Galvanisierung - Galvanization
Galvanisieren oder Galvanisieren ( auch Dinkelverzinkung oder Galvanisieren ) ist das Aufbringen einer schützenden Zinkschicht auf Stahl oder Eisen , um ein Rosten zu verhindern . Die gängigste Methode ist die Feuerverzinkung , bei der die Teile in ein Bad aus geschmolzenem Feuerzink getaucht werden.
Schutzmaßnahme
Das Galvanisieren schützt das darunterliegende Eisen oder Stahl auf folgende Hauptarten:
- Die intakte Zinkbeschichtung verhindert, dass korrosive Substanzen in den darunter liegenden Stahl oder Eisen gelangen.
- Zusätzliches Elektroplattieren, wie beispielsweise eine Chromat-Umwandlungsbeschichtung, kann aufgebracht werden, um eine weitere Oberflächenpassivierung des Substratmaterials bereitzustellen .
- Das Zink wirkt als Opfermetall zum Schutz des darunterliegenden Eisens/Stahls und wirkt somit als Opferanode. Falls das darunterliegende Metall freigelegt wird, kann der Schutz fortgesetzt werden, solange Zink nah genug ist, um elektrisch gekoppelt zu werden. Nachdem das gesamte Zink in der unmittelbaren Umgebung verbraucht ist, kann eine lokale Korrosion des Grundmetalls auftreten.
Geschichte und Etymologie
Das früheste bekannte Beispiel für verzinktes Eisen wurde von Europäern auf indischen Rüstungen aus dem 17. Jahrhundert in der Sammlung des Royal Armouries Museum gefunden.
Die Etymologie der Galvanisierung stammt aus dem Französischen vom Namen des italienischen Wissenschaftlers Luigi Galvani . Dies ist jedoch eine undurchsichtige Rückbildung ; Galvani hatte keine Beteiligung an Zinkbeschichtung.
Die früheste Verwendung des Begriffs fand in der wissenschaftlichen Forschung und medizinischen Praxis des späten 18. Jahrhunderts durch Galvani statt und bedeutete die Stimulation eines Muskels durch die Anwendung eines elektrischen Stroms. Obwohl Galvani dies als erster untersuchte, entwickelte Alessandro Volta dann ein besseres Verständnis von Ursache und Wirkung. Galvanis Erklärung der "tierischen Elektrizität" als Ursache wurde durch Voltas Erfindung der elektrischen Batterie und deren Verwendung zur Stimulation von tierischem Gewebe ersetzt. Obwohl seine experimentellen Ergebnisse überholt wurden, war es eher Galvanis Name als der von Volta, der mit dem Feld in Verbindung gebracht wurde.
Der Begriff "galvanisiert" wird weiterhin metaphorisch für jeden Stimulus verwendet, der zu einer Aktivität einer Person oder einer Gruppe von Menschen führt, wie beispielsweise "in Aktion zu treten", was bedeutet, eine selbstgefällige Person oder Gruppe zum Handeln anzuregen.
Im modernen Sprachgebrauch wird der Begriff "Verzinkung" unter Ausschluss anderer Metalle weitgehend mit Zinküberzügen in Verbindung gebracht. Galvanische Farbe, ein Vorläufer der Feuerverzinkung , wurde von Stanislas Sorel aus Paris am 10.
Methoden
Beim Feuerverzinken wird eine dicke, robuste Schicht aus Zink-Eisen-Legierungen auf der Oberfläche eines Stahlgegenstandes abgeschieden. Im Fall von Automobilkörpern, bei denen zusätzliche dekorative Beschichtungen von Lack aufgetragen werden, der Verzinkung eine dünnere Form wird durch angewandt electrogalvanizing . Der Schmelztauchprozess führt im Allgemeinen nicht zu einer messbaren Festigkeitsminderung, mit Ausnahme von hochfesten Stählen (> 1100 MPa), bei denen Wasserstoffversprödung zum Problem werden kann. Dieser Mangel ist eine Überlegung, die die Herstellung von Drahtseilen und anderen stark beanspruchten Produkten betrifft .
Der Schutz durch Feuerverzinkung reicht nicht aus für Produkte, die im Außenbereich ständig korrosiven Stoffen wie Säuren , einschließlich saurem Regen, ausgesetzt sind . Für diese Anwendungen wird teurerer Edelstahl bevorzugt. Einige Nägel, die heute hergestellt werden, sind verzinkt. Dennoch wird die Galvanik allein für viele Außenanwendungen eingesetzt, weil sie günstiger ist als die Feuerverzinkung und im Neuzustand gut aussieht. Ein weiterer Grund, keine feuerverzinkte Beschichtung zu verwenden, besteht darin, dass bei Schrauben und Muttern der Größe M10 (US 3/8") oder kleiner die dicke feuerverzinkte Beschichtung zu viele Gewinde ausfüllt, was die Festigkeit verringert (da die Abmessung des Stahls vor dem Beschichten reduziert werden, damit die Befestigungselemente zusammenpassen. Das bedeutet, dass bei Autos , Fahrrädern und vielen anderen leichten mechanischen Produkten die praktische Alternative zum Galvanisieren von Schrauben und Muttern nicht die Feuerverzinkung, sondern die Herstellung ist die Befestigungselemente aus Edelstahl oder Titan .
