Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt zielte auf eine Vorbewitterung verzinkter Stahlbauteile, um mit einer Vorbehandlung der Oberfl\u00e4chen die Korrosionsgeschwindigkeit des Zink\u00fcberzugs zu reduzieren. Insbesondere die anf\u00e4nglich stark erh\u00f6hte Schwermetallfreisetzung sollte vermindert werden.
\nDas Feuerverzinken als Lebensdauer verl\u00e4ngernde Korrosionsschutzma\u00dfnahme f\u00fchrt zu erheblichen Umweltentlastungen und Ressourceneinsparungen. Bei j\u00e4hrlich 1,6 Mio. t feuerverzinktem Stahl werden dabei deutschlandweit ca. 250 t\/a Zink freigesetzt. Diese Schwermetallemissionen sollten durch eine Vorbewitterung direkt im Anschluss an das Feuerverzinken reduziert werden. Neben hoher Korrosionsfestigkeit und Langzeitstabilit\u00e4t mussten vor allem optische Anforderungen erf\u00fcllt werden, da das Feuerverzinken oft eine Endlackierung ersetzt. Es war eine Beizerezeptur zu entwickeln, mit der in der Seppe-ler-Firmengruppe eingesetzte Verzinkungsrezepturen erfolgreich nachbehandelt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Projekt erfolgte die Entwicklung einer optimalen Beizezusammensetzung und einer Nachbehandlung zur Reduzierung der Run-off-Rate.
\nZun\u00e4chst im Laborma\u00dfstab wurde eine Kombination aus einem S\u00e4ure-Aktivierungsschritt, dem eigentli-chen Vorbewitterungsprozess und nachfolgendem Tauchen in eine Polymerl\u00f6sung erprobt, um die Zinkfreisetzung zu reduzieren.
\nProben mit verschiedenen geometrischen Ma\u00dfen der Stahlsorte SJ 235 (ST 37) wurden in unterschiedlichen Verzinkereien der Seppeler-Gruppe verzinkt. Die verzinkten Proben wurden vor dem Vorbewittern in Aktivierungsb\u00e4der getaucht. Dabei entstand je nach Aktivierungsl\u00f6sung und Konzentration eine Vorf\u00e4rbung der Probe. Der Beize aus Schwefels\u00e4ure und Salpeters\u00e4ure wurden unterschiedliche Metallionen zugegeben, um die gew\u00fcnschte gleichm\u00e4\u00dfige Grauf\u00e4rbung zu erreichen. Auch Tauchzeit und Verd\u00fcn-nung wurden variiert. Verschiedene Nachbehandlungen wurden getestet.
\nVorbewitterte und nachbehandelte Proben wurden im Konstantklimatest (KK-Test) auf Wei\u00dfrostbildung untersucht. In Pr\u00fcfungen nach DIN 50 017 wurde das Verhalten bei hoher Luftfeuchte und 40 \u00b0C untersucht. Auch das Verhalten an der Atmosph\u00e4re wurde in einem Freiland-Langzeittest beobachtet. Bei diesen Proben wird im aufgefangenen Regenwasser der Zinkgehalt analysiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Korrosionsgeschwindigkeit von Zinkoberfl\u00e4chen wurde durch Vorbewitterung drastisch reduziert. Die elektrochemisch bestimmte Korrosionsgeschwindigkeit wurde um den Faktor vier gesenkt. Auch Verf\u00e4rbungen wurden durch Rezepturmodifikationen vermindert.
\nNeben der Beize zur k\u00fcnstlichen Vorbewitterung wurde eine zus\u00e4tzliche Oberfl\u00e4chenaktivierung vor dem Beizen angewandt, um gleichm\u00e4\u00dfig graue Oberfl\u00e4chen zu erhalten. Um Schw\u00e4rzungen durch unterschiedlich lange Tauchzeiten zu vermeiden, wurden verschiedene Beizeverd\u00fcnnungen erprobt und Inhibi-toren eingesetzt. Als Schutz gegen Wei\u00dfrostbefall der durch das Beizen aktivierten Oberfl\u00e4chen wurde eine zus\u00e4tzliche Nachbehandlung mit einem w\u00e4ssrigen Polymerlacksystem entwickelt. Zugleich konnte der Eintrag von Zink in die Umwelt um mindestens 50 % vermindert werden.
