Von Dr. Thomas Pinger, Gelsenkirchen
Mit dem neuen Verfahren microZINQ® 5 kann eine Zink-Aluminium-Legierung mit einer deutlich geringeren Schichtdicke von nur etwa 10 µm anstelle der bisher üblichen 60 µm bis 200 µm auf Stahl aufgebracht werden, dessen Einsatz der Bauaufsicht unterliegt. Die Eignung wurde von der BAM sowohl hinsichtlich des Korrosionsschutzes als auch der Vermeidung der Rissbildung untersucht und für geeignet beurteilt. Die Stahlbauteile können hierbei aus Stahlgüten bis einschließlich der Festigkeitsklasse S460 bestehen.
General Authorisation for Individually-Galvanised Constructional Steelwork Coated with microZINQ® 5
Using the new microZINQ® 5 process, a zinc aluminium alloy coating over steel can be used, significantly thinner at around 10 µm in place of the previously used 60 µm to 200 µm thick coating normally used on steel, as used in the construction industry. This process has been validated by BAM not only in terms of its corrosion protection but also to avoid cracking. Steel components coated with this process can use high-tensile steels of up to S 460 grade.
1 Hintergrund
Das Feuerverzinken im Stückverzinkungsverfahren gehört zu den bewährten und sehr effektiven Korrosionsschutzsystemen im Stahlbau, insbesondere im Stahlhochbau. Für viele Konstruktionen stellt das Feuerverzinken eine bevorzugte Korrosionsschutzlösung dar, weil es bei einem langlebigen und zuverlässigen Schutz vor Korrosion auch wirtschaftliche Vorteile bietet.
Mit dem Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren microZINQ® 5 wurde eine innovative Technologie entwickelt und in den Markt eingeführt, die den in vielerlei Hinsicht gestiegenen Ansprüchen und Anforderungen an moderne Korrosionsschutzsysteme Rechnung trägt. Es handelt sich um ein Verzinkungsverfahren, bei dem unter Verwendung einer Zink-Aluminium-Legierung sowie durch eine spezielle Prozessführung sehr dünne – durchschnittlich 10 µm im Vergleich zu bisher üblichen 60 µm bis 200 µm – aber gleichzeitig leistungsfähige Zinkschichten auf vorgefertigte Stahlbauteile appliziert werden können.
Neben der Korrosionsschutzwirkung bietet die Technologie durch die spezielle Zinkschichtcharakteristik noch vielfältige Potentiale, unter anderem auch im Hinblick auf intelligente Fertigungskonzepte, durch die Nutzung von bisher bei herkömmlicher Verzinkung nicht umsetzbarer Umform- und Fügemöglichkeiten [1]. Zudem liefert das System unter Nachhaltigkeitsaspekten eine im wahrsten Sinne ausgezeichnete Performance [2]. In den letzten 10 Jahren fand das Verfahren bereits in verschiedenen Branchen Anwendung, insbesondere im Fahrzeugbereich, und konnte dort sehr gute Ergebnisse nachweisen [3, 4].
Da sowohl die Zusammensetzung der microZINQ® 5-Zinklegierung als auch die erzielten Schichtdicken außerhalb den Vorgaben der DIN EN ISO 1461 liegen und die für diese Art der Dünnschicht-Stückverzinkung gültige Norm ASTM 1072 [5] kein bauaufsichtlich eingeführtes Regelwerk darstellt, war die Anwendung von mit microZINQ® 5 verzinkten Stahlbauteilen im bauaufsichtlich geregelten Bereich bisher nicht zulässig. Über die nun durch das Deutsche Institut für Bautechnik erteilte Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (AbZ) für Mit microZINQ® 5 stückverzinkte Bauteile [6] konnte die Verwendbarkeit unter bauspezifischen Randbedingungen nachgewiesen und somit die Grundlage für die Anwendung dieses innovativen Verfahrens in neuen, wichtigen Einsatzgebieten geschaffen werden.
2 Prüfprogramm
Hierfür wurden die Eigenschaften des Korrosionsschutzsystems im Rahmen eines zweijährigen Prüfprogramms eingehend untersucht. Entsprechend der ureigenen Aufgabe der Verzinkung mit microZINQ® 5 lag hierbei der Schwerpunkt zunächst auf der Evaluierung des Korrosionsschutzes. Es wurden jedoch auch Untersuchungen hinsichtlich der Wirkung des Verzinkungsverfahrens hinsichtlich einer möglichen Rissbildung während des Verzinkungsprozesses mit einbezogen.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin führte die Prüfung des Korrosionsschutzes stückverzinkter Bauteile unter verschiedenen korrosiven Einwirkungen durch, sowohl unter Laborbedingungen als auch in freier Bewitterung. Da die beschleunigten Korrosionsversuche bekanntermaßen das Verhalten von Stückverzinkungsschichten nur verzerrt wiederspiegeln, war insbesondere das Verhalten unter realen Bedingungen für die Bewertung von Relevanz. Aus diesem Grund wurden Auslagerungsversuche in gemäßigter sowie maritimer Umgebung durchgeführt, wobei eine Bewitterungsdauer von 24 Monaten angesetzt wurde, um das Langzeitverhalten mit ausreichender Genauigkeit abschätzen zu können. In allen Versuchen wurde als Referenzmaßstab jeweils eine herkömmliche Verzinkung gemäß DIN EN ISO 1461 [7] hinzugezogen.
