Blog Ko Buijs - Het verzinken van Staal
Hoewel in een vorig blog al het nodige is geschreven over de functie van zink op staal, wordt in deze blog verschillende wetenswaardigheden op een rij gezet. Zink is onedeler dan staal en het potentiaalverschil tussen deze metalen is maar liefst 350 mV. Dit houdt dan ook in dat verzinkte lagen op staal een prima kathodische bescherming geven in natte omstandigheden. Dat zink aan het oppervlak, door toedoen van water en lucht, een laagje zinkzout vormt, is minder bekend. Dit laagje wordt ook wel zinkpatina genoemd. Zinkpatina is onoplosbaar in water en bestaat voornamelijk uit gekristalliseerd basisch zinkcarbonaat.
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Deze laag zorgt ervoor dat allerlei poriën in de zinklaag worden afgedicht, waardoor de verwering van de zinklaag enorm wordt vertraagd. Komt daar opnieuw water op, dan zal deze laag niet worden weggespoeld of opgelost omdat zinkpatina dus niet oplosbaar is in (regen)water. Wordt deze laag echter beschadigd of verwijderd door bijvoorbeeld schuren, dan is er in feite ook niet veel aan de hand want deze zinkpatinalaag wordt weer snel opnieuw gevormd door de omgevingslucht. Hierdoor komt deze bescherming weer geheel terug. Dit laagje kan echter wel in een zuur milieu worden opgelost maar zodra deze zure belasting weg is, zal ook dan het zinkpatina weer opnieuw worden gevormd. De conditie en de wijze waarop deze patinalaag wordt gevormd is uiteindelijk bepalend voor de levensduur van de zinklaag. Een zinklaag die enigszins verweerd is, biedt meer resistentie tegen weersinvloeden dan een vers aangebrachte zinklaag.
Zink biedt dankzij de zinkzouten een unieke corrosieprestatie op staal, in vergelijking met andere onedele elementen zoals cadmium en aluminium, die dat niet of nauwelijks hebben. Zinklagen worden op vier verschillende wijzen aangebracht t.w. door thermisch en elektrolytisch verzinken, sherardiseren en zinkspuiten. Het thermisch proces gebeurt door onderdompeling in een zinkbad en het elektrolytisch verzinken verloopt d.m.v. een galvanisch proces. Bij sherardiseren komt d.m.v. diffusie een gelegeerde laag van zink en ijzer tot stand. Met zinkspuiten wordt zinkpoeder in gesmolten toestand op een gebeitst stalen oppervlak gespoten. Dit proces noemt men ook wel scooperen. Alle processen beogen een bescherming te realiseren, die qua corrosiebestendigheid overeenkomen. Thermisch verzinken is een dompelproces, waarbij de stalen objecten gedurende korte tijd worden ondergedompeld in vloeibaar zink bij een temperatuur van 445-465°C. Hierdoor ontstaan gelegeerde lagen van zink/ijzer met een toplaag van zuiver zink, die het staal voor vele jaren de nodige bescherming bieden tegen roest.
Voordat men gaat verzinken moet eerst het object gebeitst worden, teneinde alle roest en vuil te verwijderen. Deze bescherming kan zich, afhankelijk van de dikte van de zinklaag en van de atmosferische omstandigheden, uitstrekken over een periode tot circa 40 jaar. In een vochtig zeeklimaat en in industriegebieden is deze levensduur echter aanzienlijk korter. Tijdens het thermisch verzinken, vormt zich eerst een gelegeerde laag van ijzer met zink, waardoor de hechting van de zinklaag in het algemeen beter is dan vele andere oppervlaktebehandelingen. Ook kan op de zinklaag desgewenst een poedercoating worden aangebracht. Dat wordt ook wel een duplex systeem genoemd. Het thermisch verzinken van bevestigingsartikelen gebeurt volgens het centrifugeproces. De temperatuur van het zinkbad is dan 540-560°C. Het voordeel van verzinken bij deze temperatuur is de geringe viscositeit van het zink bij het centrifugeren. Een bijkomend voordeel is, dat de invloed van silicium voor een groot deel wordt geëlimineerd. Tijdens het centrifugeren wordt een laagdikte van 50-70 µm gevormd. Deze behandeling is dan ook verreweg de beste oppervlaktebehandeling tegen corrosie. De keuringseisen zijn volgens NEN 1275. Elektrolytisch verzinken is dus een galvanisch proces. Door het potentiaalverschil in het galvanische bad, worden langs elektrochemische weg zinklagen neergeslagen op het staaloppervlak. Deze zinklagen variëren meestal in dikte van 6- 9 µm en geven het staaloppervlak een afdoende bescherming tegen roesten.
Schematische voorstelling van het galvaniseren (foto Buzzle.com)
Een vrij nieuwe verzinkmethode is het mechanisch verzinken. Dit proces is vooral bestemd voor kleine onderdelen en dat heeft steeds meer aan populariteit gewonnen. Het betreft een trommelproces, waarbij zinkstof en glasparels op het staaloppervlak worden aangebracht in een dikte van 3-80 µm. Wel moeten de onderdelen eerst ontvet en gebeitst worden. Na het trommelen van de onderdelen, wordt het zinkoppervlak in een speciale chemische oplossing gechromateerd. In tegenstelling tot elektrolytisch verzinkt staal kan bij het mechanisch verzinken geen waterstofbrosheid optreden. Een belangrijk punt bij dit trommelproces is de gelijkmatigheid van de zinklaag, welke groter is dan bij de andere zinkapplicatiemethoden door de polijstwerking van de glaskorrels.
Sherardiseren is een van de methodes om stalen bevestigingsartikelen tegen corrosie te beschermen. De te sherardiseren bevestigingsartikelen worden tezamen met een nauwkeurig bepaalde hoeveelheid zinkstof en zand in een stalen trommel gebracht. Deze trommel wordt langzaam roterend in een oven op een temperatuur van ±420°C gebracht. Tijdens deze behandeling worden 15-25 µm dikke zinkijzer legeringslagen gevormd die een goede weerstand tegen corrosie bezitten. De keuringseisen zijn ook volgens NEN 5253.
