Rolf Köhler
Haan (Abschnitte 6.1 bis 6.3)
Dr. Carl-Ludwig Kruse
Dortmund (Kapitel 9)
Dr. Peter Maaß
Leipzig (Kapitel 1,2, 12 und 13)
Dipl.-Ing. Jürgen Marberg
Düsseldorf(Abschnitt 6.4 bis 6.7 und Kapitel 7, 8 und 12)
Dipl.-Ing. Rolf Mintert
Hagen (Kapitel 5)
Dr.-Ing. Peter Peißker
Leipzig (Kapitel 3)
Dipl.-Chem. Andreas Schneider
Leipzig (Kapitel 10)
Dr. Wolf-Dieter Schulz
Leipzig (Abschnitt 3.6)
Prof. Dr. Wilhelm Schwenk
Duisburg (Kapitel 9)
Für die dritte Auflage wurden alle Kapitel neu bearbeitet durch
Dr. Gunter Halm
Dorsten (Kapitel 8)
Dipl.-Ing. Mark Huckshold
Düsseldorf (Kapitel 7)
Dr. Christian Kaßner
Hattingen (Kapitel 6)
Dr. Peter Maaß
Naunhof (Kapitel 1, 2, 11, 12 und 13)
Dipl.-Ing. Rolf Mintert
Halver (Kapitel 5)
Dr.-Ing. Peter Peißker
Leipzig (Kapitel 3 und 5)
Ing. Gerhard Scheer
Rietberg (Kapitel 7)
Dipl.-Chem. Andreas Schneider
Leipzig (Kapitel 10)
Dr. Wolf-Dieter Schulz
Dresden (Kapitel 4 und 9)
Dipl.-Chem. Marc Thiele
Dresden (Kapitel 4)
Alle Werkstoffe bzw. die daraus hergestellten Erzeugnisse, Anlagen, Konstruktionen und Gebäude unterliegen bei ihrer Anwendung der materiellen Abnutzung.
Eine allgemeine Übersicht der Abnutzungsarten, die durch mechanische, thermische, chemische, elektrochemische, mikrobiologische, elektrische und strahlungsbedingte Einflüsse hervorgerufen werden, zeigt (Abb. 1.1) .
Die technische und wirtschaftliche Beherrschung der materiellen Abnutzung ist schwierig, da sich mehrere Ursachen überlagern und gegenseitig beeinflussen. In der Wechselwirkung mit bestimmten Medien der Umwelt treten bei den Werkstoffen unbeabsichtigte Reaktionen auf, die zum Korrodieren, Verwittern, Verrotten, Verspröden und Faulen führen.
Während mechanische Reaktionen zum Verschleiß führen, verursachen chemische und elektrochemische Reaktionen die Korrosion. Diese Vorgänge gehen von der Oberfläche der Werkstoffe aus und führen zu Veränderungen der Werkstoffei-genschaften bzw. zu ihrer Zerstörung. Nach DIN EN ISO 8044 ist Korrosion definiert:
„Physikalische Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung, diezu einer Veränderung der Eigenschaften des Metalls führt und die zu erheblichen Beeinträchtigungen der Funktion des Metalls,der Umgebung oder des technischen Systems,von dem diese einen Teil bilden, führen kann.“
Anmerkung: Diese Wechselwirkung ist oft elektrochemischer Natur.
Aus der dieser Norm umfassenden Definition ergeben sich weitere Begriffe:
Wird unlegierter oder legierter Stahl ohne Korrosionsschutz der Atmosphäre ausgesetzt, so verfärbt sich die Oberfläche bereits nach kurzer Zeit rotbraun. Es hat sich Rost gebildet, der Stahl korrodiert. Bei Stahl verläuft der Korrosionsprozess vereinfacht chemisch nach folgender Gleichung:
Gl.1.1 
Gl. 1.2 
Die Korrosionsprozesse laufen ab, wenn ein angreifendes Mittel auf einen Werkstoff einwirkt. Da die unedlen Metalle (energiereich), die durch metallurgische Prozesse aus in der Natur vorkommenden Erzen (energiearm) gewonnen werden, das Bestreben haben, sich in ihre ursprüngliche Form zurückzuverwandeln, spielen sich auf der Werkstoffoberfläche chemische und elektrochemische Reaktionen ab.
