Von Dr.-Ing. Thomas Pinger, Gelsenkirchen
Die Verzinkung durch eine Legierung mit 5 % Aluminium kann mit einer Dicke von etwa 10 Mikrometer materialsparend und durch Aufbringung eines Topcoats trotzdem mit hoher Korrosionsschutzwirkung aufgetragen werden. Dies wird anhand des Korrosionstests belegt. Zugleich zeigen sich in Vergleichsmessungen zwischen gängigen Testverfahren und dem neuen VDA 233-102-Test die Unterschiede bei den Testverfahren. Diese helfen dabei, die neuen Vorgaben für den realitätsnahen Wechseltest mit unterschiedlichen Zyklen in Bezug auf die Belastung mit Feuchtigkeit und Temperatur zu erstellen.
Thin Zinc-Aluminium Coated Components Perform Well in Cyclic Chamber Corrosion Tests
Galvanising with a zinc-5% aluminium alloy even as thin as 10 µm can offer a cost-effective corrosion protection, in combination with a topcoat, as shown in corrosion tests. At the same time, comparative tests using established test methods and the new VDA-233-102 test, reveal different results from these testing procedures. Given the new requirements that cyclic chamber tests be representative of “real life” conditions, these results are valuable in establishing cyclic conditions to represent exposure to given humidity and temperature conditions.
1 Einleitung
Die Problematik der Kurzzeitkorrosionsprüfungen unter Konstantklima im Hinblick auf deren Aussagefähigkeit und Korrelation mit dem realen Verhalten von Korrosionsschutzsystemen ist hinreichend bekannt. Als Reaktion darauf wurden Klimawechseltests entwickelt, die durch die Kombination von verschiedenen Belastungszuständen der realen Bewitterung einer Beschichtung deutlich näherkommen. Am bekanntesten sind hier vor allem der Test gemäß VDA 621-415 beziehungsweise der kürzlich eingeführte Nachfolger VDA 233-102 für die typischen Belastungen eines Automobils sowie der Test gemäß ISO 20340 für den schweren Korrosionsschutz im Offshore-Klima.
Besonders gravierend wirken sich die in allen Kurzzeitkorrosionsprüfungen eingesetzten Feuchtzyklen mit einer gleichzeitig hohen Korrosivität bei feuerverzinktem Material aus [1]. Maßgeblich ist hierbei insbesondere die Tatsache, dass sich Feuerverzinkungsschichten im Allgemeinen nicht statisch, sprich vollständig passiv, verhalten, sondern eine natürliche Reaktion des Zinks mit der umgebenden Atmosphäre stattfindet. Im Ergebnis entsteht hierbei eine Passivschicht, die einen maßgeblichen Faktor im gesamten Korrosionsschutzmechanismus dieser Zinkschichten darstellt. Da in den Kurzzeitprüfungen jedoch der zeitabhängige Prozess der Eigenpassivierung des Zinks mehr oder weniger unterdrückt wird, fallen die entsprechenden Prüfungsergebnisse von Verzinkungsschichten häufig zu ungünstig aus im Vergleich zum unter realen Bedingungen vorliegenden Korrosionswiderstand. Der Weg hin zu Klimawechseltests, bei denen die Dauerfeuchte vermieden und somit zumindest in geringem Maße die Ausbildung einer Passivschicht ermöglicht wird, stellt eine positive Entwicklung dar. In der Praxis haben sich diese Tests mittlerweile voll etabliert.
Für das Dünnschichtsystem microZINQ®, das auf dem Stückverzinkungsverfahren unter Verwendung einer Zink-Aluminium-Legierung basiert, wurde in einer aktuellen Testreihe das Verhalten in drei gängigen Klimawechseltests geprüft. Ergänzend hierzu wurde parallel das Verhalten eines Duplex-Systems, bestehend aus einer microZINQ®-Schicht als Basecoat und einer Pulverbeschichtung als Topcoat, mit einbezogen. Im Folgenden werden die Testverfahren und die für die beiden Korrosionsschutzsysteme erzielten Ergebnisse vorgestellt.
