Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schichtbildungsverhalten von bleifreien Cr-haltigen Zinklegierungen mit höheren Korrosionsbeständigkeiten für das Stückverzinken

Das Projekt zielt auf die Verbesserung von stückverzinkten Zinküberzügen, im Speziellen auf Ressourcenschonung bei gleichzeitig erhöhter Korrosionsbeständigkeit ab. Dabei wird das Anforderungsprofil an Zinküberzüge wird wie folgt beschrieben:

- Reduzierung der Korrosionsgeschwindigkeit und damit auch Reduzierung des korrosionsbedingten Zinkeintrags in die Umwelt

- Verringerung der Zink-Überzugsdicke

- Erhöhung des Glanzgrades, Verbesserung der Weißrostbeständigkeit bei Transport/Lagerung der Bauteile

- Reduktion des Bleigehaltes (Umwelt- und Gesundheitsschutz)

Im vorangegangenen Projekt (17836 N) haben sich Zink-Chrom-Legierungen als sehr vielversprechend herausgestellt. An diese Untersuchungen soll angeknüpft werden, wobei für die Übertragung in die Praxis folgende Sachverhalte der Prozesssicherheit geklärt werden:

- Optimierung von Viskosität/Oberflächenspannung der ZnCr-Schmelzen durch weitere Legierungselemente

- Einfluss der Stahlzusammensetzung auf die Kinetik des Schichtaufbaus von Zn-Cr-Schmelzen

Als Lösungsweg sind Untersuchungen zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von ZnCr-Legierungen durch den gezielten Einsatz von Legierungselementen vorgesehen, die die Benetzung der Zinkoberfläche und das Ablaufverhalten der Schmelze verbessern. Hierzu werden insbesondere Bi, Al, Ni oder Sn zulegiert bei gleichzeitigen Verzicht auf Pb. Der Cr-Gehalt beträgt ca. 1%. Folgende Versuche sind vorgesehen:

- Charakterisierung der Schmelze und Überzüge

- Beständigkeit der Überzüge

- zum Zwecke des Scale-Up werden praxisrelevante, geschweißte Konstruktionen untersucht

- Beständigkeit gegenüber flüssigmetallinduzierter SPRK

Das Verfahren verspricht einen erheblichen Nutzen für die KMU der Feuerverzinkungsindustrie und ihre Kunden, da durch den verringerten Zinkverbrauch die Kosten deutlich reduziert werden können. Die erhöhte Korrosionsbeständigkeit erschließt neue Anwendungen (z. B. Offshore) für das Feuerverzinken und führt zur Verbesserung der Marktposition.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden verschiedene Zink-Chrom-Schmelzen für das Stückverzinken untersucht. Die Schmelzen wurden mit Bismut legiert, als Ersatz für Blei. Darüber hinaus wurden zusätzlich unterschiedliche Konzentrationen der Legierungselemente Zinn, Nickel und Aluminium verwendet. Die Versuche ergaben ein gleichmäßiges Verzinkungsbild und ein gutes Ablaufverhalten der Schmelzen. Neben Blechen wurden auch Schrauben und eigens angefertigte Konstruktionsbauteile mit Schweißnähten geprüft.

Die verschiedenen Korrosionsversuche zeigten eine deutlich höhere Beständigkeit der chromhaltigen Legierungen gegen Weißrostbildung als die der chromfreien Legierungen. Nach ca. 3 Jahren Freibewitterung wiesen die Proben einen praktisch unveränderten metallischen Glanz auf. Elektrochemische Versuche zeigen eine Reduzierung der Korrosionsgeschwindigkeit im Vergleich zur Referenz auf.

In Abhängigkeit von der Stahlsorte, der Temperatur, der Tauchzeit und der verwendeten chromhaltigen Legierung ergeben sich Reduktionen der Schichtdicke von max. ca. 50%. Der Schichtaufbau der Feuerverzinkungsschicht entspricht grundsätzlich dem einer konventionellen Legierung, wenngleich auch Unterschiede in der Dicke der einzelnen Legierungsphasen beobachtet werden. GDOES-Untersuchungen zeigen, dass eine Anreicherung des Legierungselements Chrom in der Eta-Phase erfolgt. Die Runoff-Rate von Zink aus den chromhaltigen Legierungen ist deutlich geringer und im günstigsten Fall lediglich 1/3 der von konventionellen Überzügen. Die Haftfestigkeit der neuentwickelten Legierung ist vergleichbar der üblichen gemessenen Haftfestigkeitswerte, auch das Bruchbild ist vergleichbar.

Untersuchungen zur flüssigmetallinduzierten Spannungsrisskorrosion zeigen bei langsamen Zugversuchen keinen negativen Einfluss, bei etwas höheren Zuggeschwindigkeiten trat ein leicht negativer Effekt auf, der weiter untersucht werden müsste.