Rostet verzinkter Stahl?

1. Einführung

Verzinkter Stahl ist seit fast zwei Jahrhunderten eine beliebte Wahl für verschiedene Anwendungen, von der Bau- und Landwirtschaft bis hin zur Automobil- und Fertigungsindustrie. Seine weit verbreitete Verwendung ist auf seine bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit zurückzuführen, die auf die schützende Zinkbeschichtung auf der Stahloberfläche zurückzuführen ist. Diese Beschichtung fungiert als Barriere gegen Witterungseinflüsse und verhindert, dass der darunter liegende Stahl rostet und sich verschlechtert. Verzinkter Stahl wird im Vergleich zu anderen korrosionsbeständigen Materialien wie Edelstahl oder Aluminium für seine Haltbarkeit, Langlebigkeit und Kosteneffizienz geschätzt.

Trotz seiner bekannten Korrosionsbeständigkeit stellt sich häufig die Frage, ob verzinkter Stahl rosten kann. Obwohl die Zinkbeschichtung einen hervorragenden Korrosionsschutz bietet, ist sie unter bestimmten Bedingungen nicht völlig immun gegen Rost. Die Antwort auf diese Frage ist kein einfaches Ja oder Nein, da bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit und des Ausmaßes der Rostbildung auf verzinktem Stahl mehrere Faktoren eine Rolle spielen.

Der Zweck dieses Artikels besteht darin, den Rostmechanismus von verzinktem Stahl und die verschiedenen Einflussfaktoren zu untersuchen, die seine Korrosionsbeständigkeit beeinflussen können. Indem wir uns mit der Wissenschaft hinter der Verzinkung befassen, die Umgebungsbedingungen untersuchen, die sich auf die Leistung auswirken, und Wartungs- und Präventionsstrategien diskutieren, wollen wir ein umfassendes Verständnis dafür vermitteln, wie verzinkter Stahl mit Rost und Korrosion interagiert. Dieses Wissen hilft den Lesern, fundierte Entscheidungen bei der Materialauswahl für ihre Projekte zu treffen und die Langlebigkeit und Integrität ihrer verzinkten Stahlkonstruktionen oder -produkte sicherzustellen.

2. Übersicht über verzinkten Stahl

Verzinkter Stahl wird hauptsächlich durch zwei Verfahren hergestellt: Feuerverzinkung und Galvanisierung. Bei der Feuerverzinkung wird der Stahl in ein Bad aus geschmolzenem Zink bei Temperaturen um 450 °C (842 °F) getaucht. Der Stahl wird zunächst gereinigt und gebeizt, um eventuelle Oxide und Verunreinigungen zu entfernen und so eine starke Verbindung zwischen Zink und Stahl sicherzustellen. Wenn der Stahl aus dem geschmolzenen Zinkbad entnommen wird, bildet sich eine metallurgische Verbindung zwischen dem Zink und der Stahloberfläche, wodurch eine Reihe unterschiedlicher Zink-Eisen-Legierungsschichten entsteht, die mit einer Schicht aus reinem Zink überzogen sind.

Beim Galvanisieren hingegen wird durch einen elektrolytischen Prozess eine dünnere Zinkschicht auf die Stahloberfläche aufgetragen. Der Stahl wird in eine Elektrolytlösung gegeben, die Zinkionen enthält, und ein elektrischer Strom wird durch die Lösung geleitet, wodurch die Zinkionen an der Stahloberfläche haften. Während beim Galvanisieren im Vergleich zum Feuerverzinken eine dünnere Zinkbeschichtung entsteht, kann es für Anwendungen geeignet sein, die eine präzisere und gleichmäßigere Beschichtungsdicke erfordern.

Die chemische Bindung zwischen der Zinkschicht und dem Stahlsubstrat ist ein entscheidender Faktor für die Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl. Beim Feuerverzinkungsprozess reagiert das geschmolzene Zink mit dem Eisen im Stahl und bildet eine Reihe von Zink-Eisen-Legierungsschichten. Diese Legierungsschichten sind härter und abriebfester als reines Zink und bieten zusätzlichen Schutz für den darunter liegenden Stahl. Die Verbindung zwischen der Zinkbeschichtung und dem Stahl ist stark und langlebig und sorgt dafür, dass die Beschichtung auch bei Kratzern oder Beschädigungen der Oberfläche fest haftet.