2 Testreihe
Der Fokus der durchgeführten Testreihe lag auf der Untersuchung des korrosiven Verhaltens von microZINQ® unter automobiltypischer Belastung. Aus diesem Grund wurden die folgenden Klimawechseltests herangezogen:
- VDA 621-415, als der bisherige Standard und zum Zweck der Referenzierung
- VDA 233-102, als der neu eingeführte Standardversuch
- PV 1210, Korrosionsprüfung für Karosserie und Anbauteile der Volkswagen AG.
Die Tests VDA 621-415 und PV 1210 sind von den eingesetzten Klimaszenarien und deren Wechsel her prinzipiell ähnlich aufgebaut: Salzsprühnebeltest gemäß ISO 9227, Feucht-Wärme-Lagerung mit Klima gemäß DIN EN ISO 6270-2, Normalklimalagerung mit Klima gemäß DIN 50014:1985-07, wobei die Reihenfolge und Dauer voneinander abweichen. Während im VDA 621-415 die jeweilige Klimabelastung tageweise eingestellt wird und sich zu einem siebentägigen Zyklus summiert, wird im PV 1210 die Belastung stundenweise aufgebracht. Daraus entsteht ein täglicher Belastungszyklus, der jeweils nach fünf Tagen durch eine zweitägige Ruhephase unterbrochen wird.
Der erst vor kurzem neu eingeführte Test VDA 233-102 ist charakterisiert durch eine stärkere Zergliederung der Prüfphasen, wodurch eine erhebliche Verbreiterung des abgefahrenen Klimaspektrums resultiert. Durch den gewählten Klimaverlauf soll im Gegensatz zum VDA 621-415 eine realistischere Belastung unter Einbeziehung von kontrollierten Feucht-Warm-Wechseln und einer Tieftemperaturphase sowie eine höhere Reproduzierbarkeit erzielt werden [2]. Die Zyklusphasen sowie deren Charakteristik sind in Abbildung 1 dargestellt. Der Versuch ist standardmäßig auf eine Laufzeit von sechs Zyklen ausgelegt.
Abb. 1: Zyklusphasen des Korrosionstests VDA 233-102
Bei dem geprüften Beschichtungssystem handelt es sich um die innovative Dünnschichttechnologie microZINQ®, bei der im Stückverzinkungsverfahren unter Verwendung einer Legierung aus 95 % Zink mit 5 % Aluminium hochleistungsfähige Zinkschichten auf jegliche Art von Stahlbauteilen appliziert werden können [3, 4]. In der Testreihe lagen Musterbleche mit einer Schichtdicke von zehn Mikrometer bis 15 Mikrometer vor. Weiterhin wurden Versuche mit einem Beschichtungssystem microZINQ® + Pulverlack (EP) durchgeführt, das eine Gesamtschichtdicke von 90 Mikrometer aufwies.
3 Ergebnisse
3.1 Klimawechseltests an microZINQ®
Im Test VDA 621-415 wurden die mit microZINQ® beschichteten Prüfbleche über eine Dauer von acht Zyklen, also acht Wochen geprüft, ohne dass rotrostige Stellen – also Stellen, bei denen die Schicht soweit geschädigt ist, dass das Grundmaterial zu korrodieren beginnt – aufgetreten sind. Damit wurde die empfohlene Prüfdauer von vier Wochen bis sechs Wochen, in der üblicherweise Korrosionserscheinungen auftreten, deutlich überschritten. Im Test PV 1210 wurden 40 Belastungszyklen erreicht. Der Test wurde nach Auftreten von Grundwerkstoffkorrosion in einem Bereich von circa 5 % auf drei Blechen beendet. Im Test VDA 233-102 wurde die vorgegebene Prüfdauer über sechs Zyklen durchgeführt. Am Ende der Prüfung wiesen zwei Prüfbleche einen Anteil von etwa 1 % bis 2 % Grundwerkstoffkorrosion auf, bei einem Prüfblech lag beginnende Grundwerkstoffkorrosion vor.
