Diskontinuierliches Feuerverzinken - das Stückverzinken - ist das Aufbringen eines Zinküberzuges auf Stahl oder Gußteile durch Eintauchen der vorbereiteten Werkstücke in geschmolzenes Zink. Unabdingbare Voraussetzung für ein einwandfreies Verzinkungsergebnis sind u.a. folgende Parameter:

• feuerverzinkungsgerechte Konstruktion und Fertigung
• Berücksichtigung der maximalen Abmessungen
• Einhaltung der maximalen Transportgewichte
• Auswahl geeigneter Werkstoffe
• Berücksichtigung des Oberflächenzustandes.

Zur Erfüllung dieser Voraussetzungen muß auch der Auftraggeber seinen Beitrag leisten. So ist von ihm zum Beispiel darauf zu achten, daß die Konstruktion feuerverzinkungsgerecht konstruiert und gefertigt wird. Ebenfalls dürfen auf den Oberflächen der zu verzinkenden Teile keine "artfremden" Verunreinigungen vorhanden sein. Darunter versteht man Reste von Farbbeschichtungen, Rückstände von Schweißschlacken, Signierungen, Fertigungshilfsmitteln usw. Die zum Feuerverzinken angelieferten Stahlteile sollten auch möglichst frei von Ölen und Fetten sein. Bei den maximalen Abmessungen der zu verzinkenden Teile sind die Maße der zur Verfügung stehenden Verzinkungsbäder zu berücksichtigen, ebenso die maximalen Stückgewichte einzelner Bauteile, die durch die Leistungsfähigkeit der Hebezeuge und Fahrzeuge eingeschränkt werden.

Die meisten Feuerverzinkungsunternehmen in der Bundesrepublik Deutschland sind Service-Betriebe, die als Lohnverzinkereien im Auftrage ihrer Kunden arbeiten und somit fremdes Gut gegen Entgelt vor Korrosion schützen. Die nachstehend beschriebenen Verfahrensschritte sind beispielhaft erläutert. Nach den jeweiligen betrieblichen Gegebenheiten können geringfügige Abweichungen auftreten (Abb. 2). Bei Anlagen zum Feuerverzinken von Kleinteilen können teilweise erhebliche Änderungen des Verfahrensablaufs auftreten. Nach der Anlieferung der zu verzinkenden Teile in der Feuerverzinkerei und einer notwendigen Eingangsprüfung werden die Werkstücke zunächst zu Chargen möglichst gleichartiger oder ähnlicher Bauteile zusammengestellt, damit ein wirtschaftliches Verzinken möglich ist. Entfetten/Spülen Teile, die Rückstände von Fetten und Ölen aufweisen, können in einem Entfettungsbad oder auf andere geeignete Weise gereinigt werden. Als Entfettungsmittel kommen üblicherweise wäßrige alkalische oder saure Entfettungsmittel zur Anwendung. Anschließend erfolgt ein kurzes Eintauchen in ein Wasserbad, um das Verschleppen von Entfettungsmitteln mit dem Verzinkungsgut zu vermeiden.

» Beizen
Der nächste Schritt ist eine Beizbehandlung zur Entfernung von arteigenen Verunreinigungen (z. B. Rost und Zunder) von der Stahloberfläche. Das Beizen erfolgt üblicherweise in verdünnter Salzsäure. Die Dauer des Beizvorgangs richtet sich nach dem Verrostungsgrad des Verzinkungsgutes und der Arbeitskonzentration der Beize. Die Beizbäder werden im Regelfall bei Raumtemperatur betrieben.

» Spülen
Nach dem Beizen erfolgt ein erneuter Spülvorgang in einem Wasserbad, um die Möglichkeit, daß Säure- und Salzreste mit dem Verzinkungsgut verschleppt werden, zu minimieren.

» Fluxen
Dem Spülbad schließt sich ein Flußmittelbad an. Aufgabe des Flußmittels ist es, eine letzte, intensive Feinreinigung der Stahloberfläche vorzunehmen. Ähnlich wie z. B. bei Lötverbindungen, bei denen in der Regel auch Flußmittel eingesetzt werden, erhöht das Flußmittel auch die Benetzungsfähigkeit zwischen der Stahloberfläche und dem schmelzflüssigen Zink. Das Flußmittel besteht meistens aus einer wäßrigen Lösung von Chloriden, am häufigsten einer Mischung aus Zink- und Ammoniumchlorid. Werkstoff- und produktabhängig können Flußmittel auf unterschiedliche Weise aufgetragen werden. So ist es zum Beispiel möglich, das Flußmittel auch direkt flüssig oder in Pulverform auf die Werkstoffoberfläche zu sprühen oder das Verzinkungsgut durch eine aufgeschäumte, auf dem Zinkbad schwimmende Flußmitteldecke hindurch in die Schmelze einzutauchen.