\nVorbewitterungsversuche mit der Zugabe von 25 g\/L Zink-Ionen zur Beize H2SO4\/HNO3 (Standard) zeigten eine gleichm\u00e4\u00dfig dunkle Grauf\u00e4rbung die dem nat\u00fcrlich bewitterten Zink entsprach. Wie aus den e-lektrochemischen Messungen zu erkennen ist, wurde auch die Korrosionsgeschwindigkeit um den Faktor 4 reduziert. Die Senkung der Korrosionsstromdichte der verzinkten Proben beeinflusst aber nicht die L\u00f6slichkeit der Zinkoberfl\u00e4che an der Atmosph\u00e4re.
\nNach der Senkung des Bleigehaltes in der Schmelze zeigten die verd\u00fcnnte Beize 1\/5 H2SO4\/HNO3 mit den Zugaben 5 g\/L Zn + 0,2 g\/L Pb + 0,2 g\/L Sn die beste Grauf\u00e4rbung im Vergleich mit nat\u00fcrlich bewitterten Zinkschutzschichten. Eine Aktivierung mit 10 %iger H2SO4 oder 1 molarer NaOH + 0,1 molarem Na2CO3 unterst\u00fctzt die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit und die dunkle Grauf\u00e4rbung der verzinkten Proben. Bei dieser Kombination sind in der Technikumsanlage Tauchzeiten von 1 bis 5 min m\u00f6glich. L\u00e4ngere Tauchzeiten ergeben eine Schw\u00e4rzung der verzinkten Bauteile.
\nDie REM-Aufnahmen zeigen, dass die Bleimenge auf der vorbewitterten Oberfl\u00e4che mengenm\u00e4\u00dfig nicht mehr betr\u00e4gt als die Bleimenge, die durch die gering bleihaltige Schmelze auf der verzinkten Oberfl\u00e4che aufgebrachte wurde.
\nDie Nachbehandlung auf der Basis eines Lacksystems V 489 senkt den Zinkeintrag in die Umwelt um mindestens 50 %. Dabei zeigen sich auf der vorbewitterten Oberfl\u00e4che auch nach l\u00e4ngerer Zeit keine Wei\u00dfrostprodukte.
\nDie Einlagerung von Chloriden in die Vorbewitterungsbecken kann dadurch verhindert werden, dass die Anlage zur Vorbewitterung nicht im direkten Einflussgebiet der Verzinkerei untergebracht ist. Gr\u00fcnliche Verf\u00e4rbungen auf der Probenoberfl\u00e4che sind ein Zeichen f\u00fcr die dringende Erneuerung der Beizmi-schung.
\nAuch das Eintauchen der verzinkten Bauteile bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zeigt keine gro\u00dfen Auswirkungen auf die Farbgebung. Damit kann gew\u00e4hrleistet werden, dass auch gr\u00f6\u00dfere Bauteile, die schrittweise eingetaucht werden, eine gleichm\u00e4\u00dfige F\u00e4rbung erhalten, solange die Eintauchzeit nicht zu stark abweicht.
\nBei vorangegangenen Untersuchungen traten bei der Vorbewitterung an T-Tr\u00e4gern Schw\u00e4rzungen der Stege und der Unterseite des Tr\u00e4gers auf. Das Problem der Schw\u00e4rzung der T-Tr\u00e4ger kann durch Inhibieren des Aktivierungsbades und der Beize behoben werden.
\nDie Graumuster zeigen deutlich, dass keine starke Farb\u00e4nderung in Abh\u00e4ngigkeit der Tauchzeit auftritt. Eine unterschiedliche Farbgebung durch die beiden Aktivierungsb\u00e4der ist aber klar zu erkennen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Projekt und seine Ergebnisse werden auf einem GAV-Forschungskolloquium sowie internationalen Fachmessen, z. B. der Intergalva 2008 pr\u00e4sentiert. Eine Patentanmeldung ist 2006 erfolgt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Ziel, die Korrosionsgeschwindigkeit von Zinkoberfl\u00e4chen durch eine Vorbewitterung zu erniedrigen, wurde erreicht. Die elektrochemisch bestimmte Korrosionsgeschwindigkeit wurde ca. um den Faktor vier reduziert. Durch eine zus\u00e4tzliche Nachbehandlung konnte die Run-off-Rate, also der Eintrag von Zink in die Umwelt, erheblich reduziert werden. Die gemessenen Werte schwanken etwas und liegen zwischen 33 und 77 % des urspr\u00fcnglichen Wertes, so dass man davon ausgehen kann, dass die Run-off-Rate in etwa halbiert wurde. Daher ist dieses Projekt als ausgesprochen erfolgreich anzusehen. Eine \u00dcberf\u00fch-rung in die Praxis ist geplant.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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