Die Zinkbeschichtung auf verzinktem Stahl fungiert als Barriere und schützt den darunter liegenden Stahl vor Witterungseinflüssen. Wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird, reagiert das Zink mit Sauerstoff und Feuchtigkeit und bildet eine dünne Schutzschicht aus Zinkoxid und Zinkhydroxid. Diese Schicht reagiert weiter mit Kohlendioxid in der Luft und bildet eine stabile, kompakte und haftende Schicht aus Zinkcarbonat. Diese wasserunlösliche Patinaschicht dient als zusätzliche Barriere und verlangsamt den Korrosionsprozess. Der Barriereschutz durch die Zinkbeschichtung ist der Hauptgrund für die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl, da er verhindert, dass der Stahl in direkten Kontakt mit korrosiven Elementen wie Feuchtigkeit, Sauerstoff und anderen Umweltschadstoffen kommt.

3. Korrosionsbeständiger Mechanismus aus verzinktem Stahl

Die Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl wird in erster Linie auf die schützende Wirkung der Zinkbeschichtung zurückgeführt. Wenn Zink der Atmosphäre ausgesetzt wird, oxidiert und passiviert es und bildet einen dünnen Schutzfilm auf der Oberfläche des verzinkten Stahls. Dieser Film besteht aus Zinkoxid (ZnO), das entsteht, wenn Zink in Gegenwart von Feuchtigkeit mit Sauerstoff reagiert. Die Zinkoxidschicht ist zunächst recht reaktiv, wandelt sich jedoch durch einen als Passivierung bezeichneten Prozess schnell in eine stabilere und schützende Schicht um.

Wenn die Zinkoxidschicht Feuchtigkeit ausgesetzt wird, reagiert sie weiter mit Wasser unter Bildung von Zinkhydroxid (Zn(OH)2). Diese Zinkhydroxidschicht reagiert dann mit Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre und wandelt sich in eine kompakte und haftende Schicht aus Zinkcarbonat (ZnCO3) um. Die Bildung von Zinkcarbonat ist ein entscheidender Schritt im Korrosionsbeständigkeitsmechanismus von verzinktem Stahl, da sie eine wasserunlösliche Barriere bildet und weitere Korrosion verhindert.

Die Unlöslichkeit von Zinkcarbonat in Wasser ist ein Schlüsselfaktor für die langfristige Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl. Im Gegensatz zu Eisenoxid (Rost), das porös ist und Feuchtigkeit und Sauerstoff bis zum darunter liegenden Stahl durchdringen lässt, ist die Zinkcarbonatschicht dicht und stabil. Diese Schicht versiegelt effektiv die Oberfläche des verzinkten Stahls, verhindert das Eindringen korrosiver Elemente und verlangsamt den Korrosionsprozess erheblich.

Zusätzlich zum Barriereschutz durch die Zinkcarbonatschicht profitiert verzinkter Stahl auch vom Opferanodenschutz von Zink. Zink ist elektrochemisch aktiver als Stahl, was bedeutet, dass es bevorzugt korrodiert, wenn beide Metalle einem Elektrolyten ausgesetzt werden, beispielsweise Wasser, das gelöste Salze oder Ionen enthält. Für den Fall, dass die Zinkbeschichtung beschädigt oder zerkratzt wird und der darunter liegende Stahl freigelegt wird, korrodiert das den beschädigten Bereich umgebende Zink und schützt so den Stahl vor Korrosion. Diese Opferkorrosion von Zink stellt sicher, dass der Stahl auch dann geschützt bleibt, wenn die Beschichtung beschädigt ist, und verlängert so die Lebensdauer der verzinkten Stahlkonstruktion oder des verzinkten Stahlprodukts.

