Schichtarbeit

18.02.2011 12:02 Uhr

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Nachträgliche elektrolytische Verzinkung

Ist nachträgliches elektrolytisches Verzinken wirklich praxistauglich? Das KTI hat drei Sets zur Nachverzinkung im Rahmen einer Karosseriereparatur untersucht. Hier die Ergebnisse in der Zusammenfassung.

Bei der Instandsetzung von Karosserieschäden kann ab Werk aufgebrachter Korrosionsschutz verloren gehen. Werden keine geeigneten Schutzmaßnahmen getroffen, sind instandgesetzte Bereiche einer erhöhten Korrosions-gefahr ausgesetzt. Durch nachträgliches elektrolytisches Verzinken kann späteren Korrosionsschäden wirksam vorgebeugt werden. Einsatzgebiete des Nachverzin-kens ergeben sich nicht nur bei der In- standsetzung von Unfallschäden, sondern beispielsweise auch beim Ersatz geklebter Scheiben, wenn beim Heraustrennen die Flanschbeschichtung beschädigt wurde. Auch bei der Restaurierung von Oldtimern bietet sich dieser Korrosionsschutz an. Das Kraftfahrzeugtechnische Institut und Ka- rosseriewerkstätte (KTI, www.k-t-i.de) als Institut für Schaden- und Reparaturforschung hat die Praxistauglichkeit des nachträglichen Verzinkens in umfangreichen Versuchsreihen untersucht. Ins-besondere wurden Einflüsse auf die Kor-rosionsschutzwirkung identifiziert und näher beleuchtet. Die Klimawechsel- und Salzsprühtests erfolgten bei Dekra Testing & Inspection in Saarbrücken.

Dalic, E-Zinc und Re-Zinc

In Deutschland sind derzeit drei ver-schiedene Sets speziell für das nachträgliche Verzinken bei der Karosserieinstandsetzung erhältlich: Dalic, E-Zinc und Re- Zinc. Wesentlicher Unterschied ist das Elektrolyt (vgl. Tabelle unten). Zum Ver-zinken wird die Anode, ein saugfähiges, auch als Handhabe bezeichnetes Textil, in das Elektrolyt getaucht und die metallisch blanke Blechoberfläche am Fahrzeug (Kathode) gleichmäßig bestrichen. Durch die angelegte Gleichspannung lösen sich Zinkionen aus der Anode und lagern sich auf der Blechoberfläche (Kathode) an.

In einer ersten Versuchsreihe wurden Grundsatzuntersuchungen durchgeführt und, darauf aufbauend, in einer zweiten Reihe praxisrelevante Spezialfälle näher untersucht. Zum paarweisen Vergleich wurde zu jeder nachträglich verzinkten Probe eine nicht verzinkte, ansonsten jedoch identische Probe angefertigt. Die Details und Unterpunkte des Versuchsprogramms „Grundsatzuntersuchungen“:

Materialproben (Format DIN A4), herausgetrennt aus verzinkten Tür-außenblechen eines VW Golf V und definiert (1,5 ± 0,1 mm) eingedellt

Proben gereinigt, einzelne Proben nachverzinkt, Delle gefüllt (verzinnt oder gespachtelt) und geschliffen

Lackierung ausgewählter Proben

96 Stunden Klimawechselprüfung

240 Stunden Salzsprühnebelkammer

ausgewählte Proben im Langzeitwit-terungstest

Das Versuchsprogramm „Sonderproben“ enthielt diese Details und Unterpunkte:

spezielle Probebleche unterschiedlicher Form, Güte und Herkunft

gereinigt, einzelne Proben nachverzinkt

Lackierung einzelner Proben

96 Stunden Klimawechselprüfung

240 Stunden Salzsprühnebelkammer

ausgewählte Proben im Langzeitwit-terungstest

Eine zentrale Fragestellung der Untersuchung war, inwieweit nachträglich aufgebrachte Zinkschichten mit verschiedenen Füllstoffen verträglich sind. Zur Beant-wortung wurde ein Teil der Proben ge- spachtelt, ein anderer Teil verzinnt. Um zu prüfen, welchen Einfluss eine raue Oberfläche auf das Haftverhalten der nachträglich aufgebrachten Zinkschicht hat, wurde die Blechoberfläche einer Probe vor dem Verzinken mit einem Schleifvlies aufgeraut. Hinsichtlich des Korrosionsverhaltens sollten repräsentative und reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Hierzu wurden in beiden Versuchsreihen die im realen Fahrzeugbetrieb auftretenden Um- welteinflüsse mit standardisierten Klimawechsel- und Salzsprühtests simuliert. Die gewählten Prüfverfahren geben mitteleuropäische Bedingungen wieder und sind von Autobauern anerkannt. Ausgewählte Blechproben wurden zusätzlich in einem Langzeittest realer Witterung ausgesetzt.