Es werden zwei Korrosionsreaktionen unterschieden:
Abb. 1.1 Abnutzungsarten an Werkstoffen
Die Korrosion tritt nicht nur als Linearabtrag, sondern in vielfältigen Erscheinungs-formen auf. Für unlegierten bzw. legierten Stahl sind wichtige Erscheinungsformen nach DIN EN ISO 8044:
In o. g. Norm werden insgesamt 37 Korrosionsarten beschrieben
Diese Korrosionsarten führen zu Korrosionserscheinungen.
EN ISO 8044 definiert Korrosionserscheinung durch korrosionsverursachende Veränderung in einem beliebigen Teil des Korrosionssystems.
Wichtige Korrosionserscheinungen sind:
Zwischen Muldenfraß und Lochfraß ist keine Abgrenzung möglich.
Nach DIN EN ISO 12944–2: Alle Umgebungsfaktoren, welche die Korrosion fördern.
Die Korrosionsgeschwindigkeit in der Atmosphäre ist unbedeutend, wenn die relative Luftfeuchte an der Stahloberfläche 60% nicht überschreitet. Die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt zu, insbesondere bei mangelnder Belüftung,
Die Temperatur beeinflusst ebenfalls den Korrosionsverlauf. Zum Abschätzen der Korrosionsbelastung sind folgende Kriterien maßgebend:
Abb. 1.2 Die Reduzierung der SO2-Belastung für Deutschland in den letzten 20 Jahren führte dazu, dass sich die Zinkabtragswerte wesentlich reduziert haben (vgl. Tab. 1.1).
Tabelle 1.1 zeigt die Korrosionsbelastung der atmosphärischen Korrosion bei unterschiedlichen Atmosphärentypen und Korrosivitätskategorien nach DIN EN ISO 12944–2.
Tab. 1.1 Korrosionsbelastung – Einteilung der Umgebungsbedingungen nach DIN EN ISO 12944–2
Das Korrosionsverhalten wird durch die Beschaffenheit des Erdbodens und zusätzlich durch elektrochemische Einflussgrößen bestimmt, wie Elementbildung mit anderen Bauteilkomponenten, Gleichstrom- und Wechselstrombeeinflussung. Die Korrosionsbelastung wird wesentlich bestimmt durch
Weitere Einzelheiten siehe EN 12501–1.
Wesentliche Korrosionsbelastungen im Wasser sind
Die DIN EN ISO 12944–2 unterscheidet dabei die Unterwasserzone, die Wasser-wechselzone und die Spritzwasserzone sowie die Feuchtzone.
Korrosionsbelastungen am Standort, im Einsatzgebiet oder durch produktions-bedingte Einflüsse sind Sonderbelastungen, die die Korrosion wesentlich beein-flussen. Vorwiegend sind es chemische Belastungen, wie betriebsbedingte Immissionen (Säuren, Laugen, Salze, organische Lösemittel, aggressive Gase und Stäube u. a. m.). Sonderbelastungen sind aber auch mechanische Belastungen, Belastungen durch Temperaturen und kombinierte Belastungen – gleichzeitige mechanische und chemische Belastung – die die Korrosion verstärken.
Um einen Korrosionsschaden zu verhindern, sind folgende grundsätzliche Ermittlungen notwendig:
Die Ermittlung der Korrosionsbeanspruchung ist relativ problematisch, denn sowohl die Einflüsse der Klimagebiete, des Ortsklimas, der Atmosphärentypen bis zum Kleinstklima sind zu berücksichtigen.
Es muss jeweils der Korrosionsschutz ermittelt werden, dessen Schutzdauer der Nutzungsdauer nahe kommt, damit der Aufwand für aufwendige Wiederholschutzmaßnahmen minimiert wird.
Alle Methoden, Maßnahmen und Verfahren mit dem Ziel Korrosionsschäden zu vermeiden, werden als Korrosionsschutz bezeichnet. Veränderungen eines Korro-sionssystems derart, dass Korrosionsschäden verringert werden.
Eine Übersicht zeigt Abb.1.3.