» Trocknen
In den meisten Fällen folgt dann eine Trockenstation, in welcher der Flußmittelfilm mittels Wärme aufgetrocknet wird. Zur Erwärmung von Entfettungsbädern und Trockenöfen wird in vielen Feuerverzinkereien die Abwärme aus der Beheizung des Verzinkungskessels mitgenutzt.

» Feuerverzinken
Nach der Flußmittelbehandlung bzw. dem Trocknen wird das Verzinkungsgut in die flüssige Zinkschmelze getaucht. Zink hat eine Schmelztemperatur von ca. 419 °C; die Betriebstemperatur eines Verzinkungsbades liegt in den meisten Betrieben zwischen 440° bis 460 °C; in besonderen Fällen auch bei mehr als 530 °C (Hochtemperaturverzinkung). Der Zinkgehalt der Schmelze liegt gemäß DIN EN ISO 1461 bei mindestens 98%. Beim Verzinkungsvorgang bildet sich als Folge einer wechselseitigen Diffusion des flüssigen Zinks mit der Stahloberfläche auf dem Stahlteil ein Überzug verschiedenartig zusammengesetzter Eisen-Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen der feuerverzinkten Gegenstände bleibt auf der obersten Legierungsschicht noch eine - auch als Reinzinkschicht bezeichnete - Schicht aus Zink haften, die in ihrer Zusammensetzung der Zinkschmelze entspricht. Nach dem Eintauchen des Verzinkungsgutes in das geschmolzene Zink verbleiben die Teile im Zinkbad, bis sie dessen Temperatur angenommen haben. Nachdem das Flußmittel nun „abgekocht" ist, wird die Oberfläche des Zinkbades von Oxiden und Flußmittelresten gereinigt: bevor dann das Verzinkungsgut wieder aus der Zinkschmelze herausgezogen wird (Abb. 3).

» Kühlen, Kontrollieren
Die nun noch sehr heißen feuerverzinkten Stahlteile kühlen entweder an der Luft oder in einem Wasserbad ab. In einem letzten Schritt wird dann das fertig verzinkte Material gewogen, da im Regelfall das verzinkte Gewicht die Basis für die Preisermittlung des Unternehmens bildet. Vor der Auslieferung wird die Güte der Feuerverzinkung kontrolliert. Bei Bedarf erfolgt dann noch ein Verputzen der Teile, d.h. es werden, falls nötig. Zinkspitzen und Unsauberkeiten auf dem Zinküberzug beseitigt. Eventuell noch vorhandene Reste von Zinkasche und Flußmitteln werden entfernt.

Ein wesentliches Kriterium für die Güte einer Feuerverzinkung ist die Dicke des Zinküberzuges: sie wird in µm gemessen (l µm = l/l 000 mm), seltener als flächenbezogene Masse in g/m² angegeben. In DIN EN ISO 1461 "Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)" sind die Mindestwerte der geforderten Überzugsdicken angegeben, wie sie je nach Materialdicke beim Stückverzinken zu liefern sind (Abb. 4). Etwaige Fehlstellen im Zinküberzug sind norm- und fachgerecht, vorzugsweise durch Thermisches Spritzen oder durch geeignete Zinkstaubbeschichtungsstoffe auszubessern. Werden insbesondere an das Aussehen und die Dicke von Zinküberzügen oder an ihr Haftvermögen besondere Anforderungen gestellt, so sind hierüber zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer Vereinbarungen zu treffen.

Anlagen zum Stückverzinken sind zum Feuerverzinken von Serienprodukten in einigen Bereichen automatisiert worden. Teil- oder vollautomatische Verzinkungsanlagen gibt es für die Verzinkung von Rohren bzw. Stahlprofilen, sowie für Kleinteile (Schrauben, Muttern, Drahtstifte usw.).

