1. Allgemeines

Bei allen Korrosionsschutzverfahren muss darauf geachtet werden, dass das System keine Schwachstellen aufweist. Das alte Sprichwort „Eine Kette ist nur so stark wie das schwächste Glied" gilt hier in besonderem Maße.

Ein Bereich, der erfahrungsgemäß problematisch sein kann, sind kleine Schäden, die beim Transport oder der Montage von Stahlteilen entstehen (z.B. Kratzer und Schrammen). Ein weiteres Problem sind Werkstückkanten, die einerseits stets besonderen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und andererseits auf-

grund ihrer Geometrie auch einer erhöhten Korrosionsbelastung. Kommt dann noch an Werkstückkanten eine eingeschränkte Wirksamkeit des Korrosions-

schutzsystems hinzu, kann es Probleme mit dem Korrosionsschutz geben. Zu beiden Problembereichen hat die Natur Zinküberzüge mit günstigen Eigenschaften ausgestattet.

2. Kathodischer Schutz

Alle Metalle besitzen ein so genanntes Normalpotenzial, das ihre Bereitschaft charakterisiert, zu oxidieren und dabei positive Ionen abzugeben. Da diese Eigenschaft bei den Metallen sehr unterschiedlich ausgeprägt ist, lässt sich das unterschiedliche Verhalten der Metalle in einer elektrochemischen Spannungs-

reihe darstellen (Abb. 1). In dieser Tabelle stehen edle Metalle (z.B. Gold, Silber) mit ihrem positiven Potenzial auf der rechten Seite und relativ unedle Metalle (z.B. Magnesium, Aluminium und Zink) mit ihrem negativen Potenzial auf der linken Seite.

Abb. 1: Elektochemische Spannungsreihe (schematisch)

Aufgrund dieser Tabelle wird deutlich, dass Zink elektrochemisch gesehen unedler ist als Eisen. Diese Eigenschaft des Zinks macht sich jedoch in einer sehr positiven Weise bemerkbar. Wenn es nämlich bei Stahlteilen mit einem Zinküberzug zu einer Beschädigung kommt, die den Überzug lokal so weit zerstört, dass der Grundwerkstoff Stahl freiliegt, so kommt es beim Vorhandensein einer ausreichenden Feuchtigkeitsmenge (Elektrolyt) zur Bildung eines galvanischen Elementes (Abb. 2).

Abb. 2: Kathodische Schutzwirkung bei Zinküberzügen

Die Werkstoffpaarung Eisen-Zink, wie sie an feuerverzinkten Stahlteilen anzutreffen ist, bewirkt im Fall einer Oberflächenverletzung die Ausbildung kathodischer und anodischer Bereiche. Dabei wird in aller Regel Zink als anodischer und Stahl als kathodischer Bereich ausgebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Potenziale gibt das negative Zink als Anode laufend Zinkionen ab, die sich auf der edleren Kathode, dem Eisen, anlagern. Es sind Abbauprodukte dieser elektrochemischen Reaktion, die dazu führen, dass sich an Kratzern und Schrammen der Rost nicht festsetzt oder gar ausbreitet. Treten Beschädigungen des Zinküberzuges auf, ist es das Zink aus der intakten „Nachbarschaft" einer solchen Schadstelle, das per Fernschutzwirkung vor Korrosion schützt.

Abb. 3: Kathodischer Schutz an beschädigten Oberflächenbereichen eines Zinküberzuges

Allerdings darf die Wirksamkeit dieses Schutzmechanismus nicht überschätzt werden. Je nach den Umgebungsbedingungen, der Feuchtigkeit und der Leitfähigkeit des Elektrolyten ist die Wirksamkeit dieses so genannten katho-

dischen Schutzes sehr unterschiedlich. In der Praxis reicht er selten über Distanzen von 2-3 mm hinaus; d.h. die Länge eines Kratzers ist zwar nicht beschränkt, aber seine Breite darf die vorstehende Größenordnung nicht überschreiten.

Reduzierung der Haltbarkeit eines Korrosionsschutzes an kritischen

Bauteilbereichen (Erfahrungswerte)

Auch Schnittkanten an verzinkten Blechen, die erst nach dem Verzinken erzeugt werden, also nicht verzinkt sind, profitieren von diesem elektrochemischen Schutz. Durch die besondere Geometrie der Schnittkante und der dadurch bedingten, für die Anodenreaktion zur Verfügung stehenden Zinkmenge, ist dieser Effekt in Abhängigkeit der Blechdicke maßgeblich zeitlich beschränkt.

Eine braune Verfärbung der Schadstelle deutet zwar darauf hin, dass eine zeit-

weise Hemmung der elektrochemischen Reaktion vorhanden ist (z.B. aufgrund einer zu geringen Menge an Elektrolyt) trotzdem ist diese Erscheinung aber relativ unbedeutend und nicht mit einem generellen Versagen des kathodischen Schutzes gleichzusetzen. Größere Beschädigungen müssen jedoch in konven-

tioneller Weise ausgebessert werden (z.B. durch thermisches Spritzen mit Zink oder durch spezielle Zinkstaubbeschichtungen).

3. Kantenschutz

Korrosionstechnisch sind Bauteilkanten stets problematischer als glatte Flächen einer Konstruktion. An Bauteilkanten können korrosive Medien intensiver angrei-

fen. Sie sind durch mechanische Einflüsse stets stärker gefährdet als andere Bereiche. Aus diesem Grunde muss an Bauteilkanten für herkömmliche Korrosi-onsschutzsysteme mit einer deutlichen Beeinträchtigung der Schutzwirkung gerechnet werden, wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden (z.B. gesonderte Kantenschutzbeschichtungen).  

Abb. 4: Kantenflucht/Kantenschutz (schematisch)

Auslöser ist der physikalische Effekt der „Kantenflucht", der bewirkt, dass Flüssigkeiten sich aufgrund ihrer Oberflächenspannung stets von Bauteilkanten zurückziehen, um einer Tropfenform nahezukommen. Dieses hat zur Folge, dass eine flüssige Beschichtung an Werkstückkanten stets deutlich dünner ausfällt, als auf den benachbarten glatten Flächenbereichen. Da die Wirksamkeit eines Korrosionsschutzes jedoch im wesentlichen auch von seiner vorhandenen Schichtdicke abhängt, kann sich hieraus ein Problem entwickeln.

Beim Feuerverzinken ist zwar auch das Zink flüssig, es wird jedoch nicht einfach aufgepinselt oder lackiert, sondern baut zusammen mit dem Grundwerkstoff Legierungsschichten auf. Diese Eisen-Zink-Kristalle wachsen senkrecht zur Bauteiloberfläche. An Bauteilkanten fächert diese Legierungsschicht auf, und die vorhandenen Zwischenräume werden durch metallisches Zink ausgefüllt. Hierdurch wird erreicht, dass Zinküberzüge an Ecken und Kanten keine geringeren Dicken aufweisen als auf glatten Flächen (Abb. 4, 5).  

Abb. 5: Zinküberzug an einer Bauteilkante (Mikroschliff )