Die Korrosion wird beim aktiven Korrosionsschutz vermieden, bzw. reduziert durch Eingriff in den Korrosionsvorgang, durch Werkstoffauswahl und das korrosions-schutzgerechte Projektieren, Konstruieren und Fertigen. Es ist aber auch wesent-liche Voraussetzung für das Wirksamwerden passiver Korrosionsschutzverfahren. Insoweit werden betrachtet:
Abb 1.3 Methoden, Maßnahmen und Verfahren des Korrosionsschutzes (von oeteren, Korrosionssschutz-Fibel)
Die grundlegenden konstruktiven Forderungen zur korrosionsschutzgerechten Gestaltung von Stahlbauten sind in der DIN EN ISO 12944–3 festgelegt:
Sie gelten im übertragenen Sinne auch für andere Erzeugnisse, soweit diese nicht durch Festlegungen in entsprechenden DIN konkrete Forderungen enthalten. Der Konstrukteur muss die Korrosionsbelastungen, die die Korrosionsarten und Korrosionserscheinungen hervorrufen, beim Konstruieren berücksichtigen. Er hat die konstruktive Lösung aufzuzeigen, die eine wirtschaftliche Schutzdauer bei optimaler Qualität erwarten lässt.
Wesentlich dabei sind:
Die Korrosion wird beim passiven Korrosionsschutz durch Trennung des metallischen Werkstoffs vom korrosiven Mittel durch aufgebrachte Schutzschichten verhindert bzw. zumindest verzögert. Technische Voraussetzungen, die an eine Korrosionsschicht gestellt werden, sind:
Abb 1.4 Kurzalgorithmus für die Spezifikation von Beschichtungssystemen in Anlehnung an DIN EN ISO 12944
Abb. 1.5 Übersicht der Verfahren des passiven Korrosions-schutzes (von Oeteren, Korrosionsschutz-Fibel)
Den logischen Aufbau der DIN EN ISO 12944 zeigt Abb. 1.4.
Eine Übersicht über die Verfahren des passiven Korrosionsschutzes zeigt Abb. 1.5.
Erstmalig werden Schutzdauer in Jahren festgelegt (vgl. Tab. 1.2).
Für Erzeugnisse aus Stahl, die über Jahrzehnte Korrosionsbelastungen ausgesetzt sind, werden
Tab. 1.2 Schutzdauer für Beschichtungssysteme nach DIN EN ISO 12944–1 und -5
| Schutzdauer Klasse | Jahre |
| Kurz | 2–5 |
| Mittel | 5–15 |
| Lang | >15 |
| Die Schutzdauer ist für ein in Abhängigkeit von der Korrosionsbelastung ausgewähltes Beschichtungssystem die erwartete Standzeit bis zur ersten Instandsetzung. Sofern nicht anders vereinbart, ist die erste Teilerneuerung aus Korrosionsschutzgründen notwendig, wenn das Beschichtungssystem den Rostgrad Ri 3 nach DIN ISO 4628–3 erreicht hat. |
|
| Die Schutzdauer ist keine „Gewährleistungszeit“, sondern ein technischer Begriff, der dem Auftraggeber helfen kann, ein Instandsetzungsprogramm festzulegen. | |
Während Abb. 1.5 eine Übersicht der Verfahren des passiven Korrosionsschutzes gibt, sind in Tabelle 1.3 die Korrosionsschutzverfahren für Stahl mit Zink dargestellt. Als wesentliche Entscheidungshilfen für die Auswahl eines Korrosionsschutzverfahrens dienen:
Tab. 1.3 Korrosionsschutzverfahren
Tab. 1.4 Wicgtige Parameter der Korrosionsschutzberfahren fur Stahl und Zink (Beratung Feuerverzinken)
Tab. 1.5 Vor- und Nachteile verschiedener Verfahren der metallischen Überzüge
Tab. 1.6 Einsatzgrenzen der Verfahren, bestimmt durch die Eigenschaften der Verfahren (vgl. Tab. 1.3)2)
Die Forderungen, die an Bauteile, Konstruktionen, Erzeugnisse, Anlagen und Bauwerke aus Stahl gestellt werden , sind u. a.
Ständige Aufgabe dabei ist die Verringerung von Materialeinsatz, Baugröβe, einmaligem und laufendem Aufwand.
Dieses Ziel bestimmt den Einsatz der Korrosionsschutzverfahren sowie die Entwicklungstendenz und -richtung des Korrosionsschutzes.
