Die Unterschiede zwischen Feuerverzinken und Verzinken

In der Fertigungsindustrie sind Feuerverzinken und Verzinken zwei der gängigsten Methoden, um Stahl- oder Eisenbauteile mit einer schützenden Zinkschicht zu versehen.

Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass beim Feuerverzinken das Stahlbauteil in einen Behälter mit heißem geschmolzenem Zink getaucht wird, während beim Verzinken das Zink stattdessen durch Elektrolyse (elektrischer Strom) beschichtet wird.

In diesem Artikel werden wir uns eingehender mit den Unterschieden zwischen den beiden Verfahren befassen und darauf, wie sie sich auf die metallurgischen Eigenschaften des Stahlbauteils auswirken.

Wann und warum werden Zinkbeschichtungen benötigt?

Stahl ist aufgrund seiner Vielseitigkeit, Festigkeit und wettbewerbsfähigen Preise eines der am häufigsten verwendeten Materialien in der Fertigung. Stahl hatte jedoch schon immer seine Achillesferse: Korrosion. Das ist das rotbraune, raue und schuppige Zeug, das man auf alten Brücken und Schiffswracks sieht. Stahl muss also modifiziert werden, um langlebiger zu sein, insbesondere wenn er Witterungseinflüssen ausgesetzt ist.

Korrosion entsteht, wenn der Stahl chemisch mit dem Wasser und der Luft in der Umgebung reagiert und ein Eisenoxid bildet. Das Eisenoxid ist der Rost, den Sie von außen sehen. In diesem Fall wurde die Stahloberfläche durch den Sauerstoff in der Luft und im Wasser oxidiert. Korrosion tritt nur bei Metallen auf, die der äußeren Umgebung ausgesetzt sind. Daher reicht es oft aus, die äußerste Metallschicht zu schützen.

Korrosionsbeständigkeit ist bei kleinen Bauteilen wie Muttern und Schrauben sowie Unterlegscheiben und Maschinenschrauben von entscheidender Bedeutung, da diese Arten von Verbindungselementen verwendet werden, um mehrere Objekte miteinander zu verbinden. Daher wirkt sich jede Beschädigung dieser Komponenten nachteilig auf die gesamte Vorrichtung aus, deren Reparatur sowohl gefährlich als auch kostspielig sein kann, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Die Lösung für dieses Problem bestand darin, Stahlbauteile mit einem anderen Metall zu beschichten. Das andere Metall dient im Wesentlichen als Opferschicht, da es anstelle des darunter liegenden Stahls oxidiert wird, um eine Schutzbarriere zu bilden.

Zinkbeschichtungen werden auch als Methode zur Verhinderung der Wasserstoffversprödung eingesetzt. Dieser Prozess ist die Verschlechterung der strukturellen Eigenschaften eines Metalls, wobei das Vorhandensein von diffundierbarem Wasserstoff dazu führt, dass das Metall spröde wird und Risse bekommt.

Da der Grad der Versprödung direkt von der Mikrostruktur des Metalls und der Menge des absorbierten Wasserstoffs beeinflusst wird, ist die Minimierung des Kontakts zwischen den beiden die beste vorbeugende Maßnahme. Hier hilft das Aufbringen einer Beschichtung, z. B. einer Zinkbeschichtung, die Bauteiloberfläche vor atomarem Wasserstoff zu schützen.

Accu bietet eine Reihe von hochfesten Verbindungselementen an, die entsprödet wurden. Diese Wärmebehandlung minimiert das Risiko, dass die Beschichtung nicht vor Rissen schützt.

Dieses Verfahren ist wichtig, da ein Bauteil, z. B. eine Zylinderkopfschraube, das Verfahren zur Entsprödung nicht durchläuft, für den Einsatz ungeeignet ist. Bei weniger als der Hälfte der angegebenen Anzugskraft fällt das Bauteil aus.

Zink ist zwar eine der beliebtesten Schutzbeschichtungen, aber auch Gold, Silber und Nickel werden häufig für die Beschichtung verwendet. Accu bietet Beschichtungen für all diese Metalle an, einschließlich Zink. Wir bieten auch einen kundenspezifischen Fertigungsservice an, sodass Sie maßgeschneiderte Schrauben erhalten können, die mit diesen Metallen beschichtet sind.

