Thermisch verzinken
Thermisch verzinken (tZn, ook wel HDG - hot dip galvanizing, vuurverzinken of feuerverzinken) is een populaire oppervlaktebedekking voor stalen bevestigingsmaterialen. De methode biedt een zeer solide en duurzame corrosiebescherming. Het thermisch verzinken van stalen onderdelen is genormaliseerd in ISO 1461, maar voor bevestigingsmaterialen bestaat de specifieke norm ISO 10684.
In een notendop is het thermisch verzinkproces nogal eenvoudig – de bevestigingsmaterialen worden in een bad van gesmolten zink gedoopt (normale temperatuur 455-480°C, hoge temperatuur 530-560°C), gecentrifugeerd om overtollig zink te verwijderen en in water afgekoeld zodat het zink stolt. Dan blijft een zinklaag (40 tot 70 micron) op de producten achter, relatief dik vergeleken met elektrolytisch verzinken (3 tot 20 micron). Moeren worden op dezelfde manier thermisch verzinkt, maar wel vóórdat de schroefdraad is getapt. Interne schroefdraad wordt altijd getapt na thermisch verzinken. Dit laat de interne schroefdraad wel onverzinkt, maar dit heeft geen nadelige effecten op de corrosieweerstand. Dit wordt hieronder toegelicht. Het thermisch verzinkproces wordt algemeen beschouwd als geschikt voor bevestigingsmaterialen met diameter M 8 of groter.
In een notendop is het thermisch verzinkproces nogal eenvoudig – de bevestigingsmaterialen worden in een bad van gesmolten zink gedoopt (normale temperatuur 455-480°C, hoge temperatuur 530-560°C), gecentrifugeerd om overtollig zink te verwijderen en in water afgekoeld zodat het zink stolt. Dan blijft een zinklaag (40 tot 70 micron) op de producten achter, relatief dik vergeleken met elektrolytisch verzinken (3 tot 20 micron). Moeren worden op dezelfde manier thermisch verzinkt, maar wel vóórdat de schroefdraad is getapt. Interne schroefdraad wordt altijd getapt na thermisch verzinken. Dit laat de interne schroefdraad wel onverzinkt, maar dit heeft geen nadelige effecten op de corrosieweerstand. Dit wordt hieronder toegelicht. Het thermisch verzinkproces wordt algemeen beschouwd als geschikt voor bevestigingsmaterialen met diameter M 8 of groter.
De grote hoeveelheid zink zorgt voor een uitstekende corrosiebestendigheid in normale buitenomgevingen, maar het nadeel ervan is dat de laagdikte aanzienlijk groter is dan de schroefdraadtolerantie toelaat. Dit vormt een probleem voor alle schroefdraadartikelen.
Om dit probleem het hoofd te bieden voorziet ISO 10684 in twee oplossingen. Beide behelzen aanpassingen in de basisafmetingen van bevestigingsmaterialen met schroefdraad.
Eén oplossing is een systeem waarbij de bevestigingsmaterialen met externe schroefdraad (bouten) worden vervaardigd met een grotere fundamentele deviatie (de schroefdraad wordt iets dunner gemaakt). Na het thermisch verzinken past de verzinkte externe schroefdraad in een interne schroefdraad met tolerantieklasse 6H (de ‘normale’ tolerantie voor een moer). De afmetingen en tolerantie voor externe schroefdraad volgens dit systeem zijn vastgelegd in de norm ISO 965-4. De tolerantieklasse is 6az (vóór het thermisch verzinken) en het systeem wordt in het algemeen aangeduid als het ISO passende systeem. Artikelen met buitendraad worden gemerkt met hun sterkteklasse en aanvullend de letter “U”.
De andere oplossing die door ISO 10684 wordt aangedragen is de interne schroefdraad (moeren) een klein beetje groter (overmaats) uit te voeren. Op deze manier past deze op een thermisch verzinkte buitendraad (bout). Dit is het z.g. overmaatse systeem. De afmetingen en toleranties van dergelijke binnendraad is genormaliseerd in ISO 965-5, de schroefdraadtolerantie is 6AZ. Moeren moeten worden gemerkt met hun sterkteklasse en aanvullend de letter “Z”.
Het is erg belangrijk beide systemen nooit te mengen. Dit kan leiden tot passingsproblemen (overmaatse bout met ISO passende moer) of tot kritieke reductie van de sterkte van een verbinding (ISO passende bout met overmaatse moer).
