Grundlagen des Korrosionsschutzes durch Verzinken

Die sorgenlose Zeit ist auch für den murena vorbei, in Anhängigkeit der Betriebsbedingungen waren die murena Chassis schon in den 90'ern verrostet. Bei fast allen Chassis, die nicht trocken gelagert und im Winter benutzt wurden, ist also Korrosion schon ein Thema.
Theo Munckhof hat das Lager bei Delcourt besucht und noch in der Dämmerung festgestellt, daß die seit Jahren ungeschützt im Freien stehenden neuen Chassis "nur leicht verrostet" sind! Bei diesen Chassis handelt es sich um 2. oder 3. Wahl Chassis, die unter Anderem Beschädigungnen hatten (Beulen, Kratzer) und die wohl durch das Verzinken so verzogen waren, daß sie für die Produktion nicht taugten. Matra hat den Kunden also nicht wie die restliche Industrie die Unfallwägen aus der Produktion untergeschoben! Die Tatsache, daß diese Chassis nur dem Regen ausgesetzt zu korrodieren beginnen, sollte nachdenklich machen. Denn die frei belüfteten Teile neigen weniger zum Korrodieren, als eine geschlossene Karosserie mit Dämmaterial. Auch die Fernkorrosionsschutzwirkung des Zinkes konnte hier nicht mehr helfen.

Je nach Pflege, Umgangsgewohnheiten und Lagerung kann das Chassis aber noch einige Jahre oder immer rostfrei sein. Das gleiche sieht man an dem Porsche 911 (Oldtimer-Markt 12/2000). Trotz zusätzlicher Lackierung blüht es hier auch schon bei weniger gepflegten Exemplaren (von denen es beim murena ja reichlich gibt). Auch Lennart Sorth hat, genau wie Theo, schon Rostprobleme im Motorraum und den Scheinwerferbefestigugen des murena. Lennart hat auch eine sehr treffende Aussage gemacht, die ich schon von einem Chemie Professor zuvor gehört habe:

Zink hilft nicht gegen Korossion, sondern verlangsamt sie nur um den Faktor 20!

Das Marketing hat uns schon ganz schön vernebelt! "Zink statt Rost" und alle glauben es. Dabei darf man nicht vergessen, daß Zink unedler als Eisen ist, also noch leichter vom sauren Regen und der Salzrückstände zersetzt wird.

Eisen ist ein altbewährter Werkstoff, dessen Eigenschaften gut erforscht und mit entsprechenden Formelwerk bestimmbar sind. Durch die große Verbreitung ist dieses Material preiswert und es läßt sich vielfältig verarbeiten. Da in unseren KFZ sehr viel Eisen verwendet wird, soll auf der folgenden Seite eine Einführung in den Korrosionschutz gegeben werden, mit der Erklärung, warum Verzinken eine geeignete Möglichkeit ist.

Übrigens:
Wußten Sie schon, daß die ca. 20 kg Zink am Chassis des murenas für eine 45% höhere Stabilität des Rahmens sorgten?

Technische Umsetzung des Korrosionsschutzes

Was ist Korrosion

Bevor man sich Gedanken über Sinn und Zwecks des Korrosionsschutzes macht, sollte man erst die Ursache und Wirkung verstehen: was ist Korrosion? Blöde Frage! Roscht isches! Ja, so ungefähr, aber was ist schlecht an Korrosion? Hierfür muß man das jeweilige Einsatzgebiet und Material betrachten. Prinzipiell entsteht bei Korrosion eine Oxidschicht, wie der Name also sagt eine Verbindung des Grundwerkstoffes mit Sauerstoff, also eine Oxidation, so wie der Kraftstoff bei der Verbrennung oxidiert, was ja gewollt ist. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten das Material abzutragen, wie zum Beispiel das Auflösen in Säure (die Batteriesäre läßt grüßen), was genauso schädlich für die Struktur ist.