Der Vergleich der Prüfungsergebnisse offenbart die unterschiedlichen Intensitäten der Tests. Insbesondere im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit und die Übertragbarkeit der Ergebnisse des neuen VDA-Tests steht noch eine Bewertung und Einordnung aus. In allen Tests zeigt sich eine relativ schnelle Bildung von Weißrost (korrekterweise kein Rost (Eisenoxid), sondern der Angriff der Zinkschicht mit weißen Korrosionsprodukten aus Zinkoxid und Zinkhydroxid), was ein eindeutiges Indiz für die mangelnde Ausbildung der natürlichen Passivschicht aufgrund der hohen Luftfeuchte darstellt. Dass das Dünnschichtsystem microZINQ® trotz der Unterdrückung dieses in der realen Anwendung auftretenden Schutzmechanismus dem korrosiven Angriff sehr gut wiedersteht, zeugt von der Stabilität und Widerstandfähigkeit der dünnen Zinkschicht. Dies bestätigen die in Feldversuchen (Abb. 2) und der praktischen Anwendung bisher gesammelten Erfahrungen [3–5].
Abb. 2: Zustand eines verzinkten Fahrwerkteils (microZINQ®) nach 100 000 Kilometer Fahrleistung
3.2 Klimawechseltests an microZINQ® + Pulverlack
In dem Test PV 1210 wurde nach 35 Belastungszyklen eine vereinzelte Blasenbildung festgestellt, die nach 45 Zyklen zur lokalen Ablösung der Pulverlackschicht führte. Grundwerkstoffkorrosion war bis zu diesem Zeitpunkt nicht sichtbar. Im Test VDA 233-102 trat an den Kanten Zinkkorrosion auf. Nach dem sechsten Zyklus war eine beginnende, punktuelle Grundwerkstoffkorrosion festzustellen. Der Test VDA 621-415 wurde für dieses System nicht durchgeführt.
Mit den erzielten Ergebnissen wird ersichtlich, dass zusätzlich zu dem bereits sehr leistungsfähigen System microZINQ® eine nochmalige Steigerung der Performance durch die Applikation eines Topcoats erzielt werden kann.
4 Fazit
Die Prüfung von Stückverzinkungsschichten in korrosivem Dauerfeuchtklima wie dem Salzsprühnebeltest führt zu irreführenden Ergebnissen im Hinblick auf die Systembewertung des Korrosionswiderstands. Die Entwicklung von Klimawechseltests stellt vor diesem Hintergrund eine prinzipielle Verbesserung der zeitsparenden Prüftechnik dar. Zu einer gesamtheitlichen Bewertung eines Beschichtungssystems ist jedoch nach wie vor die teils system-, teils anwendungsspezifische Reaktionscharakteristik mit der Umwelt zu beachten, die maßgeblich Einfluss auf die Schutzeigenschaften hat. Hierzu zählen zum Beispiel die Einbeziehung von mechanischen Belastungen unter gleichzeitiger korrosiver Beeinflussung sowie das Langzeitverhalten in realer Umgebung.
In diesem Zusammenhang stellt die durchgeführte Testreihe für das Dünnschicht-Stückverzinkungsverfahren microZINQ® unter Einbeziehung von drei Klimawechseltests einen weiteren wichtigen Bestandteil zum Nachweis der hohen Leistungsfähigkeit des Systems dar und ergänzt die bisherigen sehr guten Erfahrungen sowohl in Laborversuchen als auch der praktischen Anwendung.
Literatur
[1] N.N.: Vorsicht Salzsprühnebeltest; Feuerverzinken 02/2013, Online-Magazin des Institut Feuerverzinken
[2] K.-H. Stellnberger, G. Luckeneder, S. Geisler: A new laboratory corrosion test for cars and trucks; 3rd International Conference on Steels in Cars and Trucks, 2011, Salzburg
[3] T. Pinger: Dünnschicht-Stückverzinkung für alle Stahlbauteile; Journal für Oberflächentechnik, 7/2012
[4] T. Pinger: Entwicklungen in der Stückverzinkung – Binäre und ternäre Systeme im Kommen; Journal für Oberflächentechnik Special Korrosionsschutz, Oktober 2012
[5] T. Pinger: Dünnschichtstückverzinkung im Härtetest – Korrosionsschutz bei Verkehrsrückhaltesystemen; Journal für Oberflächentechnik, 7/2013
DOI: 10.7395/2014/Pinger1
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