Die Kombination aus dem Barriereschutz der Zinkcarbonatschicht und dem Opferanodenschutz von Zink macht verzinkten Stahl zu einer hervorragenden Wahl für Anwendungen, die eine langfristige Korrosionsbeständigkeit erfordern. Es ist jedoch unbedingt zu beachten, dass die Wirksamkeit dieser Korrosionsschutzmechanismen durch verschiedene Umweltfaktoren beeinflusst werden kann, auf die im folgenden Abschnitt eingegangen wird.

4. Faktoren, die die Korrosion von verzinktem Stahl beeinflussen

Während verzinkter Stahl für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt ist, können mehrere Umweltfaktoren die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Korrosion beeinflussen. Das Verständnis dieser Faktoren ist entscheidend für die Auswahl der geeigneten Art von verzinktem Stahl und die Festlegung der erforderlichen Wartungsmaßnahmen. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Faktoren zusammen, die die Korrosion von verzinktem Stahl beeinflussen:

Faktor	Auswirkung auf Korrosion
Luftfeuchtigkeit (>60%)	Hohe Luftfeuchtigkeit kann den Korrosionsprozess beschleunigen, indem sie eine konstante Feuchtigkeitsquelle bereitstellt, die für die bei der Korrosion beteiligten elektrochemischen Reaktionen erforderlich ist.
Salzhaltige Umgebungen (Meeresklima)	Küstengebiete mit hohem Salzgehalt in der Luft können zu einer beschleunigten Korrosion von verzinktem Stahl führen, da Chloridionen eindringen und die schützende Zinkschicht beschädigen können.
Häufiges Benetzen oder Eintauchen	Ständige Einwirkung von Wasser oder häufige Benetzungs- und Trocknungszyklen können dazu führen, dass sich die Zinkbeschichtung schneller verschlechtert und die Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl verringert wird.
Industrielle Verschmutzung (Schwefeldioxid)	Schwefeldioxid (SO2) kann in Industrieumgebungen mit Feuchtigkeit unter Bildung von Schwefelsäure reagieren, die die Zinkbeschichtung angreifen und Korrosion fördern kann.
Schwefelwasserstoff (aus Vulkanen, heißen Quellen, Erdgas, Klärgas)	Schwefelwasserstoff (H2S) kann mit der Zinkbeschichtung unter Bildung von Zinksulfid reagieren, das weniger schützend ist als die Zinkcarbonatschicht, was zu erhöhter Korrosion führt.
Starke Laugen (Gips, Zement)	Der Kontakt mit starken Alkalien wie nassem Putz oder Zement kann dazu führen, dass sich die Zinkbeschichtung verschlechtert und der darunter liegende Stahl anfällig für Korrosion wird.
Saures Regenwasser, das von Holzschindeldächern abfließt	Saures Regenwasser, das von Holzschindeldächern abfließt, kann den pH-Wert des Wassers in Kontakt mit dem verzinkten Stahl senken und so den Korrosionsprozess beschleunigen.
Durch Moos und Flechten geschaffene Mikroumgebungen	Moos- und Flechtenwachstum auf verzinkten Stahloberflächen kann lokal zu Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit führen, die Feuchtigkeit an der Oberfläche festhalten und Korrosion fördern.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Schweregrad der durch diese Faktoren verursachten Korrosion je nach der spezifischen Umgebung und der Qualität der verzinkten Beschichtung variieren kann. Dickere Zinkbeschichtungen, wie sie beispielsweise durch Feuerverzinkung erhalten werden, bieten im Allgemeinen einen besseren Schutz vor Korrosion in rauen Umgebungen als dünnere Beschichtungen, die durch Galvanisieren erzielt werden.

In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, Salzgehalt oder industrieller Verschmutzung kann es erforderlich sein, zusätzliche Schutzmaßnahmen zu ergreifen, z. B. das Auftragen einer zusätzlichen Beschichtung oder Versiegelung auf die verzinkte Oberfläche. Regelmäßige Inspektion und Wartung, einschließlich der Reinigung und Reparatur beschädigter Bereiche, können ebenfalls dazu beitragen, die Lebensdauer von verzinktem Stahl in korrosiven Umgebungen zu verlängern.