Der Korrosionsschutz ist kein Selbstzweck, sondern Bestandteil der Erzeugnis-entwicklung, -herstellung und -nutzung, ja z. T. ist er schon Bestandteil des Grundmaterials bzw. der Halbzeuge. Angesichts der Korrosionsschäden, die in der Volkswirtschaft der Bundesrepublik Deutschland jährlich in Höhe von 50 Mrd. Euro entstehen, nicht eingerechnet die Korrosionsschäden im privaten Bereich, sind bei Anwendung der Erkenntnisse über den Korrosionsschutz und seine konsequentere Nutzung jährlich Reduzierungen von ca. 15 Mrd. Euro möglich. Die ständige Aufklärungsarbeit hat dabei das Ziel, Korrosionsschutz nicht so gut wie möglich, sondern so gut wie nötig durchzusetzen.
Für die Wirtschaftlichkeit des Korrosionsschutzes sind nicht die Erstschutz-kosten, sondern unter Berücksichtigung der Schutzdauer des jeweiligen Korrosions-schutzsystems und der Nutzungsdauer der Erzeugnisse die jährlichen oder spezifischen Korrosionsschutzkosten entscheidend.
Der zwischen der Erzeugnisentwicklung, Erzeugnisqualität, Materialwirtschaft, Instandhaltung, Umweltschutz und Korrosionsschutz bestehende Zusammenhang, der schon bei der Projektierung und Konstruktion u. a. die Sicherheit gegen Korrosionsschäden – trotz aller Einflussfaktoren – genau so berücksichtigt werden sollte, wie die statische Sicherheit gegen Bruch, die Standsicherheit von Gebäuden, wie auch die Betriebssicherheit in Bezug auf Leistung und Nutzungsdauer, ist mehr als bisher zu beachten.
Die Korrosion hat ihre Ursachen in der Umwelt. Mit der Einschränkung und Verhinderung der Korrosion entlastet der Korrosionsschutz die Umwelt in vielfältiger Art und Weise und wird selbst zu einer entscheidenden Maßnahme des Umweltschutzes, ja man kann sagen – Korrosionsschutz ist Umweltschutz.
Wenn Stahl durch Feuerverzinken oder durch das Duplex-System vor Korrosion geschützt wird, dann erfolgt dies besonders effektiv, dauerhaft über Jahrzehnte und wirtschaftlich im Vergleich zu anderen Verfahren, sowie vor allem als praktische Korrosionsschutzmaßnahme, denn Verminderung der Korrosion bedeutet nicht nur Verhinderung desmateriellen Verlustesvon Stahl, sondern dient der Ressourcenschonung und auch der Abfallvermeidung. Stahl, bzw. feuerverzinkter Stahl ist nach seiner Nutzung Recycling-Werkstoff. Die Wiederverwertung von Werkstoffen ist ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz.
Korrosionsschutz ab Werk, wie es durch das Feuerverzinken praktiziert wird, kommt unter dem Aspekt des Umweltschutzes eine entscheidende Bedeutung zu. Die Verfahrenstechnik ist mess-, prüf- und kontrollierbar. Belastete in früheren Jahren die Feuerverzinkungsindustrie noch die Umwelt, so haben die Gesetze zum Schutz der Umwelt, aber auch die Einsicht in die Notwendigkeit, dazu beigetragen, dass diese Industrie in den letzten Jahren durch Einhausungen, Filteranlagen, Gewässerschutz usw. erhebliche Investitionen getätigt hat, um durch die Verfahrenstechnik keine belastenden Emissionen in die Umwelt gelangen zu lassen. „Es kann nur Korrosionsschutz als Umweltschutz verkaufen,wer nicht selbst die Umwelt ruiniert.“(Seppeler, K.: Feuerverzinken, Faszination der Zukunft – Zeitschrift „Feuerverzinken“ 18 (1989) 3, S.34).
Dieses Leitmotiv sollte Zielstellung einer Branchenpolitik sein, die Imagepflege und die ständige Qualifizierung der Mitarbeiter einschließt.