Ergebnisse: An einer gespachtelten Probe war die Lackschicht nach dem Kli-mawechsel- und Salzsprühtest eingerissen und die darunter liegende Blechoberfläche korrodiert. Es handelt sich hierbei um diejenige Probe, an der die Metallober-fläche mit einem Schleifvlies zusätzlich aufgeraut wurde. Daher ist davon aus- zugehen, dass auch bei nachträglich verzinkten Blechen eine raue Oberfläche das Korrosionsverhalten negativ beeinflusst. An allen weiteren lackierten Proben der ersten Testreihe wurden keine Korrosionsschäden festgestellt. Folglich verhinderte der übliche Lackaufbau die Einwirkung korrosionsfördernder Medien. Die langzeitige Schutzwirkung des Lackaufbaus ist jedoch begrenzt, weil Beschichtungen nie gänzlich diffusionsdicht gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf sind.

An zwei Proben wurde die Korrosionsschutzwirkung des nachträglichen Verzinkens in Flanschen untersucht (Vermeidung von Spaltkorrosion, Kriechfähigkeit des Elektrolyts usw.). Dazu wurden unverzinkte Bleche abgekantet, mittels Widerstandspunktschweißung verbunden und anschließend lackiert. Nach definierter Korrosionsvorschädigung durch Klimawechsel- und Salzsprühtest fand sich, wie erwartet, Korrosion in den Spalten. Beim darauf folgenden Verzinken einer der beiden Proben stellte sich eine reinigende und Korrosion lösende Wirkung des bei E-Zinc und Re-Zinc verwendeten Elektrolyts heraus: Im Spalt vorhandene Korrosionsprodukte wurden beim nachträglichen Verzinken in dem für die Anode erreichbaren Bereich gelöst und entfernt.

Steinschläge und Kratzer

In diesem Zustand wurden beide Proben (unverzinkt und nachverzinkt) in den Langzeit-Bewitterungstest gegeben. Im Spalt der nicht verzinkten Probe entstand dadurch im Gegensatz zur nachverzinkten Probe deutlich erkennbare Korrosion. An beiden Proben (verzinkt und nicht ver-zinkt) korrodierte die Spaltrückseite.

An zwei weiteren Proben wurde die korrosionsschützende Wirkung des nachträglichen Verzinkens bei mechanisch beschädigten Lackflächen (zum Beispiel durch tiefe Kratzer und Steinschläge) untersucht. Eine Probe wurde vor dem Lackieren verzinkt, die Vergleichsprobe dagegen nicht. Der Lackaufbau beider Proben wurde anschließend gezielt mit einer Prüfspitze verkratzt und mit Split wurden Steinschläge eingebracht. Nach dem Klimawechsel- und Salzsprühtest war an der nicht verzinkten Probe in den Kratzern stellenweise Korrosion vorhanden und unter einer geöffneten Lackblase fand sich eine kreisförmige Korrosionsstelle mit einem Durchmesser von etwa vier Millimetern. Unterhalb eines Kratzers und an einzelnen Steinschlägen fanden sich ebenfalls korrodierte Flächen. Folg-lich zeigt sich eine korrosionsschützende Wirkung des nachträglichen Verzinkens, wenn der Lackaufbau instandgesetzter Bereiche, beispielsweise durch Steinschläge oder Kratzer, beschädigt wird.