Was ist so schlecht an Korrosion? Teilweise nichts, manche Oxidschichten passivieren den Grundwerkstoff, wie zum Beispiel bei Aluminium oder Edelstahl. Bei Aluminium gibt es sogar ein Verfahren zur künstlichen Verstärkung der Oxidschicht, das Eloxieren. Hierbei lassen sich auch verschiedenen Farben erzeugen. Bei Edelstahl schützt die Oxidschicht des Legierungselementes Chrom (Chromoxid) vor weiterer Oxidation. Durch die Chrombeschichtung von Eisen kann auch ein dekorative Oberfläche erzeugt werden, dazu ist allerdings eine spezielle Unterbehandlung nötig. Früher wurden Chromschichten oft auf mechanisch beanspruchte Metallteile (Stoßstangen) aufgebracht, der Grund kommt weiter unten. Der Grund warum man heute davon abgekommen ist sei hier schon erwähnt: man versucht heute leichter zu bauen und ersetzt die Teile durch Kunststoff, außerdem ist das Verchromen eine relativ teure Methode des Korrosionsschutzes.

Während die Oxidschicht von Aluminium und Chrom ein geringeres Volumen als der Grundwerkstoff hat, womit diese fest haftet und dadurch das Eindringen von Sauerstoff und andere Medien behindert, hat die Oxidschicht von Eisen allerdings ein größeres Volumen als der Grundwerkstoff. Bei der Oxidation platzt die Eisenoxidschicht ab einer bestimmten Dicke regelrecht ab, Material wird abgetragen. Da in der Regel das vorhandene Material eine Daseinsberechtigung hatte (wer hat schon einen 10 mm dicken Kotflügel?) ist diese Korrosion schädlich und führt bei tragenden Teilen dazu, daß die umliegenden Teile stärker beansprucht und früher zerstört werden.

Möglichkeiten des Korrosionsschutzes

Um bei korrosionsempfindlichen Werkstoffen den Materialabtrag zu vermeiden gibt es mehrere Verfahren. Hier werden nicht alle genannt.

• Das Material nicht einer schädlichen Umgebung aussetzen. So wie zum Beispiel die blanken Metallteile, die in meinem trockenen Hobbykeller selbst nach einem Jahr nicht korrodieren, das ist bei einem KFZ nicht möglich.
• Das Material mit der Oxidschicht passivieren. Das geht nur bei entsprechenden Grundmaterialien, deren Oxidschicht fest haftet wie oben genannt.
• Ersatz durch korrosionsbeständige Materialien. Dies hat in den letzten Jahren schon Einzug gehalten, man denke an die Vielzahl der Kunststoffteile bei einem KFZ.
• Das Material mit anderen Werkstoffen vor dem Einfluß der schädlichen Umgebung schützen.

Gerade der letzte Punkt ist die gängiste Methode. Dabei gibt es mehrere Möglichkeiten, eine Beschichtung mit Metallen oder Kunststoffen.

Kunststoffbeschichtungen

Durch die Beschichtung mit Kunststoffen (Pulverbeschichtung, KTL Lackierung, Lackierung) soll das Eisen vor direktem Kontakt mit den korrosiven Elementen bewahrt werden. Die Erfahrung zeigt, daß dies eine sehr gründliche Vorbereitung benötigt, damit die Kunststoffschicht gut haftet. Die gängiste Methode ist das Phosphatieren, womit das Metall eine mikro- Rauhigkeit bekommt, an der die anschließende Schicht gut haftet. Das bei Automechanikern und Lackieren beliebte und mangels besseren Wissens verbreitete Aufsprühen von Farbe auf das blanke Blech hat den bekannten Korrosionsschutz eines KFZ aus den 70'ern zur Folge. Ich erwähne hier nur "Fachleute", der Hobbyschrauber muß das ja nicht wissen. Das Ergebnis ist aber gleich schlecht. Die Langzeitwirkung ist dann wieder von den Kunststoffschichten abhängig. Eine dünne Schicht Acryllack wird drei Jahre (hält also gerade die Gewährleistungsfrist aus) wirken, dann kommt es auch durch Diffusion durch die Lackschicht zur Korrosion. Die Grundierung ist hier also sehr wichtig. Auch durch Verwendung eines 2K Lackes oder 1K Kunstharzlackes bringt oft schon ein besseres Ergebnis. 2K Lacke härten schneller aus (kein Lösungsmittel, sondern chemische Aktivierung des Harzes) und können so schneller verwendet werden.