Literaturverzeichnis
Grundlagennormen für den Korrosionsschutz von Stahlbauten
Korrosion von Metallen und Legierungen
EN ISO 8044 Grundbegriffe und Definitionen
DIN EN 150 12944 Beschichtungsstoffe – Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme
Teil 1: Allgemeine Einleitung
Teil 2: Einteilung der Umgebungsbedingungen
Teil 3: Grundregeln zur Gestaltung
Teil 4: Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung
Teil 5: Beschichtungssysteme
Teil 6: Laborprüfungen zur Bewertung von Beschichtungssystemen
Teil 7: Ausführung und Überwachung der Beschichtungsarbeiten
Teil 8: Erarbeitung von Spezifikationen für Erstschutz und Instandsetzung
Teil 8: Korrosionsschutz von tragenden dünnwandigen Bauteilen
Teil 9: Zusammensetzung von Bindemitteln und Pigmenten
Teil 1: Anforderungen und Begriffe für ISO-Rauheitsvergleichsmuster zur Beurteilung gestrahlter Oberflächen
Teil 2: Verfahren zur Prüfung der Rauheit von gestrahltem Stahl – Vergleichs-musterverfahren
Teil 4: Tastschnittverfahren
ISO 8501–1 und ISO 8501–2
Visuelle Beurteilung der Oberflächenreinheit (Rostgrade, Vorbereitungsgrade)
Geschichte hat die Aufgabe „die Vergangenheit zu erforschen,um die Gegenwart zu begreifen und die Zukunft beherrschen zu können“ [2.1].
Anhand der Entwicklung von Eisen und Stahl, der Herausbildung des Korrosionsbegriffes, der Entdeckung des Zinks bis zur Erfindung des Feuerverzinkensund seiner heutigen Bedeutung soll diesnachvollzogen werden.
Die Eisen- und die sich daraus im 18. Jahrhundert entwickelnde Stahlindustrie ist eine der bedeutendsten und der Tradition nach ältesten Produktionszweige. Seit vor etwa 3000 Jahren das Metall Eisen zu einer materiellen Grundlage der menschlichen Kultur und Zivilisation geworden ist, bestimmten bzw. bestimmen die aus Eisen und Stahl hergestellten Endprodukte wesentlich
Während der erste flüssige Stahl im Jahre 1740 in England nach dem sogenannten Tiegelstahlverfahren erschmolzen wurde, in Deutschland erst zu Anfang des 19. Jahrhunderts, begann das Zeitalter der Massenstahlerzeugung im Jahre 1855 durch Henry Bessemer. Seit der Verwendung metallischer Werkstoffe wurde die Menschheit auch mit ihrer Zerstörung konfrontiert.
Erstmals in einer englischen Literaturangabe wird der Korrosionsbegriff der heutigen Bedeutung nach erwähnt. Eine Reisebeschreibung von den Karibischen Inseln 1667 verwendet den Begriff „corroded« zur Beschreibung des desolaten Zustandes eiserner Kanonen einer Festung auf Jamaika, die fast wie Bienenwaben löcherig korrodiert seien. [2.3]
Im Jahre 1669 taucht erstmals das Substantiv „corrosion” in der Beschreibung eines englischen Heilbades durch J. Clanvill [2.4] auf. Der Bericht schildert einen starken Angriff des heißen Badewassers auf Silbermünzen, bedingt durch einen Gehalt des Mineralwassersan komplexen Thioverbindungen.
Im Jahre 1669 taucht erstmals das Substantiv „corrosion” in der Beschreibung eines englischen Heilbadesdurch J. Clanvill [2.4] auf. Der Bericht schildert einen starken Angriff des heißen Badewassers auf Silbermünzen, bedingt durch einen Gehalt des Mineralwassersan komplexen Thioverbindungen.
In China, Indien und Persien war Zink schon in Altertum bekannt. Griechen und Römer verschmolzen carbonatisch-oxidische Zinkerze (Galmie) zusammen mit Kupfer zu Messing. In Deutschland gelang A. S. Marggraf 1746 durch Erhitzen von Zinkoxid mit Kohle unter Luftabschluss die Herstellung von metallischem Zink, doch erst 1820 erlangte es industrielle Bedeutung.