Wirkung auf porösen Oberflächen

Näher betrachtet wurde zudem die Kor-rosionsschutzwirkung der Verzinkung auf porösen Oberflächen (beispielsweise an Schutzgasschweißnähten). Durch die feste Einspannlage der unlackierten Proben beim Salznebel in der Testkammer kor-rodierten Ober- und Unterseiten der Pro-ben unterschiedlich stark. Der Vergleich jeweils der Oberseiten an verzinkter und unverzinkter Probe zeigt, dass Unterschiede hinsichtlich der Korrosionsstärke minimal sind. Zurückzuführen ist der fast gleiche Korrosionsgrad mit einer nahezu vollständig aufgelösten Zinkschicht auf der Oberseite durch aggressive Medien im Salznebeltest. Die Unterseiten der Proben wurden im Salznebeltest dagegen nicht direkt mit aggressivem Niederschlag be- deckt, die Korrosionsbelastung ist daher gegenüber den Oberseiten geringer und es zeigen sich Unterschiede hinsichtlich der Korrosionsschädigung. An der Schweißnaht auf der Unterseite der verzinkten Probe ist an den Stellen, an denen die Zinkschicht gelöst wurde, punktförmig leichte Kor-rosion vorhanden. Dagegen enstand an der nicht verzinkten Probe an der unbehandelt gebliebenen Schweißnaht flä-chige Korrosion.

An zwei weiteren Proben wurde untersucht, inwieweit nachträgliches Verzinken an Blechen korrosionsschützend wirkt, an denen im Zuge einer Instandsetzung bereits Korrosion entfernt wurde. Die Proben stammen aus einem hinteren Radlauf eines VW Passat B5. Sie wurden an der äußeren Seite metallisch blank geschliffen und zur definierten Vor-schädigung unverzinkt einem Klimawechsel- und Salzsprühtest unterzogen. Die dadurch erzeug-ten Korrosionsrückstände wurden von beiden Proben mit einer Drahtbürste und Schleifpapier entfernt und eine Probe nachträglich verzinkt. Hierbei zeigte sich erneut eine Rost lösende Wirkung des bei E-Zinc und Re- Zinc eingesetzten Elektrolyts. Im Witterungstest zeigten sich Unterschiede in Bereichen mit Lackabplatzungen, die durch die mechanische Ein-spannung im Versuchsaufbau entstanden: Während die Oberfläche der verzinkten Probe korrosionsfrei blieb, bildete sich am nicht verzinkten Radlauf Korrosion. An beiden Proben bildete sich Kantenrost.

Um die Wirkung auch geringer Mengen Salz auf nachträglich aufgebrachte Zinkschichten zu prüfen, wurden zwei weitere Blechproben der realen Witterung ausgesetzt und während einer Regenphase mit Salz bestreut. Hierbei entstand innerhalb weniger Stunden sowohl an der nicht verzinkten als auch an der nachträglich verzinkten Probe Korrosion. Damit be- stätigt sich die oben festgestellte Korrosionsempfindlichkeit auch nachträglich verzinkter Stahloberflächen bei Einwirkung von Salz. Nachträglich verzinkte Oberflächen müssen, wie gespachtelte Flächen auch, durch geeignete Beschichtung vor Feuchtigkeit und aggressiven Medien geschützt werden.

Form und Größe sind entscheidend

Nachverzinken ist mit den derzeitig an- gebotenen Geräten jedoch nur an direkt zugänglichen Stellen möglich, wobei die Form und Größe der Anode ein entscheidendes Kriterium für die Praxistauglichkeit ist. Beim Re-Zinc-System ist vorteilhaft, dass eine flexible und relativ kleine Anode eingesetzt werden kann, welche eine bessere Zugänglichkeit an engen Stellen und Spalten ermöglicht. Das ist mit Dalic nur eingeschränkt möglich, weil die Anode wesentlich größer ist. Zum Ver-zinken größerer ebener Flächen sind die Anoden aller Geräte gleich gut geeignet.

Eine nachträglich aufgebrachte Zinkschicht ist mit verschiedenen Füllstoffen (Zinn und Spachtel) gleichermaßen ver-träglich. Unterschiedliches Korrosionsverhalten wurde hier nicht beobachtet.

Helge Kiebach

Für die Praxis

Erkenntnisse des KTI

Es sollte ein stromgeregeltes Spannungsversorgungsgerät eingesetzt werden. Bei Nutzung der Fahrzeugbatterie als Spannungsquelle verlängert sich die Bearbeitungszeit und der Zinkauftrag schwankt.

Um Kantenkorrosion zu vermeiden, sollten Schnitt- und Bördelkanten beim Nachverzinken besonders gründlich bearbeitet werden.

Um der Versprödung höchstfester Stähle vorzubeugen, sollten crashrelevante Bauteile nicht nachträglich verzinkt werden.