Nachteile von Kunststoffbeschichtungen
Diese sind mechanisch nicht unendlich belastbar, also durch Steinschläge, Reibung oder Ähnliches kann die Kunststoffschicht beschädigt werden.

Vorteile von Kunststoffbeschichtungen
Sie sind chemisch sehr gut beständig gegen Sären und Laugen, sowie sonstigen Umwelteinflüssen.

Metallbeschichtungen

Die Wirkungsweise durch die Beschichtung mit Metallüberzügen wird hier nicht genauer erklärt, man kann dies bei Interesse in Fachbüchern nachlesen. Es gibt jedoch zwei Hauptmethoden: elektrochemische Beschichtung und Aufschmelzen (PVD mit Pistolen, oder in Schmelze tauchen) auf das Grundmaterial.

Bei der Beschichtung mit edleren Metallen besteht die Gefahr, daß bei deren Beschädigung der Grundwerkstoff zuerst korrodiert wird. Jeder kennt Weißblech (Konservendosen, oder Autoblech nach einer Reparatur mit Verzinnung). Bei einer Beschädigung wird die gesamte Oberfläche des unedleren Metalls korrodiert, dann löst sich erst die Deckschicht ab. Besser sind unedlere Überzüge, die als "Opferanode" dienen. Die Opferanode wirkt auch über einen kleinen Bereich des blanken Bleches (siehe Schiffsbau), der Grundwerkstoff ist selbst bei Beschädigung der Schutzschicht noch nicht der Korrosion ausgesetzt. Jedenfalls solange nicht, bis die unedlere Schicht wegkorrodiert ist. Also wäre es auch sinvoll diese Schutzschicht selber durch einen gut haftenden Kunststoffüberzug vor Korrosion zu schützen. Das ist allerdings doppelt gemoppelt und für die spezifizierte Lebensdauer oft nicht nötig (siehe murena Rahmen, der blank über 15 Jahre ohne Korrosion überlebt hat.

Nachteile von Metallbeschichtungen
Die Schutzwirkung dauert nur so lange an, wie die Beschichtung selber auf dem Werkstück existent ist, da der Metallüberzug wieder korodiert.

Vorteile von Metallbeschichtungen
Es ist eine sehr gute Haftfähigkeit vorhanden. Steinschläge oder Scher- und Zugkräfte (im Gewinde) sind kein Problem. Die glatte Oberfläche an Gewinden erhöht die Schraubenvorspannung bei gleichem Anzugsmoment.

Verzinkung

Warum wird Zink als Korrosionsschutz für Eisenbauteile häfig verwendet?

• Zink ist relativ preiswert.
• Zink ist ungiftig, auch im Produktionsverfahren!
• Es haftet gut auf Einsen.
• Beim Feuerverzinken entsteht eine extrem harte, µm dicke Zwischenschicht (Zn/Fe-Legierung), deren Härte und Verschleißfestigkeit der eines vergüteten Stahles entspricht.

Zink hat sogar die Fähigkeit über eine kleine Strecke blanke Matallteile zu schützen, wie zum Beispiel den Schnittkanten eines vorverzinkten Bleches, oder einem Kratzer. Beispiele für diese Fähigkeit:

Also hat Matra bei der Methode eine sehr langlebige Wahl getroffen, die aber wieder konstruktive Besonderheiten mit sich bringt.

Es gibt also zwei Methoden der Zinkbeschichtung, die galvanische Verzinkung (elektrochemisch) und das Aufschmelzen einer Zinkschicht durch Tauchverzinken oder Spritzverzinken.

Eigenschaften der Verzinkungsmethoden im Vergleich (Stand 1998)

Bei galvanisch verzinkten Teilen spricht man oft von "technischer Ware", da dies bei Teilen mit Funktionen und Passungen verwendet wird, wie Scharniere, Schrauben und Muttern... Diese werden zusätzlich noch mit einer Chromatschicht geschützt, die den Korrosionsschutz verbessert. Man kennt dies von den Schrauben, die fast nicht zu erkennende "Blauchromatschicht" oder die "Goldchromatierung", die mit der Verzinkung die höchste Lebensdauer der galvanisch aufgebrachten Schichten hat. Chomatierungen sind allerdings giftig, sollten also nicht abgeschleckt werden, bzw. nach dem Umgang mit dieser Ware sollte man sich die Hände waschen.