Die Erfindung der Feuerverzinkung gelang 1742 dem französischen Chemiker Malouin, indem er die Möglichkeit entdeckte, Eisen- und Stahlteile in flüssiges Zink mit einem Überzug aus diesem Metall zu versehen. Er beschrieb das Verfahren so, wie es auch heute noch bei der Nassverzinkung ausgeführt wird. Eine industrielle Anwendung war jedoch noch nicht möglich, da esnoch kein preisgünstiges Verfahren zur Reinigung von Eisen- bzw. Stahloberflächen gab. Die praktische Anwendung des Feuerverzinkens gelang 1836 dem in Paris tätigen Ingenieur Stanislaus Sorel, nachdem er ein Verfahren zum Reinigen von Eisen- und Stahloberflächen entdeckt hatte, das Beizen, und er erhielt am 10.5. 1837 ein Patent für das Verfahren Eisen- und Stahlteile nach der Reinigung der Oberflächen durch Eintauchen in geschmolzenes Zink gegen Korrosion zu schützen.
Welche Bedeutung die Oberflächenvorbereitung, d.h. die Reinigung der Oberflächen von Eisen und Stahl, für die weitere Entwicklung der Feuerverzinkung hatte, beweisen die nachfolgenden Literaturangaben.
1843 erschien ein „Bericht der französischen Marinekommission zu Brest über die Verzinkung des Eisens”, in dem über ein den Metallangriff verminderndes Beizverfahren berichtet wird [2.5]:
„Die Reinigung des Eisens von Rost erfordert viel Aufmerksamkeit. Während es unumgänglich nötig ist, das der angewandten Säure ausgesetzte Eisen vollständig vom Rost auf der Oberfläche zu befreien, darf man auch die Oberfläche des Eisens von der Säure nicht zu stark angreifen lassen, sondern muss sorgfältig auf den rechten Augenblick Acht haben, wo das Eisen aus dem sauren Bade zurückzuziehen ist.”
In einer weiteren Mitteilung [2.6] heißt es:
„Zur Entfernung des Rostes wendet man nicht mehr verdünnte Schwefelsäure oder Salzsäure an, sondern das in Ölraffinerien abfallende Sauerwasser, das wegen seines Gehaltes an Glyzerin nicht das metallische Eisen selbst,sondern nur das daraufvorhandene Oxyd auflöst.”
Während die Erforschung der Korrosion und der Wirkprinzipien des Korrosions-schutzes zur Naturwissenschaft, speziell der Chemie und Metallkunde, gehören, hat der Korrosionsschutz seine Wurzel in der Technik, denn Korrosionsschutz ist ein technologischer Prozess bei der Herstellung eines metallenen Gegenstandes oder wird durch dessen Behandlung im Gebrauch gewährleistet.
Nach 1820 war so viel Zink auf dem Markt, dass 1826 der „Verein zur Beförderung des Gewerbefleißes in Preußen” einen Preis für die Auffindung einer Massenan-wendung des Zinks ausgesetzt hatte [2.6]. Nachdem 1835 die erste deutsche Eisenbahnstrecke zwischen Nürnberg und Fürth in Betrieb gegangen war, ergab der zügige Ausbau des Streckennetzes einen großen Bedarf an Eisen und Stahl.
Zum Schutz gegen Rost musste ein Verfahren angewendet werden, das die stählernen Anlagenteile – Signalanlagen, Werkstätten, Bahnhofshallen – vor dem raschen Verfall schützt. Bleiweiß und Mennige waren bekannt, aber giftig und teuer.
Zinkweißfarben gaben zwar der deutschen Anstrichindustrie eine enorme Ent-wicklung, doch wurden die Erwartungen der Eisenbahn mit diesen Zinkfarben in bezug auf den Rostschutz nicht voll erfüllt [2.7]. Eine andere Methode, Eisen vor dem Rost zu schützen, war schon lange bekannt: Die Anwendung metallischer Überzüge, vor allem von Zinn. Ausdem 150 Jahre alten Handbuch von F. Releaux [2.8] wird zitiert:
„Hiernach lag der Gedanke nahe,das Eisen zu verzinken, da Zink sich gegen alle anderen Metalle positiv verhält und diese also durch Berührung mit ihm geschützt werden, während er selbst oxydiert wird. … Man verzinkt denn auch in ziemlicher Ausdehnung Telegraphendrähte, Seildraht, Schrauben und Nägel, Steinklammern, Bleche, Kanonen-kugeln usw.”
