Zink und Zukunft

In vielen Sparten der Technik wird Zink eingesetzt – sei es nun, wie schon seit dem Altertum bekannt, als Legierungsbestandteil von Messing oder aktueller für den Korrosionsschutz von Eisen- und Stahlprodukten. Zu Letzterem fand am 15. Oktober 2009 ein Symposium in der Wirtschaftskammer Wien statt. Präsentiert wurde ein breites Spektrum an Verzinkungsmöglichkeiten. Metall war für Sie mit dabei.

Von Kerstin Schustereder

Dr.-Ing. Sabina C. Grund,InitiativeZink

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In unserer Umwelt stoßen wir ständig auf Zink – es ist in Böden, Wasser, Biomasse und in der Luft in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. Ganz nebenbei stellt es für den Menschen ein lebenswichtiges Spurenelement dar und jeder von uns sollte laut WHO täglich zirka 15 Milligramm davon zu sich nehmen.
Im August 2008 erschien der Abschlussbericht über die Risikobewertung von Zink, der wiederum festhält, dass die Nutzung von Produkten dieses Metalls weder direkte oder indirekte gesundheitliche Risiken für den Menschen mit sich bringt, noch schädliche Auswirkungen auf Böden hat. Wird aber etwa damit geschweißt, sollten dementsprechende Maßnahmen getroffen werden. Für die Risiken einzelner Gewässer oder eine anderwärtig teils zu hohe Zinkkonzentration können aber laut Dr.-Ing. Sabina C. Grund der InitiativeZink die Zinkanwendungen nicht „per se“ verantwortlich gemacht werden.

Passivierungsverfahren
Unter Passivierung versteht man den Einsatz von Chrom(III)-haltigen Schichten, während Chromatierung Chrom(VI) benutzt, dessen Anwendung ist mittlerweile aber aufgrund gesundheitlicher Aspekte verboten beziehungsweise stark eingeschränkt. Als Alternative gilt Kobalt, das sich in die Schicht einbaut und schwer lösliche Spinelle bildet. Die Hitzebeständigkeit wird so gesteigert. Darauf zu achten ist, dass alle Kobalt-Salze mittlerweile ebenfalls als giftig eingestuft wurden, und so sind die zugehörigen Konzentrate zu kennzeichnen. Ziel ist es somit, auch dieses Element aus den Passivierungsverfahren zu eliminieren und sie durch toxikologisch unbedenkliche Metalle zu ersetzen.

Galvanische Zink- und Zinklegierungsverfahren
Bester Korrosionsschutz wird hier durch die Kombination Zink/Nickel (14- vor 6,5-prozentig) gewährleistet, gefolgt von Zink/Eisen – wobei erwähnt werden sollte, dass durch Passivierung dieser Schutz bedeutend erhöht wird. Am schlechtesten schneidet reines Zink ab. Da ab Ende 2010 borsäurefrei gearbeitet werden muss – die europäische Kommission klassifizierte dieses Element als giftig –, wurden neuartige, saure Zinkelektrolyte entwickelt, deren klare Vorteile einfache sowie sichere Handhabung und Schutz der Umwelt sind. Im alkalischen Bereich wurden die Abscheideraten erheblich erhöht. Dazu Dr. Björn Dingwerth von Atotech: „Je nach Anwendungsbereich kann ein richtig eingesetzter Elektrolyt die Produktivität beträchtlich steigern.“ Der Trend geht natürlich auch hier zu „grüneren“ chemischen Produkten, das heißt unter anderem Passivierungen ohne Chrom und Kobalt und mit geringem Nitratgehalt.

Dr. Peter Klose, MBtech Consulting GmbH

Zinklamellenüberzüge
Ein Zinklamellensystem besteht meist aus zwei Basisschichten (Dispersion von Zink & Aluminiumlamellen) und einem Topcoat (organische oder anorganische Dispersionen). Dabei dient die Basisschicht als galvanischer Schutz des Stahls durch das Zink, Passivierung des Zinks durch Metalloxide im Binder, Barrierewirkung durch die Lamellenstruktur und Selbstheilung durch Carbonate und beugt so bei hochfesten Stahlteilen der Wasserstoffversprödung vor. Die Topcoats dienen in erster Linie zur Reibwertkontrolle. Zu diesem Aspekt meint Dipl.-Ing. (FH) Ralf Tröscher von Dacral: „Reibwerte können dank der zur Verfügung stehenden Topcoats für nahezu alle Anwendungen passend eingestellt werden.“ Als zukünftige Verbesserungsmöglichkeiten bleiben Reduzierung der emittierten Lösemittel beim Beschichtungsprozess und Eliminierung der Lösemittel im Zinklamellensystem zu nennen.

PVDG
ist die Kurzform für „physical vapour deposition of galvanization“ und ist ein Vakuumbeschichtungsprozess, der auf der Verdampfung von Zink im Vakuum und der darauf folgenden Kondensation des Zinkdampfes auf der Stahloberfläche basiert. Nach dem Vorreinigen des Substrats wird es über eine Vakuumschleuse in die Anlage eingebracht. Im Ätzmodul wird durch Aktivieren der Oberfläche die Haftung der Beschichtung bewirkt. Das Abscheiden der Zinkschicht erfolgt im eigentlichen PVDG-Modul. Dabei wird das Hauptaugenmerk auf die Bearbeitung von Außenflächen bei Massenware gelegt. Die Beschichtung von Rohrinnenflächen und dreidimensionalen, großen Teilen ist hingegen schwieriger.

Ing. Robert Melcher, SurTec GesmbH

MO CVD
steht für „metalorganic chemical vapour deposition“ – hierbei handelt es sich um ein innovatives Oberflächenverfahren, das ganz neue Möglichkeiten in Bezug auf Leichtbau-Verbundkonstruktionen eröffnet. Aus der Gasphase werden Reinstmetalle wie Aluminium oder Zink unter Normaldruck ohne der ungewollten Spitzenentladung abgeschieden. Ganz klarer Vorteil ist die Unabhängigkeit von der Bauteilkontur. Durch dieses Verfahren können multifunktionale Korrosionsschichten aufgebracht und der Schichtaufbau exakt gesteuert werden. Über die weiteren Ziele in diesem Bereich äußerte sich Dr. Peter Klose von MBtech folgendermaßen: „Wir müssen immer schneller werden, um etwa dem asiatischen Raum Herr zu werden, das heißt das Know-how, das vorhanden ist – und davon gibt es im mitteleuropäischen Raum genug –- muss genutzt werden.“