Korrosionsschutz mit Zinklamellensystemen – gestern, heute, morgen

Beständigkeit, Flexibilität und Weiterentwicklung schreiben seit den 1970er Jahren die Erfolgsgeschichte der Zinklamellentechnologie. Zahlreiche Branchen setzen auf diese effektive Beschichtung von Stahlbauteilen, die Dank kontinuierlicher Forschung auch den immer wieder neuen Anforderungen des Korrosionsschutzes gerecht wird. 

Ein ganz besonderer Schritt: Seitdem raumtemperaturhärtende Zinklammellensysteme zur Verfügung stehen, können nicht mehr nur kleinere, sondern immer größere und schwerere Teile beschichtet werden, die nicht im Ofen aufgeheizt werden können – Ein Vorteil, zum Beispiel mit Blick auf Elektromobilität oder Brückenbau. 

 

Was sind Zinklamellenbeschichtungen?

Die Zinklammellenbeschichtungen, die zu den sogenannten Dispersionslacken gehören, lassen sich durch verschiedene Verfahren aufbringen. Was Kleinteile betrifft, ist das Tauchschleudern in Zentrifugen-Körben die gängige Praxis. Nach dem Eintauchen in den flüssigen Lack wird überschüssiges Material abgeschleudert und wiederverwendet. Die verbleibende Lackschicht wird anschließend auf dem Bauteil im Ofen vernetzt - unter Erhalt einer Schicht von ca. 60-70 % Zink und bis zu 10 % Aluminium. Geht es um Massenschüttgut, wird dieser Prozess in der Regel wiederholt. Der Grund: Anlagerungsstellen aus der ersten Beschichtung werden so zuverlässig abgedeckt.  Die Zink-Flakes liegen überwiegend parallel zueinander und zur Oberfläche angeordnet im Polymerfilm. Daraus ergibt sich die primäre Barrierewirkung gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff. 

Gegenüber konventionellen Industrielacken zeichnen sich die Zinklamellenbeschichtungen ganz besonders dadurch aus, dass sie in sehr dünnen Schichten von ca. 8-20 µm einen exzellenten aktiven Korrosionsschutz erreichen. So sind sie zum Beispiel dazu geeignet, die dünnen Flanken von Muttern- und Schraubengewinden zu bedecken, ohne dass die Passung verloren geht. Ein weiterer Vorteil ist das anorganische Bindersystem, das gerade im Bereich der Schraubenbeschichtung unter Kopf das Setzverhalten minimiert. Da Zinklamellensysteme bei der Applikation keinen Wasserstoff entstehen lassen[1] und somit das bei anderen Beschichtungen auftretende Problem der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion hierbei nicht existiert, werden diese Systeme insbesondere zum Korrosionsschutz hochfester Schrauben und Federstähle eingesetzt. Neben Kleinteilen („Massenschüttgut“) schützt die Zinklamellentechnologie heute vermehrt auch immer mehr größere Bauteile vor Korrosion.

 

Zinklamelle – eine Erfolgsgeschichte

Die Erfindung stammt von einem kleinen Start-Up-Unternehmen aus den USA, das seine Entwicklung um 1970 an die japanische Firma Dacral verkaufte. Dacral, eine Tochter der Nippon Oil Fat Comp (NOF), suchte seinerseits ab 1974 in Amerika nach einem Lohnbeschichter und fand ihn in Magni. Dörken übernahm die Magni-Technologie, um diese auf die Anforderungen des europäischen Marktes anzupassen. Schon damals wurde ein anorganisches Bindersystem auf Titanatbasis eingesetzt, der kathodische Korrosionsschutz wurde jedoch noch mit Zinkstaub realisiert. 

Seit der Erfindung des Systems werden Zinklamellen als Pigment in Lacken verwendet. Aufgrund ihrer „selbstheildenden“ bzw. passivierenden Wirkung, waren auf Chrom(VI) basierende Systeme in der Anfangsphase sehr erfolgreich. Sie ließen sich in wesentlich dünneren Schichten als die Chrom(VI)-freien Systeme realisieren, wodurch das chromhaltige System Dacromet lange eine Monopolstellung in der Schraubenbeschichtung hatte. Das auf Wasser basierende System benötigt mit 300°C jedoch eine recht hohe Einbrenntemperatur. Das von Dörken entwickelte lösungsmittelbasierte und chromatfreie System Delta Tone ist hingegen nur auf 180-200°C angewiesen – Ein Vorteil, mit dem sich für das Unternehmen der Anwendungsbereich der Federnbeschichtung eröffnete. 2000 trennen sich schließlich die Firmen Magni und Dörken, womit seit diesem Zeitpunkt, zusammen mit Dacral, drei große weltweit agierende Anbieter existieren. Vier bis fünf Jahre vor Inkrafttreten der Altautoverodnung (Richtlinie 2000/53/EG[3]), um das Jahr 2002, wurden Chrom(VI)-haltige Beschichtungen nach und nach durch chromatfreie Systeme ersetzt. 