Um 1840 entstehen die ersten Feuerverzinkereien für Blechwaren und Geschirre, wie Eimer, Gießkannen, Badewannen, Drähte und Eisenkonstruktionen. Die Feuerverzinkung wurde als Handwerk durchgeführt, mit Zange und Rechen von Hand, die Beheizung der Verzinkungskessel erfolgte mit Holzkohle, Kohle oder Koks. Eine Regelung der Temperaturen und des Wärmebedarfes erfolgten nur bedingt, Hilfs- und Betriebsstoffe wurden nach geheimen Rezepten selbst hergestellt [2.9]. Bis etwa 1920 erfolgte das Feuerverzinken noch „in den Bahnen abergläubigster Empirie “[2.10], ja man kann sagenes war Alchimie. Nach Bablik [2.11] wurde speziell bis 1940 auch das Feuerverzinken immer mehr einer wissenschaftlichen Betriebsführung unterstellt.
Der Weg von der handwerklichen Feuerverzinkung zur industriellen Entwicklung dieses Korrosionsschutzverfahrens in den letzten Jahrzehnten ist geprägt von äußeren und inneren Entwicklungen. Äußere Entwicklungen waren u. a.:
Innere Entwicklungen waren u. a.:
Von der Alchimie bis zum vereinigten Europa war ein weiter Weg. Aus der Isolierung und Geheimhaltung heraus, über handwerkliche Tätigkeiten des Feuerverzinkens bis zu einer modernen umweltfreundlichen Industrie – dieser Weg gelang und gelingt nur über organisierte Gemeinschaftsarbeit zum Wohle der Wirtschaft, aber auch der beteiligten Unternehmen der Feuerverzinkungsindustrie. Die Integration dieser Industrie mit dem Stahlbau, der metallverarbeitenden Industrie und dem Handwerk sowie ihrer Verbände und Einrichtungen ist folgerichtig ein weiterer Schritt in die Zukunft und sollte verstärkt werden. Feuerverzinkung kann sich nicht selbst darstellen, sondern immer nur in Verbindung mit Erzeugnissen, Anlagen und Gebäuden.
Für die weitere Entwicklung der Feuerverzinkung sollten folgende Überlegungen angestellt werden:
Dieses System als optimales Verfahren des passiven Korrosionsschutzes bei langlebigen Erzeugnissen anzuwenden – zu dem es zurzeit keine Alternative gibt – ist eine wichtige Aufgabe für die Zukunft.
| Zeittafel über die Entwicklung des Feuerverzinkens und tangierender Entdeckungen und Erfindungen | |
| um 1500 v. Chr. | Verwendung von Eisen |
| Altertum bis 17. Jh. | Herstellung von Messing unter Verwendung von Kupfer und des ZinkerzesGalmei |
| 1420 | Der Erfurter Mönch Valentinus verwendet erstmalig das Wort Zink und vermutete hierunter ein „halbmetallisches Produkt“. |
| 1448 | Entwicklung der Salzsäure durch den Alchemisten Valentinus |
| 1667 | Verwendung des Begriffes „corroded“ |
| 1669 | Verwendung des Substantivs „corrosion“ |
| 16. und 17. Jh. | Zink ist als Handelsartikel aus China und Ostindien in Europa auf dem Markt. |
| 1742 | Erfindung der Feuerverzinkung durch den Franzosen Malouin |
| 1746 | A. S. Marggraf gelang die Herstellung von Zink in Deutschland |
| um 1800 | Entwicklung des Beizens mit Mineralsäuren. Zinkgewinnung erlangt industrielle Bedeutung |
| 1836 | Stanislaus Sorel entdeckt ein Verfahren zum Reinigen von Eisen und Stahl |
| 10. 5. 1837 | Patentanmeldung für das Verfahren Eisen- und Stahlteile in geschmolzenem Zink vor Korrosion zu schützen an Sorel |
| nach 1840 | Die ersten Feuerverzinkereien entstehen in Frankreich, England und Deutschland. |
