Prinzip und Verfahren der Feuerverzinkung

Die Feuerverzinkung, auch Feuerverzinkung genannt, ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Überzugs durch Eintauchen von Stahlteilen in geschmolzenes Zink.

In den letzten Jahren ist mit der rasanten Entwicklung der Hochspannungsenergieübertragung, des Transportwesens und der Kommunikationsindustrie die Nachfrage nach dem Schutz von Stahlkomponenten gestiegen, was zu einem stetigen Anstieg der Nachfrage nach Feuerverzinkung führte.

I. Schutzwirkung der feuerverzinkten Schicht

Die Dicke einer galvanischen Zinkschicht liegt in der Regel zwischen 5 und 15μm, während die Dicke einer feuerverzinkten Schicht im Allgemeinen über 65μm beträgt und sogar bis zu 100μm erreichen kann. Die Feuerverzinkung bietet eine gute Abdeckung, die Beschichtung ist kompakt und frei von organischen Verunreinigungen.

Es ist allgemein bekannt, dass der Mechanismus des Zinks zum Schutz vor atmosphärischer Korrosion sowohl einen mechanischen als auch einen elektrochemischen Schutz umfasst.

Unter den Bedingungen der atmosphärischen Korrosion bildet sich auf der Oberfläche der Zinkschicht ein Schutzfilm aus ZnO, Zn(OH)2 und basischem Zinkcarbonat.

Dadurch wird die Korrosion des Zinks bis zu einem gewissen Grad verlangsamt. Dieser Schutzfilm (auch als Weißrost bezeichnet) bildet bei Beschädigung eine neue Schicht. Wenn die Zinkschicht stark beschädigt ist und die Eisenbasis gefährdet, bietet das Zink der Basis einen elektrochemischen Schutz.

Mit dem Standardpotential von Zink von -0,76 V und dem Standardpotential von Eisen von -0,44 V, wenn Zink und Eisen eine Mikrozelle bilden, fungiert Zink als Anode und löst sich auf, während Eisen als Kathode geschützt ist.

Die Feuerverzinkung bietet eindeutig eine bessere Beständigkeit gegen die atmosphärische Korrosion des darunter liegenden Eisenmetalls als die Galvanisierung mit Zink.

II. Entstehungsprozess der feuerverzinkten Schicht

Bei der Bildung einer feuerverzinkten Schicht bildet sich zwischen dem Eisensubstrat und der äußersten Reinzinkschicht eine Eisen-Zink-Legierung.

Die Oberfläche des Werkstücks bildet beim Feuerverzinken eine Eisen-Zink-Legierungsschicht, die eine hervorragende Verbindung zwischen Eisen und der reinen Zinkschicht ermöglicht.

Dieser Vorgang lässt sich einfach wie folgt beschreiben: Wenn das Eisenwerkstück in geschmolzenes Zink getaucht wird, bildet sich an der Grenzfläche ein (körperzentrierter) Zink- und α-Eisen-Mischkristall.

Es handelt sich um einen Kristall, der durch Auflösen von Zinkatomen im festen Zustand des unedlen Metalls Eisen entsteht. Die Atome beider Metalle sind mit relativ schwachen atomaren Kräften miteinander verschmolzen.

Wenn also die Zinksättigung im Mischkristall erreicht ist, beginnen die Atome von Zink und Eisen zu diffundieren. Die Zinkatome, die in das Eisensubstrat diffundieren (oder eindringen), wandern innerhalb des Gitters des unedlen Metalls und bilden allmählich eine Legierung mit Eisen.

Das Eisen, das in das geschmolzene Zink diffundiert, bildet eine intermetallische Verbindung mit Zink, FeZn13, die auf den Boden des Feuerverzinkungstopfes sinkt und zu Zinkschlacke wird.

Wenn das Werkstück aus der Zink-Tauchflüssigkeit genommen wird, bildet sich auf der Oberfläche eine Schicht aus reinem Zink, die ein hexagonaler Kristall ist. Ihr Eisengehalt übersteigt nicht 0,003%.

III. Feuerverzinkungsprozess und zugehörige Beschreibungen

1. Prozessablauf

Werkstück → Entfettung → Waschen → Beizen → Waschen → Tauchen vor dem Beschichten → Trocknen und Vorwärmen → Feuerverzinken → Endbearbeitung → Abkühlen → Passivieren → Spülen → Trocknen → Inspektion

2. Erläuterung des Prozessablaufs

(1) Entfettung

Mit chemischen Entfettungsmitteln oder Metallentfettungsmitteln auf Wasserbasis kann Öl entfernt werden, bis das Werkstück vollständig mit Wasser benetzt ist.

(2) Beizen

H2SO4 15%, Thioharnstoff 0,1%, 40～60℃ oder HCl 20%, Hexamethylentetramin 1～3g/L, 20～40℃ können zum Beizen verwendet werden. Die Zugabe von Korrosionsschutzmitteln kann eine Überkorrosion des Substrats verhindern und die Menge des vom Eisensubstrat absorbierten Wasserstoffs verringern.