 

 

Entwicklungen und Anwendungsbereiche

Das Zinklamellensystem wird immer wieder auf neue Anwendungen und die sich ändernden Marktanforderungen angepasst und weiterentwickelt. Dazu zählen: 

Schrauben: Dünne Schichten sind hier die Grundvoraussetzung, um unterschiedlichste Größen und Dimensionen beschichten zu können. Hier haben sich Zinklamellenbeschichtungen über viele Jahre etabliert und bieten auch bei kleineren Schrauben (<M6) und somit sehr geringen Durchmessern im Gewindebereich eine gute Schutzwirkung. Zudem erfüllt die Beschichtung auch die deutlich gestiegenen Anforderungen an den Korrosionsschutz. Waren 1980 noch 240 h im Salzsprühtest üblich, werden heute mindestens 720 h erwartet.

Motorbauteile: Da die meisten Kraftfahrzeuge über immer kompaktere und gekapselte Motoren verfügen, ist zunehmend eine höhere Wärmebeständigkeit gefragt. Die Automobilindustrie hat sich auf eine Vorkonditionierung von 4 Tagen bei 180°C mit anschließendem Korrosionstest verständigt. Im Gegensatz zu passivierten galvanischen Systemen, erfüllt die Zinklamellentechnologie diese Anforderung und ist deshalb die bevorzugte Wahl bei der Beschichtung von Bauteilen im Motorraum.

Großbauteile: Nachdem die Zinklamelle sich bei Kleinteilen etabliert hatte, sollten zunehmend auch größere und schwerere Teile beschichtet werden. Schon bei Schrauben ist ab M14 die Beschichtung im Trommelverfahren nicht mehr möglich. Das Eigengewicht der Teile (für M16 x 80 typischerweise 180 g) führt zu massiven Schichtbeschädigungen und behindert die Schichtbildung. Vor diesem Hintergrund wurde hier vor allem der Applikationsprozess angepasst. Während sich Windkraftbolzen (M24-M38) noch im Spritzverfahren beschichten lassen, verlangen komplizierter geformte Teile einen durchdachten Aufbau beim Beschichten. Daher wurde zum Beispiel der quadratmetergroße Motorträger einer deutschen Luxus-Limousine mit seinen komplizierten Strukturen, Löchern und Hinterschneidungen im Jahr 2007 im angepassten Tauchschleuderverfahren serienmäßig beschichtet. So konnte mit einem einzigen Bauteil 700 g Gewicht gegenüber der herkömmlichen Beschichtung eingespart werden.

Bauteiloptik: Eine der wichtigsten Forderungen der OEMs im Automobilbereich war und ist ein attraktives Erscheinungsbild von schwarzen Oberflächen und Bauteilen unter Servicebelastung bzw. nach Korrosionstest. Der Kontrast der schwarzen Deckschicht (Topcoat) zur sich bei Korrosion zwangsläufig bildenden weißen Zinkoxidschicht ist auffällig störend. Da sich bei der Massenschüttgut-Beschichtung eine Verletzung der schwarzen Deckschichten nicht vermeiden lässt, wurde die Chemie des Zinklamellen-Basecoats dahingehend verändert, die Oxidation zu inhibieren. Das führt zu zwei Vorteilen: weniger störende weiße Korrosionsprodukte und gleichzeitig eine effektivere Nutzung der Zinkmenge nur für den kathodischen Schutz des Bauteils. Ermöglicht wurde dies durch eine Anpassung des elektrischen Widerstands der Schicht. Resultat ist eine dunkle schwarze Oberfläche, die nach langer korrosiver Belastung maximal soviel Veränderung zeigt wie der „white haze“ einer Zink-Nickel Schicht.

Raumtemperaturhärtende Systeme: Bei bestimmten Bauteilen muss die Beschichtung mit einer sehr niedrigeren Einbrenntemperatur (Raumtemperatur) erfolgen. Dies betrifft beispielsweise Zusammenbauteile in Kombination mit Kunststoff. Hier ist oftmals eine Erniedrigung um nur 20-30°C zielführend, abhängig vom Charakter des Kunststoffs. Dies lässt sich meist durch applikationstechnische Anpassungen ermöglichen. Anders verhält es sich bei großen Bauteilen, die nicht in verfügbare Öfen passen bzw. sich im herkömmlichen Prozess nicht erhitzen lassen – zum Beispiel in Baukränen eingesetzte metergroße Zahnkränze oder auch andere größere Stahlgussteile. Hier kommen seit Kurzem raumtemperaturhärtende Beschichtungssysteme zum Einsatz, die im Spritzverfahren appliziert werden und eine hervorragende Schutzwirkung bieten. 

 

 

Literaturverzeichnis

1. Belz, Hans W., DELTA-TONE, eine anorganische Beschichtung mit hohen Korrosionsschutzeigenschaften. Galvanotechnik 83(1992)1927.
2. DIN EN ISO 10683 Verbindungselemente – Nichtelektrolytisch aufgebrachte Zinklamellenüberzüge, 2014.
3. RICHTLINIE 2000/53/EG, Altfahrzeuge, 18.9.2000