| 1846 | Patentanmeldung zur Feuerverzinkung von Halbzeug, insbesondere Blechtafeln |
| 1860 | Patentanmeldung zur Feuerverzinkung von Draht im kontinuierlichen Durchlauf |
| 1880 | Entwicklung von galvanotechnischen Verfahren zum Schutz gegen das Rosten von Stahl und Eisen |
| 1990 | Erfindung des Sheradisieren durch Sherard Cowper-Coler. Die Welt-Zinkproduktion beträgt 47900 t. |
| 1911 | Erfindung des Spritzverzinkensdurch M. K. Schoop |
| 1920 bis 1930 | Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet des Feuerverzinkens |
| 1936 | Feuerverzinkung von Bändern kontinuierlich durch Th. Sendzimir in Polen |
| 1950 | 1. Internationale Verzinkertagung in Kopenhagen |
| 1958 | Gründung des Verbandes der deutschen Feuerverzinkungsindustrie e. V. (VDF) |
| 1963 | Gründung der Beratung Feuerverzinken |
| 1990 | Weltweit werden ca. 7 Mio. t. Zink erzeugt. Etwa ein Drittel davon wird für den Korrosionsschutz durch Feuerverzinken verwendet. |
Feuerverzinkter Stahl in der Kunst
Im Auftrag der Erfurter Firma Johann Adam Johnen hat Heinrich Zille 7 Karikaturen für Werbungszwecke – was für diese Zeit erstaunlich ist – geschaffen. Zille als „Werbemanager“ ist so nicht bekannt.
Die Bilder zeigen typische Erzeugnisse der Feuerverzinkung der damaligen Zeit, die nach dem Verfahren des Nassverzinkens hergestellt wurden.
Die Bilder befinden sich im Angermuseum in Erfurt. Die Fotos stammen von Constantin Beyer, Weimar und wurden in der Zeitschrift „Feuerverzinken“ Nr. 4, Dezember 1991 veröffentlicht.
Literaturverzeichnis
| [2.1] | Bemal,J.-D.: Die Wissenschaft in der Geschichte. Berlin: Deutscher Verlag der Wissenschaften 1961, S. 16 |
| [2.2] | Philosophical Transactions 2 (1667), S. 493–500 |
| [2.3] | Clanvill,J.: Philosophical Transactions I (1665/72), (abridzed 1809), S.364 |
| [2.4] | Polytechnisches Zentralblatt, Neue Folge, 1. Bd. 308, Leipzig 1843 |
| [2.5] | Bulletin du musee de J’Industrie 11, 119 (1846); daraus: Polytechnisches Zentralblatt, Neue Folge, l, 960 (1847) |
| [2.6] | Greiling,W.: Chemie erobert die Welt, Econ Verlag 1950, Seite 67 |
| [2.7] | Winterhager,H.: Der Zinck – seine Benutzungsarten in Naturwissenschaft und Technik im Laufe der Zeiten, Aus: 25 Jahre (1951–1976) Gemeinschaftsausschuß Verzinken e. V., Ausgabe 1977, S. 34 |
| [2.8] | Releaux,F.: Das Buch der Erfindungen, Gewerbe und Industrie IV: Die Behandlung der Rohstoffe (1836), Verlag O. Spaner |
| [2.9] | Kleingarn,J. P.: Korrosionsschutz durch Feuerverzinken gestern, heute und morgen, Industrie-Anzeiger 97. Jg., Nr. 60 vom 25. 07. 1975 |
| [2.10] | Bablik,H.: Das Feuerverzinken. Wien: Verlag von Julius Springer 1941, Teil III (Vorwort) |
| [2.11] | Bablik,H.: a. a. O. (Vorwort) |
| [2.12] | Bablik,H. .-a. a. O.,S. 3 |
| [2.13] | Goldbeck,O.: Die Situation der deutschen Stahlbau-Industrie; Stahlbau Nachrichten 3, 1992, S. 7 |
| [2.14] | Bablik,H.: a. a. O., S. 250 |
Voraussetzung für die Erzeugung qualitätsgerechter Zinküberzüge nach DIN EN ISO 1461 ist eine metallisch blanke Oberfläche (Oberflächenvorbereitungsgrad „Be“ nach DIN EN ISO 12944–4). Unter Oberflächenvorbereitung von Stahloberflächen für die Durchführung von Korrosionsschutzmaßnahmen versteht man die Reinigung der Stahloberfläche von allen arteigenen und artfremden Verunreinigungen (Tab. 3.1)