Im Ergebnis kommen die Prüfer nach Beendigung des Untersuchungsprogramms zu dem Schluss, dass das System microZINQ® 5 grundsätzlich eine mit der Feuerverzinkung vergleichbare Beständigkeit gegen die Prüfklimata zeigt [8]. Im Rahmen einer weiteren Untersuchung wurde das Verfahren microZINQ® 5 hinsichtlich seines Beitrages auf eine mögliche Rissbildung während des Verzinkungsprozesses geprüft. Die in LNT-Versuchen gewonnenen Last-Verformungskurven zeigen ein positives Verhalten ohne frühzeitige Rissinitiierung und somit keine Versprödungswirkung durch die flüssige Zinklegierung. Auf Grundlage dieser Eigenschaft der neuen Legierung kann eine Einstufung in die Zinkbadklasse 1 gemäß DASt-Richtlinie 022 [9] vorgenommen werden. Entsprechend ist die Anwendbarkeit des microZINQ® 5-Verfahrens auf alle in der DASt-Richtlinie 022 aufgeführten Stahlgüten sowie Konstruktions- und Detailklassen ohne Einschränkung gegeben.
3 Regelungen der bauaufsichtlichen Zulassung
Auf Grundlage der aufgeführten, umfangreichen Untersuchungen wurde vom Deutschen Institut für Bautechnik im Mai 2015 die Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erteilt. Da eine Zinkschicht kein eigenständiges Bauprodukt darstellt, wird der Zulassungsgegenstand offiziell wie folgt bezeichnet: vorgefertigte Stahlbauteile für tragende Anwendungen, die mit dem Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren microZINQ® 5 feuerverzinkt wurden für Beanspruchungen aus statischen und quasistatischen Einwirkungen [6].
Die Stahlbauteile können hierbei aus Stahlgüten bis einschließlich der Festigkeitsklasse S460 bestehen, die nach folgenden Normen gefertigt sind:
- DIN EN 10025-2
- DIN EN 10025-3
- DIN EN 10025-4
- DIN EN 10210-1
- DIN EN 10219-1
Darüber hinaus lässt die Zulassung die Verwendung von Stahlsorten nach den genannten Normen mit höheren Festigkeiten zu, wenn die Eignung zum Verzinken mit dem Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren microZINQ® 5 durch eine Verfahrensprüfung in Anlehnung an [9] nachgewiesen wurde. Diesbezüglich zeigt bereits die Erfahrung aus der Anwendung im Fahrzeugbau, dass insbesondere auch höherfestere Stähle eine gute Kompatibilität mit der Beschichung mit microZINQ® 5 aufweisen [4].
Bezüglich des Korrosionsschutzes ist eine Verwendung in einem sehr breiten Anwendungsgebiet möglich. Die Zulassung erlaubt mit Ausnahme von ausgeprägt schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre (SO2) alle Einsatz-
umgebungen, wie sie auch in den allgemeinen Leitfäden und Empfehlungen für Zinküberzüge, der DIN EN ISO 14713-1 [10], beschrieben sind. Die nominelle Schichtdicke für das jetzt zugelassene Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren beträgt 10 μm. Die tatsächlichen Schichtdicken können örtlich nach oben oder nach unten abweichen. Für die Ausführung des Korrosionsschutzes gelten analog zur herkömmlichen Stückverzinkung die Regelungen der DIN EN 1090-2.
Literatur
[1] Pinger, T.; Rückriem, E.-M.: Clinchen korrosionsbeanspruchter Bauteile – Einsatz innovativer Dünnschicht-Stückverzinkung, Konstruktion 07/08.2014
[2] Pressemitteilung: Effizient veredelt – Rohstoffeffizienzpreis 2013 für microZINQ®, www.zinq-technologie.com
[3] Pinger, T.: Dünnschicht-Stückverzinken – Eigenschaften, Anwendungsgebiete und Potentiale durch Nutzung hochaluminiumhaltiger Zinkschmelzen, 11. Dresdner Korrosionsschutztage, 15./16. Oktober 2014, Dresden
[4] Pinger, T.: Thin film batch hot dip galvanizing – Innovative corrosion protection system for highly loaded underbody parts, International Conference on Steels in Cars and Trucks (SCT) 2014, 15.-19. Juni 2014, Braunschweig
[5] ASTM 1072: Standard Specification for Zinc-5%Alumium (Hot-Dip) Coatings on Iron and Steel Products, November 2011
[6] Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-30.11.60 „Mit microZINQ® 5 stückverzinkte Bauteile“, Mai 2015
[7] DIN EN ISO 1461: Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken), Oktober 2009
[8] Abschlussbericht der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zur vergleichenden Untersuchung eines Überzuges mit einer herkömmlichen Feuerverzinkung, März 2015, nicht veröffentlicht
[9] DASt-Richtlinie 022: Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen, August 2009, Deutscher Ausschuss für Stahlbau
[10] DIN EN ISO 14713-1: Zinküberzüge - Leitfäden und Empfehlungen zum Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion - Teil 1: Allgemeine Konstruktionsgrundsätze und Korrosionsbeständigkeit Januar 2009
Kontakt
ZINQ® Technologie GmbH, An den Schleusen 6, D-45881 Gelsenkirchen
Mit microZINQ® verzinkte Gewindestange aus dem Gerüstbau
Nach dem Verzinken verformte Gitterprobe
Auch nach dem Clinchen bleibt der Korrosionsschutz einer microZINQ®-Schicht unverändert erhalten
