1. Allgemeines

Aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften müsste Zink eigentlich ein relativ unbeständiges Metall sein. In Wirklichkeit ist Zink jedoch in den meisten Fällen wesentlich korrosionsbeständiger als z.B. Stahl, zu dessen Schutz es ja oft eingesetzt wird. Dieser scheinbare Widerspruch ist darauf zurückzuführen, dass das Korrosionsverhalten von Zink in erster Linie durch die Bildung von Deckschichten aus festen, beständigen Korrosionsprodukten bestimmt wird, die sich im Verlaufe der Bewitterung ausbilden und das weitere Fortschreiten einer Korrosion dann erheblich erschweren. Diese Deckschichtbildung ist für die gute Wirksamkeit von Zink als Überzugsmetall für den Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen ausschlaggebend.

An der Atmosphäre und in Wässern entsteht aus dem primären Korrosionsprodukt Zinkhydroxid unter Einwirkung von Kohlendioxid nach:

5 Zn(OH)₂ + 2CO₂

= Zn₅(OH)₆(C03)₂ + 2H₂O

ein basisches Zinkcarbonat, das in seiner Zusammensetzung dem in der Natur vorkommenden Mineral Hydrozinkit entspricht und sehr beständige und gut schützende Deckschichten bildet. Diese Deckschichten sind eigentlich für den Schutz vor Korrosion verantwortlich.

Durch Einwirkung der Atmosphäre korrodieren diese Deckschichten im Laufe von Jahren langsam; die Dicke des Zinküberzuges vermindert sich dementsprechend. Aus der zur Verfügung stehenden Dicke des Zinküberzuges und dem korrosiven Angriff durch atmosphärische Einflüsse ergibt sich damit die Schutzdauer des Korrosionsschutzsystems.

2. Dicke des Zinküberzuges

Die Dicke eines Zinküberzuges ist ein wesentlicher Parameter im Hinblick auf die Korrosionsschutzdauer. In DIN EN ISO 1461 "Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)" sind die Anforderungen an die Mindestdicke von Zinküberzügen festgelegt. Aufgrund der technologischen Prozessabläufe beim Feuerverzinken werden diese Mindestanforderungen der Norm jedoch in den allermeisten Fällen deutlich überschritten. In der Praxis steht für den Schutz vor Korrosion also in aller Regel stets deutlich mehr Zink zur Verfügung, als es nach Norm gefordert wird (Abb. 1).

Abb. 1: Praxisübliche Schichtdicken von Zinküberzügen sind oft deutlich höher als die in Normen festgelegten Mindestwerte

3. Erkenntnisse zur Korrosionsbelastung

Die Korrosionsgeschwindigkeit von Zink ist von großer Bedeutung im Hinblick auf die Schutzdauer von Zinküberzügen. Der korrosive Einfluss der Atmosphäre läßt sich mit Hilfe von Messungen sehr exakt ermitteln. Kennzeichnend für die Korrosivität der Atmosphäre ist in erster Linie die SO₂-Konzentration der Luft.

Messergebnisse aus jüngerer Zeit zeigen, dass sich in nahezu allen europäischen Ländern die Zinkkorrosion erheblich reduziert hat. Die Zusammenhänge mit dem reduzierten SO-₂Gehalt der Luft sind seit langem bekannt und unstrittig. Für viele Fachleute bedeutet dieses jedoch, dass ältere Fachliteratur zu diesem Thema aus den 60er und 70er Jahren unbrauchbar geworden ist. Dort sind Korrosionswerte genannt, die teilweise ein Mehrfaches über den heute allgemein akzeptierten Werten liegen.

Beispielhaft für diese Entwicklung sind Messergebnisse aus Stockholm, die die Reduzierung des SO-₂Gehaltes der Luft seit 1978 zeigen (Abb. 2).

Abb. 2: Verringerung der Korrosionsgeschwindigkeit von Zink in Abhängigkeit vom S02-Gehalt der Atmosphäre in Stockholm seit 1978

In Abhängigkeit vom Aufstellungsort eines Bauteils kann die Korrosionsbelastung sehr unterschiedlich sein.