Der Nachteil der elektrochemischen Beschichtung ist die formabhängige Schichtdicke und meist keine Beschichtungsmöglichkeiten in Hohlkörpern (wenn man keine Elektrode im Hohlraum anbringen kann).

"Feuerverzinkte" Bauteile müssen so konstruiert sein, daß sie durch die Wärmeeinbringung nicht verziehen. Dieses Problem hat man durch Spritzverzinken nicht, die partielle Erhitzung erwärmt das Bauteil nicht so stark, es ist aber keine so dicke Zinkabscheidung möglich, was den guten Korrosionsschutz ergibt. Feuerverzinkte Teile haben keine Passflächen, da die Form und Lage der Bauteilfläche einen erheblichen Einflus auf die Schichtdicke hat.

Der große Vorteil: Hohlräume werden ebenfalls beschichtet und Blechkanten an Fälzen werden versiegelt, dadurch kann keine Feuchtigkeit durch Kapillarwirkung eindringen. Aus dem Grund ist auch der murena Rahmen so großzügig mit Schweißpunkten versehen, was ihm die enorme Stabiliät verleiht, was erst heute nach 20 Jahren bei Fahrzeugen mit laserverschweißten Blechteilen erreicht wird (Schweißnaht). Zusätzlich verstärkt die harte Eisen/Zinkschicht die Struktur gegenüber einer unbehandelten Blechstruktur.

Problem bei verzinktem Material

Die Haftung der anschließenden Lackschicht ist auf einer frischen Zinkschicht bei Feuerverzinkungen durch die abgeschlossene Kristallstruktur relativ schlecht. Zu spüren bekommt man das beim murena vor allem an der A-Säule und dem Scheibenrahmen, wo sich durch die mechanische Belastung bei Verwindung der Lack und der Klebung an der Frontscheibe in Kombination mit der ungünstigen Formgebung und Abdeckung lösen kann. Siehe hierzu auch das Kapitel Frontscheibe. Die Haftung kann durch natürliche oder künstliche Korrosion verbessert werden. Dabei wird die Oberfläche aufgerauht. Technisch kann dies durch Phosphatierung erreicht werden. Eine anschließende KTL Lackierung (kataphoretische Tauchlackierung) wobei das Werkstück die Kathode ist und in einen "Wasserlack" getaucht wird, ergibt eine dünne, porenfreie und überall gleichmäßig dicke Beschichtung, auch in den Hohlrämen.
Die Kombination von Verzinken und Lackieren nennt man Duplex System, damit erreicht man die beste Lebensdauer des Korrosionsschutzes.

Problemstellen des murena Rahmens

Wie schon in den vorherigen Kapiteln beschrieben, hat auch ein feuerverzinktes Teil keine unendliche Lebensdauer, da die Zinkschicht ihrerseits oxidieren kann. Beim murena gibt es da einige Gründe und Schwachstellen, die auch Matra schon bekannt waren:

Bei Wintereinsätzen erreicht die Salzwasserlösung alle Ritzen des Motorraumes. An und für sich ist das im Winter bei niedriger Temperatur kein Problem, da die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxiadation temperaturabhängig ist. Aber diese Salzschicht bleibt dort und auch im Winter erwärmt sich der Motorraum beim abgestellten Fahrzeug auf Plusgrade. Durch die besondere Lage des Motors und der Form des Motorraumes beginnt der Abbau der Zinkschicht. Dies ist auch in der durch Strahlungswärme beheizten Doppelboden des Kofferraumes zu beobachten, der bei winterbenutzen Fahrzeugen immer rostig ist. Aus dem Grund wurden alle Motorräume zum Großteil mit Unterbodenschutz beschichtet. Leider nicht in den Hohlrämen an den Radaufhängungen..., siehe auch das Bild rechts mit dem Kreis. Im Innenraum dieses Hohlraumes gammelt es lange vor sich hin.

Interessante Links:

• Online Fachartikel zu Oberflächenbehandlung.
• Infos und Bilder zu meinem 81'er Chassis sind unter diesem Link auf Michaels Homepage zu finden