Wie verhindert die galvanische Verzinkungstechnologie Metallkorrosion?

Metallkorrosion ist seit jeher ein häufiges Problem bei metallischen Werkstoffen. Metallrecycling kann die durch Korrosion verursachten Verluste teilweise reduzieren, dennoch werden jährlich rund 101.000 Tonnen Metalle verschrottet. Korrosion kann die Lebensdauer von Metallen verlängern und erhebliche wirtschaftliche Verluste verursachen. Im Jahr 2023 beliefen sich die durch Metallkorrosion verursachten wirtschaftlichen Verluste in China auf 500 Milliarden RMB. Weltweit übersteigen die wirtschaftlichen Verluste durch Korrosion jegliche Vorstellungskraft. Die durch Korrosion verursachten Verluste sollten nicht allein anhand der verlorenen Metallmasse berechnet werden, sondern müssen auch den Energieverbrauch bei der Metallverhüttung und -gewinnung berücksichtigen. Gleichzeitig kann Korrosion auch Umweltverschmutzung verursachen, beispielsweise durch die Verschmutzung von Land und Wasserressourcen. Korrosion kann auch Schäden an Geräten, Gebäuden und anderen Einrichtungen verursachen, die von wirtschaftlichen Verlusten bis hin zur Gefährdung der persönlichen Sicherheit reichen. Viele Unfälle werden direkt oder indirekt durch Korrosion verursacht. Daher ist die Forschung zur Vermeidung von Metallkorrosion von großer Bedeutung.

Die Forschung zum Korrosionsschutz von Metallen gliedert sich derzeit hauptsächlich in zwei Bereiche: Metalllegierungen und Metalloberflächenbehandlung. Beim Metalllegieren werden geschützte Metalle mit Spezialmetallen verschmolzen und deren Korrosionsbeständigkeit durch Passivierung der Spezialmetalle verbessert. Es gibt viele Methoden zur Oberflächenbehandlung von Metallen, darunter Galvanisieren, chemisches Plattieren, mechanisches Plattieren und Oberflächenbeschichten. Die Galvanotechnik bietet die Vorteile eines einfachen Prozesses, einer einfachen Kontrolle der Prozessparameter und geringer Kosten und wird häufig im Korrosionsschutz von Metallen eingesetzt.

In der Galvanotechnik wird Zinkbeschichtung (Verzinkung) häufig als Anodenmaterial verwendet, da das niedrige Standardpotential von Zinkelektroden einen guten Schutz für Kathodenmaterialien bietet. Unbehandelte verzinkte Schichten neigen jedoch in feuchter Umgebung zu Oxidation und Korrosion. Daher ist nach der Galvanisierung eine Oberflächenpassivierung erforderlich, um die Korrosionsbeständigkeit der verzinkten Schicht zu verbessern. Seit dem letzten Jahrhundert wurde intensiv im Bereich der Korrosionsschutztechnologie geforscht, und die Galvanotechnik hat sich rasant weiterentwickelt. Dieser Artikel erläutert und fasst die Galvanotechnik zusammen.

1.1 Chemischer Mechanismus der galvanischen Verzinkungstechnologie
Galvanisieren ist ein Verfahren, bei dem mittels Elektrolyse eine gleichmäßige, dichte und gut haftende Metall- oder Legierungsschicht auf der Oberfläche eines Werkstücks gebildet wird. Im Vergleich zu anderen Metallen ist Zink ein relativ kostengünstiges und leicht zu galvanisierendes Metall und gehört zu den galvanischen Beschichtungen mit geringem Korrosionsschutzwert. Daher wird die galvanische Verzinkung häufig zum Schutz von Stahlteilen, insbesondere vor atmosphärischer Korrosion, und auch zur Dekoration eingesetzt. Zu den Beschichtungsverfahren gehören die Badgalvanisierung (auch Hängegalvanisierung genannt), die Walzengalvanisierung (für Kleinteile geeignet), die automatische galvanische Verzinkung und die kontinuierliche galvanische Verzinkung (für Drähte und Bänder geeignet). Die chemische Reaktionsformel der galvanischen Verzinkung lautet:
Zn2++2e → Zn

1.2 Prozessablauf der galvanischen Verzinkung
Der Prozessablauf der galvanischen Verzinkung ist im Allgemeinen wie folgt:
Chemisches Entfetten von Eisenteilen → Waschen mit heißem Wasser und fließendem Wasser → Ein- oder zweimaliges Säurewaschen zur Rostentfernung mit fließendem Wasser → Elektrolytisches Entfetten → Waschen mit heißem Wasser → Waschen mit fließendem Wasser → Aktivierung mit Salzsäure 1:2 → Waschen mit fließendem Wasser → Verzinken → Waschen mit Wasser → Lichtemission → Waschen mit Wasser → Passivieren → Zwei Runden Waschen mit Wasser → Waschen mit warmem Wasser → Trocknen → Inspektion → Fertiges Produkt
Je nach Art der Beschichtungslösung können Galvanisierungsverfahren in vier Typen unterteilt werden: Cyanidgalvanisierung, Zinkatgalvanisierung, Chloridgalvanisierung und Sulfatgalvanisierung.

1.3 Zusammenfassung
Die Galvanisierung hat eine über 100-jährige Geschichte und ist das am längsten verwendete und am häufigsten verwendete Nassbeschichtungsverfahren für Metalle. Sie spielt eine wichtige Rolle beim Korrosionsschutz von Metallen. Aufgrund der reichlich vorhandenen Zinkvorkommen in China ist der Zinkpreis niedrig; zudem ist das Elektrodenpotential von Zink im Vergleich zu Eisen negativ. Bei Stahlsubstraten bietet die anodische Beschichtung elektrochemischen Schutz, indem Zink dem Stahlsubstrat geopfert wird. Nach der Nachbehandlung erhält die verzinkte Schicht nicht nur ein schönes Aussehen, sondern auch eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Zink ist daher das am häufigsten verwendete Metall in der Galvanisierung und macht laut groben Statistiken mehr als 60 % der gesamten Galvanisierungsmenge aus. Damit ist Zink die am häufigsten verwendete Beschichtungsart.

Die derzeit am weitesten verbreitete Korrosionsschutztechnologie für Stahl ist nach wie vor die Verzinkung. Die Produktion von Stahlprodukten mit Oberflächenschutzbeschichtungen aus Zink und Zink-Aluminium-Legierungen beträgt in Industrieländern über 401 Tonnen der jährlichen Stahlproduktion.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Galvanotechnik einen einfachen Prozess und eine einfache Parameterkontrolle bietet und die resultierende galvanische Schicht nach der Behandlung glänzend und eben ist. Sie wird häufig in Metallwerkstoffen wie Stahl eingesetzt und nimmt eine dominierende Stellung auf dem Galvanomarkt ein. Gleichzeitig verfügt China über reichlich Zinkvorkommen und niedrige Zinkpreise, was das Land für die Entwicklung der Galvanotechnik sehr geeignet macht. In den letzten Jahren wurde im Hinblick auf den Umweltschutz auch bei der Entwicklung der Galvanotechnik auf hohe Effizienz, geringen Verbrauch und geringe Emissionen geachtet. Chinesische Galvanoanlagen sind generell auf umweltfreundlichere und effizientere Galvanotechnik umgestiegen.