Durch das Verständnis der Faktoren, die die Korrosion von verzinktem Stahl beeinflussen, können Konstrukteure, Ingenieure und Wartungsfachleute fundierte Entscheidungen über Materialauswahl, Beschichtungsspezifikation und Wartungsstrategien treffen, um die Langlebigkeit und Leistung von Strukturen und Produkten aus verzinktem Stahl sicherzustellen.

5. Vorhersage der Korrosionsbeständigkeitslebensdauer von verzinktem Stahl

Die Vorhersage der Lebensdauer von verzinktem Stahl in verschiedenen Umgebungen ist für die Planung und Entscheidungsfindung bei Bau- und Fertigungsprojekten von entscheidender Bedeutung. Die erwartete Lebensdauer von feuerverzinktem Stahl kann je nach Umgebungsbedingungen, denen er ausgesetzt ist, erheblich variieren. Nach Angaben der American Galvanizers Association kann feuerverzinkter Stahl je nach Umgebung zwischen 34 und 211 Jahren halten:

- In einer stark korrosiven Industrieumgebung kann feuerverzinkter Stahl bis zu 34 Jahre halten.

- In einer tropischen Meeresumgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit und Salzgehalt beträgt die erwartete Lebensdauer etwa 34 Jahre.

- In einer gemäßigten Meeresumgebung mit geringerer Luftfeuchtigkeit und geringerem Salzgehalt kann feuerverzinkter Stahl bis zu 73 Jahre halten.

- In einer Vorstadtumgebung mit mäßiger Verschmutzung beträgt die erwartete Lebensdauer etwa 73 Jahre.

- In einer ländlichen Umgebung mit minimaler Umweltverschmutzung kann feuerverzinkter Stahl bis zu 211 Jahre halten.

Die Korrosivität der Umgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Lebensdauer von verzinktem Stahl. Industrieumgebungen sind aufgrund des hohen Schwefeldioxidgehalts und anderer Schadstoffe in der Regel am korrosivsten, gefolgt von tropischen Meeresumgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und hohem Salzgehalt. Gemäßigte Meeresumgebungen sind weniger korrosiv als ihre tropischen Gegenstücke, während vorstädtische und ländliche Umgebungen im Allgemeinen eine geringere Korrosivität aufweisen.

Die Dicke der Zinkbeschichtung ist ein weiterer entscheidender Faktor für die Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl. Dickere Beschichtungen bieten einen besseren Korrosionsschutz und verlängern die Lebensdauer des Materials. Der Zusammenhang zwischen der Dicke der Zinkbeschichtung und der Lebensdauer der Korrosionsbeständigkeit ist nahezu linear, wobei dickere Beschichtungen einen proportional längeren Schutz bieten. Beispielsweise kann eine Verdoppelung der Dicke der Zinkbeschichtung die erwartete Lebensdauer von verzinktem Stahl in einer bestimmten Umgebung nahezu verdoppeln.

Die Zeit bis zum ersten Anzeichen von Korrosion auf verzinktem Stahl variiert je nach Umgebung. In stark korrosiven Industrieumgebungen können die ersten Anzeichen von Korrosion innerhalb von 5 bis 10 Jahren auftreten, während es in ländlichen Umgebungen über 30 Jahre dauern kann, bis sichtbare Korrosion auftritt. Es ist jedoch unbedingt zu beachten, dass das Auftreten erster Anzeichen von Korrosion nicht unbedingt das Ende der Lebensdauer des verzinkten Stahls anzeigt. Die Zinkbeschichtung schützt den darunter liegenden Stahl auch bei Korrosion und verlängert so die Gesamtlebensdauer des Materials.