Die Größe der Kristallite (Körner) in verzinkten Beschichtungen ist ein sichtbares und ästhetisches Merkmal, bekannt als "Spangle". Durch Variation der Anzahl der zugesetzten Partikel für die heterogene Keimbildung und der Abkühlgeschwindigkeit in einem Schmelztauchverfahren kann der Flitter von einer scheinbar einheitlichen Oberfläche (Kristallite zu klein, um mit bloßem Auge zu sehen) bis zu mehreren Zentimeter großen Körnern eingestellt werden. Sichtbare Kristallite sind in anderen technischen Materialien selten, obwohl sie normalerweise vorhanden sind.
Thermodiffusionsgalvanisieren oder Sherardisieren bietet eine Zinkdiffusionsbeschichtung auf eisen- oder kupferbasierten Materialien. Teile und Zinkpulver werden in einer abgedichteten rotierenden Trommel getrommelt. Bei etwa 300 °C (572 °F) diffundiert Zink in das Substrat, um eine Zinklegierung zu bilden. Die vorausgehende Oberflächenvorbereitung der Ware kann durch Kugelstrahlen erfolgen . Das Verfahren wird auch als "Trockenverzinkung" bezeichnet, da keine Flüssigkeiten im Spiel sind; dies kann mögliche Probleme durch Wasserstoffversprödung vermeiden. Die mattgraue Kristallstruktur der Zink-Diffusionsbeschichtung hat eine gute Haftung auf Lacken, Pulverlacken oder Gummi. Es ist ein bevorzugtes Verfahren zum Beschichten kleiner, komplex geformter Metalle und zum Glätten von rauen Oberflächen auf mit Sintermetall geformten Gegenständen .
Eventuelle Korrosion
Obwohl das Verzinken den Angriff des darunter liegenden Stahls verhindert, wird das Rosten nach einigen Jahrzehnten Witterungseinflüssen unvermeidlich sein, insbesondere wenn es sauren Bedingungen ausgesetzt ist. So werden beispielsweise Wellblechdächer trotz der Schutzwirkung der Zinkbeschichtung innerhalb weniger Jahre abgebaut. Meeres- und salzhaltige Umgebungen verkürzen auch die Lebensdauer von verzinktem Eisen, da die hohe elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser die Korrosionsrate erhöht , hauptsächlich durch die Umwandlung des festen Zinks in lösliches Zinkchlorid, das einfach weggespült wird. Verzinkte Auto Rahmen exemplifizieren diese; sie korrodieren viel schneller in kalten Umgebungen aufgrund von Streusalz , obwohl sie länger als ungeschützter Stahl dauern wird.
Verzinkter Stahl kann viele Jahrzehnte halten, wenn andere ergänzende Maßnahmen wie Anstriche und zusätzliche Opferanoden eingehalten werden . Die Korrosionsrate in nicht salzhaltigen Umgebungen wird hauptsächlich durch den Schwefeldioxidgehalt in der Luft verursacht.
Verzinkter Baustahl
Dies ist die häufigste Verwendung für verzinktes Metall, und jährlich werden weltweit Hunderttausende Tonnen Stahlprodukte verzinkt. In den Industrieländern gibt es in den meisten größeren Städten mehrere Verzinkungsfabriken, und viele Stahlerzeugnisse sind zum Schutz verzinkt. Typischerweise sind dies: Stadtmöbel, Gebäudegerüste, Balkone, Veranden, Treppen, Leitern, Gehwege und mehr. Feuerverzinkter Stahl wird auch zur Herstellung von Stahlrahmen als Grundbaumaterial für Stahlrahmenbauten verwendet.
Verzinkte Rohrleitungen
Im frühen 20. Jahrhundert ersetzt verzinkten Rohrleitungen zuvor verwendete Gusseisen und Blei in Kaltwasser Sanitär . Typischerweise rosten verzinkte Rohrleitungen von innen nach außen, wodurch sich Plaqueschichten auf der Innenseite der Rohrleitungen bilden, die sowohl Wasserdruckprobleme als auch eventuelle Rohrversagen verursachen. Diese Plaques können abblättern, was zu sichtbaren Verunreinigungen im Wasser und einem leichten metallischen Geschmack führt. Die Lebenserwartung von verzinkten Rohren beträgt etwa 40–50 Jahre, kann jedoch davon abhängen, wie gut die Rohre gebaut und installiert wurden. Die Langlebigkeit der Rohre hängt auch von der Zinkdicke bei der ursprünglichen Verzinkung ab, die auf einer Skala von G01 bis G360 reicht, und davon, ob das Rohr sowohl innen als auch außen oder nur außen verzinkt wurde.
Seit dem 2. Weltkrieg haben Kupfer- und Kunststoffrohre verzinkte Rohre für die Trinkwasserversorgung im Innenbereich ersetzt, aber verzinkte Stahlrohre werden immer noch in Außenanwendungen verwendet, bei denen die überlegene mechanische Festigkeit von Stahl erforderlich ist. Die Verwendung von verzinkten Rohren bestätigt den urbanen Mythos, dass die Wasserreinheit in Wasserhähnen im Freien geringer ist, aber die tatsächlichen Verunreinigungen (Eisen, Zink, Kalzium) sind harmlos.
Das Vorhandensein von verzinkten Rohrleitungen schmälert den geschätzten Wert des Wohnungsbestands, da Rohrleitungen versagen können, was das Risiko von Wasserschäden erhöht. Verzinkte Rohrleitungen müssen schließlich ersetzt werden, wenn der Wohnungsbestand eine Lebenserwartung von 50 bis 70 Jahren überdauern soll, und einige Gerichtsbarkeiten verlangen, dass verzinkte Rohrleitungen vor dem Verkauf ersetzt werden. Eine Möglichkeit, die Lebensdauer bestehender verzinkter Rohrleitungen zu verlängern, besteht darin, sie mit einem Epoxidharz auszukleiden .