Beim Feuerverzinken von Kleinteilen hat sich in den letzten Jahren eine spezielle, automatisierte Variante des Stückverzinkens entwickelt. Prinzipiell kann man Kleinteile auch nach dem üblichen Verfahren der Stückverzinkung feuerverzinken (siehe Arbeitsblatt 1.2). Bei einer Anzahl von Produkten ist jedoch die dabei erzielbare Qualität und Oberflächengüte nicht ausreichend. Aus diesem Grund wurden speziell für Teile, die nach dem Feuerverzinken zentrifugiert werden müssen (Schrauben, Muttern, Nägel bzw. Stifte und ähnliche Schüttgüter) automatisierte oder teilautomatisierte Verfahrensvarianten entwickelt (Abb. I).

Ein wesentlicher Unterschied zu den anderen Verzinkungsverfahren besteht aber nicht nur in den weitgehend automatisierten und/oder mechanisierten Verfahrensabläufen, sondern es wurden auch einige Verfahrensparameter verändert. So wird zum Beispiel meistens bei einer höheren Temperatur verzinkt als dieses bei der normalen Stückverzinkung der Fall ist (oberhalb ca. 530°C statt 450 °C). Eine Ausnahme dabei bildet die Feuerverzinkung von HV-Schrauben ab M27 der Festigkeitsklasse 10.9; ihre Verzinkung erfolgt bei ca. 470 °C. Unmittelbar nach dem Feuerverzinken ist ein Zentrifugieren (Schleudern) der Teile vorgesehen. Durch den Schleudervorgang wird „überflüssiges" Zink von den Teilen abgeschleudert. Dadurch werden das Paßvermögen und die Gleichmäßigkeit des Zinküberzuges auf der Bauteiloberfläche verbessert. Um ein Zusammenkleben der feuerverzinkten Teile zu verhindern, erfolgt im Regelfall das Abkühlen der Kleinteile in einem Wasserbad. Produkt- und werkstoffabhängig werden die jeweils günstigsten Zinkbadtemperaturen oder Schleuderbedingungen ausgewählt. Maximale Größe und Gewicht der zu verzinkenden Kleinteile sind abhängig von den jeweils vorhandenen Einrichtungen, insbesondere der Aufnahmefähigkeit der Zentrifuge. Es muß deshalb bezüglich Größe und Gewicht eine Abstimmung mit der Verzinkerei erfolgen. Aufgrund der bei dieser Verfahrensvariante höheren Zinkbadtemperatur, bei der die üblichen Stahlwannen für die Aufnahme der Zinkschmelze nicht eingesetzt werden können, muß im Regelfall mit keramisch ausgekleideten Verzinkungsbädern gearbeitet werden. In Sonderfällen wird von Feuerverzinkereien auch das Verzinken in speziellen Badlegierungen der Zinkschmelze angeboten (z. B. Zn-AI-Legierung). Hierdurch wird die Korrosionsbeständigkeit verbessert.

Grundsätzlich gilt auch für das Feuerverzinken von Kleinteilen mit Ausnahme der mechanischen Verbindungselemente (zum Beispiel Schrauben und Muttern) die Verzinkungsnorm DIN EN ISO 1461 "Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)" (siehe auch Arbeitsblatt 3.1). Der Begriff des Kleinteils ist in der Norm jedoch nicht näher definiert. In der Praxis werden die Begriffe „Kleinteile" und „Schleuderware" meist synonym benutzt. DIN EN ISO 1461 schreibt neuerdings jedoch bei geschleuderten und nicht geschleuderten Teilen unterschiedliche Überzugdicken vor. Beispielsweise fordert diese Norm bei geschleuderten Teilen mit einer Dicke > 3 mm eine durchschnittliche Überzugdicke von mindestens 55 µm im Vergleich zu 70 µm bei nicht geschleuderten Teilen. Auch Kleinteile müssen aus Werkstoffen gefertigt werden, die zum Feuerverzinken geeignet sind (siehe Arbeitsblatt 2.2). Sie müssen auch feuerverzinkungsgerecht konstruiert sein. Dabei ist nicht nur der Verzinkungstechnologie Rechnung zu tragen, sondern es sind auch die besonderen Anforderungen des Zentrifugierens zu berücksichtigen. So kann z. B. das Zentrifugieren von Hutmuttern, Rohrbögen und Bauteilen mit Sacklöchern schwierig, unter Umständen sogar unmöglich werden, da sich aus den Vertiefungen das Zink nicht zuverlässig entfernen läßt.