Was ist Feuerverzinken?

Wenn Leute von „Verzinken“ sprechen, meinen sie in der Regel das Feuerverzinken. Während dieses Vorgangs wird das Eisen- oder Stahlbauteil in ein Bad aus heißem, flüssigem, geschmolzenem Zink getaucht. Die Temperatur des geschmolzenen Zinks liegt bei etwa 450 °C (842 °F).

Hier verbindet sich das geschmolzene Zink chemisch mit dem Stahl oder Eisen und erzeugt eine äußere Schutzschicht aus Zink, wenn es abkühlt und mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre reagiert, wobei Zinkoxid (ZnO) entsteht. Dieses reagiert dann ebenfalls mit Kohlendioxid, wodurch eine Schutzschicht aus Zinkcarbonat (ZnCO3) entsteht, die für das matte, gräuliche Aussehen sorgt.

Schritte beim Feuerverzinken

1) Reinigungszyklus zur Vorbereitung der Oberfläche

Für eine qualitativ hochwertige Verzinkung muss die Metalloberfläche sehr sauber sein. Die Oberflächenreinigungsprozesse umfassen 3 Hauptschritte. Zunächst erfolgt eine Entfettung, um organische Rückstände, Schmutz und Öl zu entfernen. Darauf folgt das Beizen mit einer sauren Lösung, um Kalkablagerungen und eventuellen Rost zu entfernen. Schließlich sorgt das Flussmittel dafür, dass das Grundmetall nicht oxidiert, bevor es in das geschmolzene Zinkbad getaucht wird.

2) Trocknungsprozess

Zwischen dem Entfetten, Beizen und Fluxen wird das Bauteil gespült, um alle verbleibenden Oxidationsspuren auf der Oberfläche zu entfernen. Anschließend wird das Bauteil getrocknet, bevor es zum Eintauchen in das geschmolzene Zinkbad bereit ist. In dieser Phase ist es wichtig, dass alle Verunreinigungen von der Oberfläche des Bauteils entfernt wurden, da unreiner Stahl nicht mit dem Zink reagiert.

3) Verzinken

Das saubere Bauteil gelangt schließlich in das Bad aus geschmolzenem Zink. Dieser Schritt dauert bei kleinen Teilen in der Regel nur etwa fünf Minuten, bei größeren Teilen dauert er jedoch länger.

4) Behandlung nach dem Verzinken

Das verzinkte Teil wird gekühlt und kann weiteren Verfahren wie Lackierung oder Pulverbeschichtung unterzogen werden.

Warum nicht stattdessen Bauteile aus Edelstahl verwenden?

Sowohl Edelstahl als auch verzinkte Bauteile eignen sich hervorragend für die Korrosionsbeständigkeit. Das Verzinken kann jedoch oft weitaus kostengünstiger sein als die Verwendung von Edelstahl.

Es ist auch eine der umweltfreundlichsten Methoden, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, da jegliches Zink, das während des Feuertauchens keine Beschichtung auf den Stahl- oder Eisenbauteilen bildet, im Verzinkungsbad verbleibt und wiederverwendet werden kann.

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Entscheidung, Bauteile aus feuerverzinktem Stahl anstelle von Komponenten aus Edelstahl zu verwenden, sind die Überlegungen zur Zugfestigkeit der Schraube, Mutter oder Schraube. Wenn für eine Anwendung Konstruktionsschrauben für Verbindungen mit hoher Beanspruchung und zur Befestigung schwerer Gegenstände erforderlich sind, kann sich ein Hersteller für die Verwendung von Verbindungselementen aus hochfestem Stahl entscheiden.

Bauteile aus Edelstahl können zwar mit hohen Festigkeitsgraden hergestellt werden, aufgrund der deutlich höheren Stückkosten sind jedoch Bauteile aus feuerverzinktem Stahl oft eine attraktivere Option.

Was ist Verzinken?