Bron: Thielco Metal Coating
Belastbaarheid van thermisch verzinkte bevestigingsmaterialen
Over het algemeen worden de mechanische eigenschappen van bouten volgens ISO 898-1 en moeren volgens ISO 898-2 niet beïnvloed door het thermisch verzinken. ISO 10684 maakt alleen een uitzondering voor diameters M 8 en M 10 (in Annex A). Voor deze afmetingen neemt de belastbaarheid met circa 20% af. Details zijn te vinden in ISO 10684.
Voor de nog steeds veelgebruikte moeren volgens DIN 934 voor het thermisch verzinken wordt niet naar ISO 10684 verwezen, maar naar de (teruggetrokken) norm DIN 267-10. Deze norm staat voor thermisch verzinkte bevestigingsmaterialen een verminderde belastbaarheid toe voor alle diameters. De belastbaarheid van een bout/moer verbinding met moeren volgens DIN 934 wordt verminderd met ongeveer 5% voor de grootste genormaliseerde diameter (M 36). Deze waarde neemt gradueel toe tot 20% voor de kleinste genormaliseerde diameter (M 6). Specifieke informatie staat in DIN 267-10. Vanwege de afwijkingen in de schroefdraadtoleranties staat de norm bovendien toe dat de schroefdraad van de bout stript bij de minimale grenswaarde van de trekbelasting.
Atmosferische corrosie bij thermisch verzinkt staal
Als de coating wordt blootgesteld aan de atmosfeer bouwt zich een laag van corrosieproducten op (zink patina). Dit bestaat grotendeels uit zinkcarbonaat dat corrosie verder vertraagt omdat het vrijwel onoplosbaar is. Als thermisch verzinkt staal voor lange tijd vochtig blijft en er onvoldoende luchtcirculatie is, kan zich een volumineus, wit, zinkcorrosieproduct (“witte roest”) ontwikkelen. Dit is minder wenselijk bij overschilderen of vanuit esthetisch oogpunt. De vorming van witte roest kan worden onderdrukt door geschikte opslag en verpakking of, indien noodzakelijk, door het zink in te oliën of te passiveren in chroomzuur.
Invloed van het klimaat op de beschermingsduur van thermisch verzinkt staal
De tijd dat staal wordt beschermd tegen corrosie is proportioneel met de zinklaagdikte en hangt verder af van de klimaatcondities zoals is te zien in de onderstaande grafiek. Algemeen wordt de beschermingsduur van de zinklaag gezien als de verstreken tijd vanaf het moment van blootstelling aan de atmosfeer tot het moment dat er meer dat 5% oppervlaktecorrosie van het basismateriaal optreedt (“rode roest”).
Corrosieweerstand onder invloed van het klimaat:
C2 - Continentaal klimaat
C3 - Omgeving grote steden
C4 - Matig industrieel- of kustklimaat
C5 - Agressief industrieel klimaat
Deze grafiek geeft slechts een ruwe schatting en houdt geen rekening met lokale invloeden.
Zelfherstellende werking van thermisch verzinkte bevestigingsmaterialen
Indien de zinklaag raakt beschadigd, zal deze in normale atmosferische omstandigheden proberen het blootgestelde materiaal te beschermen.
Omdat zink minder edel is dan staal, zal het zink eerst in oplossing gaan en daarbij het basismateriaal blijven beschermen, totdat al het zink uiteindelijk is opgelost.
Op plaatsen waar er gaten of scheuren van 1,5 tot 2 mm in de zinklaag zitten, of op kale plekken tot ca 10 mm2, blijft het staal beschermd dankzij de kathodische brug, een elektrochemisch proces. Het zink biedt een opofferende bescherming en de onbeschermde gebieden zullen worden bedekt door nieuw gevormde zinkzouten. Een goed voorbeeld van deze bescherming is de schroefdraad van thermisch verzinkte moeren waarvan de draad pas na het verzinken wordt getapt. De zinklaag van de bout neemt de bescherming van de onbedekte interne schroefdraad volledig over. Een ander belangrijk aspect van deze kathodische bescherming is dat geen corrosie optreedt onder de zinklaag.
Schematische voorstelling van de ‘kathodische brug’:
Verven van thermisch verzinkte oppervlakten
Een duplex systeem is een combinatie van thermisch zink en verf. Het biedt een goede oplossing in zeer agressieve milieus (bijv. dicht bij de zee of in een zure omgeving), als onderhoud en reparaties vrijwel onmogelijk uit te voeren zijn of als een specifieke kleur is gewenst. Dit systeem kan een 1,5 tot 2,5 keer langere bescherming bieden dan de som van beide afzonderlijke systemen. Wordt de thermische zinklaag goed ontvet, dan biedt deze een prima hechtende ondergrond voor vele verschillende verfsoorten.