Eine unzureichende Entfettung und Beizbehandlung kann zu einer schlechten Haftung der Beschichtung, zur Unfähigkeit, Zink zu beschichten, oder zur Delaminierung der Zinkschicht führen.

(3) Eintauchen vor der Beschichtung

Auch als Bindemittel bekannt, kann es eine gewisse Aktivität des Werkstücks vor der Tauchbeschichtung aufrechterhalten, um die Bindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu verbessern. NH4Cl 15%～25%, ZnCl2 2.5%～3.5%, 55～65℃, 5～10min. Um die Verflüchtigung von NH4Cl zu verringern, kann Glycerin in geeigneter Weise zugesetzt werden.

(4) Trocknen und Vorwärmen

Um zu verhindern, dass sich das Werkstück aufgrund eines drastischen Temperaturanstiegs während der Tauchbeschichtung verformt, und um die Restfeuchtigkeit zu entfernen, damit es nicht zu einer Zinkexplosion und zum Verspritzen von Zinkflüssigkeit kommt, wird im Allgemeinen auf 120～180℃ vorgeheizt.

(5) Feuerverzinkung

Es ist notwendig, die Temperatur der Zinkflüssigkeit, die Zeit des Eintauchens in die Flüssigkeit und die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück aus der Zinkflüssigkeit genommen wird, zu kontrollieren. Ist die Temperatur zu niedrig, ist die Zinkflüssigkeit schlecht fließend, die Beschichtung ist dick und ungleichmäßig, und es besteht die Tendenz zu tropfen, was zu einer schlechten Qualität des Aussehens führt.

Wenn die Temperatur hoch ist, hat die Zinkflüssigkeit eine gute Fließfähigkeit, und es ist leicht für die Zinkflüssigkeit, sich vom Werkstück zu trennen, wodurch Tropfen und Faltenbildung reduziert werden, eine starke Haftung, eine dünne Beschichtung, ein gutes Aussehen und eine hohe Produktionseffizienz.

Ist die Temperatur jedoch zu hoch, kommt es zu einem starken Verlust des Werkstücks und des Zinks, es entsteht eine große Menge an Zinkschlacke, die die Qualität der Zinkschicht beeinträchtigt, der Zinkverbrauch ist hoch, und es kann sogar unmöglich sein, zu beschichten.

Je länger die Eintauchzeit bei gleicher Temperatur ist, desto dicker ist die Beschichtung. Bei unterschiedlichen Temperaturen gilt: Je höher die Temperatur, desto länger die für die gleiche Schichtdicke erforderliche Eintauchzeit.

Im Allgemeinen verwenden die Hersteller 450~470℃, 0,5～1,5min, um eine Verformung des Werkstücks bei hohen Temperaturen zu verhindern und die durch Eisenverlust verursachte Zinkschlacke zu reduzieren.

Einige Fabriken verwenden höhere Temperaturen für große Werkstücke und Gusseisenstücke, aber sie sollten den Temperaturbereich mit hohen Eisenverlustspitzen vermeiden.

Um die Fließfähigkeit der Feuerverzinkungslösung bei niedrigeren Temperaturen zu verbessern, eine zu dicke Beschichtung zu vermeiden und das Aussehen der Beschichtung zu verbessern, wird häufig 0,01%～0,02% reines Aluminium zugesetzt. Aluminium sollte in kleinen Mengen mehrfach zugegeben werden.

(6) Fertigstellung

Nach dem Verzinken wird das Werkstück hauptsächlich nachbearbeitet, um überschüssiges Zink und Zinkknollen auf der Oberfläche zu entfernen, was durch Vibration oder manuell erfolgen kann.

(7) Passivierung

Ziel ist es, die Widerstandsfähigkeit der Oberfläche des Werkstücks gegen atmosphärische Korrosion zu verbessern, das Auftreten von Weißrost zu verringern oder zu verzögern und ein gutes Aussehen der Beschichtung zu erhalten.

Es wird eine Chromatpassivierung verwendet, z. B. Na2Cr2O7 80～100g/L, Schwefelsäure 3～4ml/L.

(8) Kühlung

Im Allgemeinen wird mit Wasser gekühlt, aber die Temperatur sollte nicht zu niedrig sein, um zu verhindern, dass die Werkstücke, insbesondere Gussstücke, aufgrund der durch das Abschrecken verursachten Schrumpfung Risse bekommen.

(9) Inspektion

Die Beschichtung sollte glänzend, fein und ohne Tropfen oder Falten sein. Die Dicke der Beschichtung kann mit einem Schichtdickenmesser gemessen werden, was relativ einfach ist.

Die Dicke der Beschichtung kann auch durch Berechnung der Zinkhaftung ermittelt werden.

Die Haftfestigkeit kann durch Biegen mit einer Biegedruckmaschine geprüft werden, indem die Probe um 90～180° gebogen wird; es dürfen keine Risse entstehen oder die Beschichtung abfallen. Auch Hämmern kann zur Prüfung verwendet werden.