Verzinken bezieht sich auf das Galvanisieren von Zink, ein Verfahren, bei dem mithilfe von elektrischem Strom Zink in Ionen (winzige geladene Partikel) zerlegt wird und sich auf dem Metallbauteil ablagert. Das Verfahren wird durchgeführt, indem eine einfache Elektrolysezelle geformt wird, die aus dem Zink, einer wässrigen Lösung und dem zu beschichtenden Bauteil besteht.

So funktioniert das Verzinkungsverfahren

Hier wird das Zink als Anode (positive Ladung) und das zu beschichtende Bauteil als Kathode (negative Ladung) bezeichnet. Einfach ausgedrückt: Wenn Sie einen elektrischen Gleichstrom durch die Zelle leiten, beginnt die Zinkanode, sich in winzige Zinkionen zu zersetzen.

Da die Zinkionen positiv geladen sind, werden sie vom Pluspol (Stahlbauteil, das beschichtet werden muss) angezogen, sodass sie dorthin fließen. Die wässrige Lösung erleichtert die Bewegung der Ionen. Wenn sie das Bauteil erreichen, bilden die Zinkionen eine saubere äußere Zinkschicht.

Allgemeine Unterschiede zwischen verzinkten und verzinkten Bauteilen

1) Aussehen

Verzinkte Bauteile, die nicht behandelt werden, haben oft eine gedämpfte graue Farbe, die ziemlich rau ist. Verzinkte Teile sind oft glatter und glänzender und können auch eine farbige Oberfläche aufweisen, z. B. blau oder gelb.

2) Dicke

Beim Verzinken entsteht eine ziemlich dünne Beschichtung, die ungefähr im Bereich von 0,005 mm bis 0,025 mm liegt. Beim galvanischen Verzinken wird es teurer, eine dickere Beschichtung als diese zu erhalten. Beim Feuerverzinken können Sie eine Dicke von über 0,1 mm erreichen.

3) Haltbarkeit

Da Sie beim Feuerverzinken eine größere Dicke erzielen können, bedeutet dies, dass verzinkte Teile Jahre und sogar Jahrzehnte ohne Rost aushalten können. Der Rostprozess ist in der Tat so langsam, dass beim Rosten des Zinks Zinkoxid entsteht, das für eine weitere Schutzschicht sorgt.

Bei der Verzinkung bedeuten die geringeren Dicken, dass verzinkte Teile nicht so haltbar sind wie verzinkte. Daher ist es nicht für die Anwendung im Freien geeignet, es sei denn, es wurde danach behandelt.

4) Stärke

Da verzinkte Teile eine dickere Zinkbeschichtung haben, sind sie stärker und widerstandsfähiger, insbesondere bei Außenanwendungen. Da die Korrosionsrate sehr langsam ist, behält die Beschichtung ihre Festigkeit über einen längeren Zeitraum.

5) Kosten

Hier setzt sich das Verzinken durch, da es sich um ein leichter verfügbares Metall handelt, das kostengünstiger ist als das Feuerverzinken, insbesondere bei kleineren Bauteilen. Zink ist auch erheblich billiger als andere Metalle wie Gold.

6) Vielseitigkeit

Die Feuerverzinkung kann für fast alle Stahl- oder Eisenbauteile, ob groß oder klein, verwendet werden. Sie können auch im Innen- und Außenbereich eingesetzt werden.

Die Verzinkung beschränkt sich hauptsächlich auf kleine Metallteile wie Muttern, Bolzen und Schrauben. Sie eignen sich auch hauptsächlich für Innenanwendungen. Sie lassen sich jedoch besser schweißen als verzinkte Teile.

Feuerverzinken oder Verzinken — welche ist die beste Option?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich eine verzinkte Oberfläche aufgrund der niedrigeren Kosten pro Bauteil und der insgesamt geringeren Korrosionsbeständigkeit am besten für kleinere Teile eignet, die in Innenräumen verwendet werden, wie Muttern, Schrauben und Bolzen.

Auf der anderen Seite erzeugt das Feuerverzinken eine dickere Zinkschicht, wodurch die Teile eine festere und langlebigere Oberfläche erhalten. Dies macht es zur besseren Option für Außenanwendungen, bei denen Sie eine stärkere Korrosionsbeständigkeit benötigen.