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Gepostet von Dr. Vinzenz Bissig | 16 MAI, 2018

Zink als passiver und kathodischer Korrosionsschutz

Die jährlichen globalen Folgekosten von Korrosion werden von «NACE International – The Worldwide Corrosion Authority» auf etwa 2,5 Billionen US-$ geschätzt. Seit der industriellen Revolution ist Eisen/Stahl der wichtigste und der am weitesten verbreitete metallische Werkstoff. Neben vielen Vorteilen bringt dieser Werkstoff aber auch einen entscheidenden Nachteil mit sich: Eine ungenügende Korrosionsbeständigkeit bei üblichen Umgebungsbedingungen. In einem kürzlich publizierten Beitrag in der Fachzeitschrift für die Praxis der Oberflächenbehandlung «Galvanotechnik», hat unser Werkstoff-Ingenieur, Herr Dr. Vinzenz Bissig, die Zinkthermodiffusion als effizienter Korrosionsschutz von Eisen/Stahl vorgestellt.

Korrosionsschutzstrategien

Beim Korrosionsschutz kennt man zwei Hauptstrategien: Den passiven und den kathodischen Korrosionsschutz.

  • Passiver Korrosionsschutz umfasst alle Massnahmen, die eine abschirmende Wirkung erzielen, typischerweise als Überzug oder Beschichtung.
  • Kathodischer Korrosionsschutz schützt das Material, indem sich ein unedleres Material als Opferanode auflöst und Stahl so vor Materialabtrag (Korrosion) schützt.

Zink ist ein Element, welches sich für den passiven und aktiven Korrosionsschutz eignet.

  • Zink zeigt erstaunlich geringe Korrosionsgeschwindigkeiten, da diverse Korrosionsprodukte den Zugang von frischem Sauerstoff und/oder Wasser teils blockieren, aber nicht ganz passivieren. Darum ist Zink auch als passiver Korrosionsschutz geeignet.
  • Bei Fehlstellen (z. B. Kratzern) kann der Überzug mit dem kathodischen Korrosionsschutz den Stahl weiter vor Korrosion schützen. Dabei opfert sich das Zink und schützt den Stahl vor Materialabtrag sprich Korrosion.

Passiver Korrosionsschutz vs. Kathodischer Korrosionsschutz

Zinkthermodiffusionsprozess: Verzinken mit Hilfe der Gasphase

Der Treiber des Thermodiffusionsprozesses ist der erstaunlich hohe Dampfdruck des Elements Zink. Zink in der Dampfphase hat folgende Vorteile:

  • Es wird eine hundertfach grössere Beweglichkeit der Atome (Selbstdiffusionskoeffizient) als in der flüssigen Phase (Schmelze) beobachtet.
  • Dampfphasen zeigen immer eine perfekte Benetzung und erfordern kein Flussmittel wie bei Prozessen mit flüssigen Phasen.
  • Es gibt keine Grenzflächen/Oberflächenkräfte, die ein Ablaufen/Auslaufen einer flüssigen Phase erschweren können.
  • Es muss kein elektrisches Feld aufgebaut werden. Somit gibt es kaum Einschränkungen in der Geometrie.

Triebkraft der Thermodiffusion

Der Zinkdampfdruck ist in den intermetallischen Eisen-Zink-Phasen deutlich geringer als von reinem Zink. Somit sind die Diffusionsschichten der TD eine Zinkdampfsenke, die das Zink binden. Dies ist vergleichbar mit einem Silikagel-Beutel, welcher den Wasserdampf aus der Luft absorbiert. Auch im Blogpost über die pappig werdenden Kartoffelchips ging es um diesen Umstand.

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Dr. Vinzenz Bissig

Geschrieben von Dr. Vinzenz Bissig

Dr. Vinzenz Bissig hat an der ETH Werkstoff-Ing. (heute Materialwissen...

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