Da durch das Zentrifugieren die sog. Reinzinkschicht nahezu vollständig entfernt wird, ergeben sich bei zentrifugierten (geschleuderten) Kleinteilen meist dünnere Zinküberzüge als bei gleichartigen Bauteilen, bei denen man auf das Zentrifugieren verzichtet. Zentrifugierte Kleinteile zeigen im Regelfall nicht das silbrig glänzende Aussehen des Zinküberzuges, wie man es von der üblichen Stückverzinkung her kennt. Die Oberfläche derartiger Kleinteile weist meist ein hellgraues bis mittelgraues Aussehen des Zinküberzuges auf. Bei diesem abweichenden Aussehen, das auch beim üblichen Stückverzinken auftreten kann, handelt es sich um einen rein optischen Effekt, der keinen Maßstab für die Güte des Korrosionsschutzes darstellt. Da das Aussehen des Zinküberzuges primär werkstoff- und bauteilabhängig ist, kann es in der Praxis vom Feuerverzinker nicht nennenswert beeinflußt werden. Bei kaltgeschlagenen oder kaltgezogenen Kleinteilen kann unter Umständen bei sehr glatten Oberflächen das Haftvermögen des Zinküberzuges verringert sein.

» Mechanische Verbindungselemente
Normenmäßig erfaßt sind hierbei die Gewinde von M6 bis M33 (Abb. 2). Durch das Feuerverzinken darf die Paßfähigkeit von Gewindeteilen selbstverständlich nicht beeinträchtigt werden. Deshalb ist bei feuerverzinkten Schrauben zum Aufbringen des Zinküberzuges ein vergrößertes Gewindespiel erforderlich. Dem wird in DIN 267, Teil 10, Rechnung getragen durch entsprechend geänderte Grundabmessungen im Bolzengewinde in Verbindung mit einer Mindestdicke des Zinküberzuges von 40 µm. Die gleiche Dicke des Zinküberzuges gilt sinngemäß auch bei Unterlegscheiben, die in der Norm nicht gesondert erwähnt sind. Muttern werden üblicherweise als Rohlinge nur mit Kerndurchgangsloch feuerverzinkt. Da die Mutterngewinde erst nach dem Feuerverzinken in den Rohling geschnitten werden, sind sie nicht feuerverzinkt. Obwohl das Mutterngewinde unverzinkt bleibt, rostet es nicht, denn den Korrosionsschutz im unverzinkten Mutterngewinde übernimmt nach der Montage der Zinküberzug des Bolzens, der mit dem Gewinde in unmittelbarem Kontakt steht. Neben herkömmlichen Verbindungselementen dürfen auch feuerverzinkte Schrauben für HV-Verbindungen (HV = hochfest vorgespannte Verbindungen) der Festigkeitsklasse 10.9, eingesetzt werden - allerdings nur als komplette Garnituren desselben Herstellers. In einigen Anwendungsbereichen sind besondere Anforderungen bei der Verwendung hochfester feuerverzinkter Schraubenverbindungen zu beachten (Abb. 3).

» Nägel, Stifte, Scheiben, Haken usw.
Der altbekannte Nagel heißt fachlich korrekt heute Drahtstift. Zum Feuerverzinken gelangen die unterschiedlichsten Formen und Abmessungen von Stiften. Da es bei Kleinteilen aufgrund einer ungünstigen Form hin und wieder vorkommen kann, daß nach dem Feuerverzinken einzelne Stücke durch das Zink miteinander verlötet werden, sollte der zulässige Anteil von solchen „zusammenklebenden" Teilen im Einzelfall vereinbart werden.

» Kleinteile aus Formstahl, Stabstahl und Blech
Kleinteile dieser Rubrik gibt es in den vielfältigsten Formen und Abmessungen. Typische Vertreter sind Schellen, Scharniere, Seilklemmen usw. Auch hier gilt, daß die verwendeten Werkstoffe und gefertigten Konstruktionen zum Feuerverzinken geeignet sein müssen.

» Ketten
Ketten werden, soweit dies gewichtsmäßig zu beherrschen ist, um einen gleichmäßigen Zinküberzug sicherzustellen und ein Verlöten der einzelnen Kettenglieder zu verhindern, ebenfalls nach dem Feuerverzinken zentrifugiert. Schwere Ketten mit großen Längen sind mitunter zu groß, um sie zu zentrifugieren, hier muß man dann auf das herkömmliche Verfahren der Stückverzinkung zurückgreifen.