Um die Korrosionsbeständigkeitslebensdauer von verzinktem Stahl in einer bestimmten Anwendung genau vorherzusagen, ist es wichtig, die örtlichen Umgebungsbedingungen, die Dicke der Zinkbeschichtung und die erforderliche Lebensdauer der Struktur oder des Produkts zu berücksichtigen. Durch das Verständnis dieser Faktoren und die Auswahl der geeigneten Art von verzinktem Stahl können Designer und Ingenieure sicherstellen, dass ihre Projekte dem Test der Zeit standhalten und selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen dauerhafte Leistung bieten.

6. Wartungs- und Korrosionsschutzmaßnahmen für verzinkten Stahl

Obwohl verzinkter Stahl von Natur aus korrosionsbeständig ist, können ordnungsgemäße Wartung und vorbeugende Maßnahmen seine Lebensdauer weiter verlängern und eine optimale Leistung in verschiedenen Umgebungen gewährleisten. Regelmäßige Reinigung, die Vermeidung galvanischer Korrosion, das erneute Auftragen von Schutzbeschichtungen bei Bedarf und die Auswahl geeigneter Lagerbedingungen sind wesentliche Schritte zur Aufrechterhaltung der Integrität verzinkter Stahlkonstruktionen und -produkte.

Regelmäßige Reinigung ist entscheidend, um Schmutz, Ablagerungen und korrosive Substanzen zu entfernen, die sich im Laufe der Zeit auf der Oberfläche von verzinktem Stahl ansammeln können. Verunreinigungen wie Salz, industrielle Schadstoffe und saure Verbindungen können den Korrosionsprozess beschleunigen, wenn sie nicht kontrolliert werden. Verwenden Sie zum Reinigen von verzinktem Stahl eine milde Reinigungslösung und eine Bürste oder ein Tuch mit weichen Borsten und spülen Sie anschließend gründlich mit klarem Wasser nach. Vermeiden Sie die Verwendung von abrasiven Materialien oder aggressiven Chemikalien, da diese die Zinkbeschichtung beschädigen und ihre Schutzeigenschaften beeinträchtigen können.

Galvanische Korrosion ist ein weiteres Problem bei der Wartung von verzinktem Stahl. Diese Art von Korrosion tritt auf, wenn zwei unterschiedliche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten wie Wasser oder Feuchtigkeit in direktem Kontakt miteinander stehen. Um galvanische Korrosion zu verhindern, ist es wichtig, den direkten Kontakt zwischen verzinktem Stahl und edleren Metallen wie Kupfer, Bronze oder Edelstahl zu vermeiden. Wenn ein Kontakt unvermeidbar ist, verwenden Sie nicht leitende Abstandshalter oder isolierende Materialien, um die Metalle zu trennen und die Bildung einer galvanischen Zelle zu verhindern.

In manchen Fällen kann es erforderlich sein, verzinkten Stahl erneut mit Schutzbeschichtungen zu versehen, um dessen Korrosionsbeständigkeit zu verlängern. Dies ist besonders relevant für Strukturen oder Produkte, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind oder deren Zinkbeschichtung beschädigt ist. Zinkreiche Farben und Epoxidbeschichtungen sind gängige Optionen zur Reparatur und Verbesserung des Schutzes von verzinktem Stahl. Stellen Sie vor dem Auftragen zusätzlicher Beschichtungen sicher, dass die Oberfläche sauber, trocken und frei von Korrosion oder losen Partikeln ist. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers zum Auftragen und Aushärten, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Auch die richtigen Lagerbedingungen sind für die Aufrechterhaltung der Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Stahl von entscheidender Bedeutung. Wählen Sie für die Lagerung verzinkter Stahlprodukte oder -konstruktionen einen gut belüfteten Ort mit niedriger Luftfeuchtigkeit. Hohe Luftfeuchtigkeit kann zu Kondensation auf der Metalloberfläche führen, was den Korrosionsprozess beschleunigen kann. Lagern Sie verzinkte Stahlbauteile nach Möglichkeit im Innenbereich oder unter einer Schutzhülle, um die Belastung durch Feuchtigkeit und Umweltschadstoffe zu minimieren. Wenn eine Lagerung im Freien erforderlich ist, achten Sie darauf, dass die Gegenstände keinen direkten Bodenkontakt haben und vor Regen und Schnee geschützt sind.