Zur Abschätzung der Korrosionsbelastung aus Klimadaten sind Informationen über die Klimagebiete (z.B. gemäßigtes Klima), die Klimabereiche, das Ortsklima und das Kleinstklima unmittelbar am einzelnen Bauteil von Bedeutung. Für eine präzise Abschätzung der Korrosionsbelastung spielen Details, wie z.B. der Einfluß der Luftfeuchtigkeit, Taupunktunterschreitungen sowie örtliche Befeuchtungen und deren Dauer besonders in Kombination mit Schadstoffen eine wesentliche Rolle.

Aufgrund vorliegender Untersuchungen wurden daraus Korrosivitätsklassen abgeleitet, die es ermöglichen, wenigstens eine sehr grobe Abschätzung der in einer Region vorliegenden Belastung zu finden. Eine Übersicht über die Korrosivitätsklassen, ihre Gliederung und ihre Auswirkung auf den durchschnittlichen Zinkabtrag liefert Abbildung 3.

Abb. 3: Korrosionsbelastung und Korrosivitätsraten von Zinküberzügen durch verschiedene Atmosphärentypen (gemäß ISO 9223)

Diese Zahlen machen deutlich, daß in Deutschland bei einer mittleren Korrosions-

belastung (Korrosivitätsklasse C3) mit einem durchschnittlichen jährlichen Zinkabtrag von lediglich 0,7-2,0 µm gerechnet werden muss. Auch zwischen den einzelnen Atmosphärentypen sind die Unterschiede geringer geworden; selbst deutsche Industriezentren stellen korrosionstechnisch heute keine "Brennpunkte" mehr dar.

4. Die Schutzdauer

In Kenntnis der vorhandenen Schichtdicke des Zinküberzuges und unter Berück-

sichtigung des Korrosionsabtrages durch die Atmosphäre (in Abhängigkeit von der Korrosivitätsklasse) lässt sich die Schutzdauer von Zinküberzügen sehr leicht ermitteln. So kann z. B. von einem Zinküberzug mit einer Schichtdicke von 80 µm innerhalb der Korrosivitätsklasse C3 eine theoretische Schutzdauer von 40 bis 80 Jahren erwartet werden (entsprechend 0,7-2,1 µm Korrosionsabtrag pro Jahr).

Im Hinblick auf die Korrosionsbelastung durch die Atmosphäre ist es schwierig, eine Einordnung nach Atmosphärentypen (z. B. Stadtluft, Industrieluft) zu treffen, die ihrerseits wiederum den Korrosivitätsklassen zugeordnet werden können. So liegen nicht nur die Atmosphärentypen in einer erheblichen Bandbreite vor, u. U. ist auch eine Überschneidung angrenzender Bereiche möglich. Eine Abschätzung ist mit Hilfe von Abbildung 4 möglich.

Abb. 4: Schutzdauer von Zinküberzügen unter Berücksichtigung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse

Im Hinblick auf ihren korrosiven Abtrag verhalten sich Zinküberzüge, auch wenn sie nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, nahezu gleich. So besteht z. B. zwischen einem silbrigen Zinküberzug (mit einer ausgeprägten sog. "Reinzinkschicht") und einem grauen Zinküberzug (mit einer durchgewachsenen Eisen-Zink-Legierungsphase) kein Unterschied. Auch bei verschiedenen Verfahren der Verzinkung (z.B. Feuerverzinkung, galvanische Verzinkung, Spritzverzinkung) ist die Schichtdicke des Zinküberzuges ein entscheidendes Kriterium. Gleiche Schichtdicke vorausgesetzt, ist auch das Korrosionsverhalten nahezu gleich.

5. Zusammenfassung

Ergebnisse wissenschaftlicher Untersuchungen haben gezeigt, dass die korrosive Belastung von Zinküberzügen durch die Atmosphäre in den vergangenen Jahren deutlich nachgelassen hat. Die Folge davon ist eine erheblich längere Schutzdauer derartiger Zinküberzüge. Für Korrosionsschutzfachleute haben diese Fakten zweierlei Auswirkungen:

1. Man muss sich von alten Erfahrungswerten bezüglich des korrosiven Abtrages von Zink trennen und sollte ausschließlich aktuelle Zahlenwerte verwenden.

 2. Die Schutzdauer von Zinküberzügen hat sich als Folge der verringerten Korrosionsbelastung durch die Atmosphäre deutlich gesteigert. Dieses hat zur Folge, dass die Verfahren der Feuerverzinkung noch langlebiger und wirtschaftlicher sind als bislang angenommen.