Durch die Umsetzung dieser Wartungs- und Korrosionsschutzmaßnahmen können Facility Manager, Wartungsfachleute und Eigentümer verzinkter Stahlkonstruktionen und -produkte die Lebensdauer ihrer Investitionen erheblich verlängern. Regelmäßige Reinigung, die Vermeidung galvanischer Korrosion, das erneute Auftragen von Schutzbeschichtungen bei Bedarf und die Gewährleistung ordnungsgemäßer Lagerbedingungen tragen alle zur langfristigen Leistung und Haltbarkeit von verzinktem Stahl in verschiedenen Anwendungen bei.

7. Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass verzinkter Stahl aufgrund seiner schützenden Zinkbeschichtung eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen ist, die eine langfristige Korrosionsbeständigkeit erfordern. Die Kombination aus Barriereschutz durch die Zinkcarbonatschicht und dem Opferanodenschutz von Zink macht verzinkten Stahl in vielen Umgebungen zu einem langlebigen und zuverlässigen Material. Allerdings muss man sich darüber im Klaren sein, dass verzinkter Stahl nicht völlig rostfrei ist und unter bestimmten Bedingungen dennoch korrodieren kann.

Umweltfaktoren spielen eine entscheidende Rolle bei der Korrosion von verzinktem Stahl. Hohe Luftfeuchtigkeit, salzhaltige Umgebungen, häufiges Benetzen oder Eintauchen, industrielle Verschmutzung, Schwefelwasserstoff, starke Laugen, saurer Regenwasserabfluss und durch Moos und Flechten geschaffene Mikroumgebungen können den Korrosionsprozess beschleunigen. Das Verständnis dieser Faktoren und ihrer Auswirkungen auf verzinkten Stahl ist entscheidend für die Auswahl der geeigneten Art der verzinkten Beschichtung und die Festlegung der erforderlichen Wartungsmaßnahmen.

Durch die richtige Wartung und Verwendung kann die Lebensdauer von verzinktem Stahl erheblich verlängert werden. Regelmäßige Reinigung zur Entfernung von Schmutz und korrosiven Substanzen, die Vermeidung galvanischer Korrosion durch Verhinderung des direkten Kontakts mit unterschiedlichen Metallen, das erneute Aufbringen von Schutzbeschichtungen bei Bedarf und die Wahl gut belüfteter Lagerumgebungen mit geringer Luftfeuchtigkeit sind wesentliche Schritte zur Aufrechterhaltung der Integrität und Korrosionsbeständigkeit von verzinktem Metall Stahlkonstruktionen und -produkte.

Bei der Auswahl von Materialien für eine bestimmte Anwendung ist es wichtig, die Einsatzumgebung und die Anforderungen an den Korrosionsschutz umfassend zu berücksichtigen. Faktoren wie die erwartete Lebensdauer, die Korrosivität der Umgebung und der erforderliche Wartungsaufwand sollten alle berücksichtigt werden. Durch sorgfältige Bewertung dieser Faktoren und Auswahl der geeigneten Art von verzinktem Stahl können Designer, Ingenieure und Projektmanager sicherstellen, dass ihre Strukturen und Produkte selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen dauerhafte Leistung und Haltbarkeit bieten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass verzinkter Stahl zwar nicht völlig rostfrei ist, seine hervorragenden Korrosionsbeständigkeitseigenschaften ihn jedoch zu einem wertvollen Material für eine Vielzahl von Anwendungen machen. Durch das Verständnis der Faktoren, die die Korrosionsbeständigkeit beeinflussen, die Umsetzung geeigneter Wartungspraktiken und die Auswahl der geeigneten Art von verzinktem Stahl für jede Anwendung können Stakeholder die Lebensdauer und Leistung ihrer verzinkten Stahlkonstruktionen und -produkte maximieren und so eine solide und langfristige Investition sicherstellen Erfolg.