Korrosionsschutzbeschichtungen: Metallische, organische und Konversionsschichten erklärt

Korrosionsschutz ist selten ein einzelner Farbanstrich. In der Praxis handelt es sich um einen Aufbau gezielt konzipierter Schichten, von denen jede eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Dieser Artikel erklärt die drei Familien von Korrosionsschutzbeschichtungen, was in einer Grundierung steckt, welche Oberflächenvorbereitung jede Familie benötigt und warum die Oberfläche darunter stimmen muss, bevor eine davon aufgebracht wird.

Drei Familien des Korrosionsschutzes

Die meisten Korrosionsschutzsysteme gehören zu einer von drei Familien. Metallische Überzüge bringen eine Opfer- oder Barriereschicht aus einem anderen Metall auf den Untergrund auf: Feuerverzinkung, thermisches Spritzen (Metallspritzen), galvanische Überzüge und aufgedampfte Schichten fallen in diese Gruppe. Organische Beschichtungen sind Lacke, Emaillelacke und Auskleidungen: ein Bindemittel, das Pigmente und Füllstoffe trägt und zu einem geschlossenen Film aushärtet. Konversionsschichten wandeln eine dünne Oberflächenschicht des Untergrunds selbst chemisch in eine korrosionsbeständigere, besser haftende Oberfläche um. Die wichtigsten Verfahren sind Phosphatieren (Eisen- oder Zinkphosphat), Chromatieren (Gelb- oder Grünchromatierung) und Anodisieren (elektrochemische Oxidation, verbreitet bei Aluminium und Titan). Die zugrunde liegenden Mechanismen erläutert unser Leitfaden Was Korrosion ist und wie man sie verhindert.

Metallische Überzüge in der Praxis

Feuerverzinken

Beim Feuerverzinken wird gefertigter Stahl bei etwa 435–455 °C in geschmolzenes Zink getaucht, wobei sich metallurgisch mit dem Stahl verbundene Zink-Eisen-Legierungsschichten bilden. Zink schützt auf zwei Arten: als Barriere und als Opferanode, indem es an Kratzern und Schnittkanten bevorzugt vor dem freiliegenden Stahl korrodiert. Die Oberflächenvorbereitung ist in den Prozess integriert: Der Stahl wird entfettet, zum Entfernen von Walzhaut und Rost gebeizt und flussmittelbehandelt, da Zink mit einer unsauberen Stahloberfläche nicht reagiert. Mehr Hintergrund bietet unser Artikel über verzinkten Stahl.

Thermisches Spritzen (Metallisieren)

Thermisch gespritztes Zink, Aluminium oder Zink-Aluminium wird vor Ort oder in der Werkstatt aufgebracht, indem Draht oder Pulver geschmolzen und auf den Stahl gespritzt wird. Anders als bei der Feuerverzinkung ist die Haftung mechanisch, daher hängt die Beschichtung stark von der Oberfläche ab: Die AMPP-Richtlinie verlangt einen öl- und fettfreien Stahl (SSPC-SP 1), der durch Strahlen mit Strahlmittel gereinigt ist, typischerweise nach SSPC-SP 10/NACE No. 2 für atmosphärische Belastung und SSPC-SP 5/NACE No. 1 für Eintauchbelastung, mit einem scharfen, kantigen Profil von etwa 65–125 µm (2,5–5,0 mil). Die Forschung zu Alternativen läuft; eine Studie aus dem Jahr 2019 untersuchte Bristle Blasting als Untergrundvorbereitung für das thermische Spritzen, doch welche Verfahren zulässig sind, entscheidet die maßgebliche Spezifikation.

Zinkstaubgrundierungen

Zinkstaubgrundierungen liegen zwischen den metallischen und den organischen Familien: Ein hoher Anteil an Zinkstaub in einem organischen (Epoxid-) oder anorganischen (Silikat-)Bindemittel bietet kathodischen Schutz aus einem Lackfilm heraus. Unser Artikel über galvanische Korrosion und Zinkstaubgrundierungen erklärt, wie diese Opferwirkung funktioniert und warum sie sauberen, profilierten Stahl benötigt, um elektrischen Kontakt herzustellen.

Was tatsächlich in einer Grundierung steckt

Eine Grundierung besteht nicht aus einem einzigen Bestandteil. Sie setzt sich aus Bindemittel, Pigmenten und Füllstoffen zusammen, die zusammenwirken, oft auf einer Konversions- oder Metallschicht, die einen Teil der Langzeitleistung liefert. Jede Komponente hat eine Aufgabe:

• Bindemittel (zum Beispiel Epoxid, Polyurethan, Alkyd oder Silikat): hält den Film zusammen und sorgt für die Haftung auf dem Untergrund.
• Pigmente: übernehmen die korrosionshemmende oder Barrierefunktion. Zinkstaub schützt als Opferanode, inhibierende Pigmente wie Zinkphosphat verlangsamen die Korrosionsreaktion, und lamellare Pigmente wie Eisenglimmer oder Aluminiumflakes verlängern den Weg für Wasser und Sauerstoff.
• Füllstoffe (Extender): steuern Schichtaufbau, Kosten und mechanische Eigenschaften.
• Lösungsmittel oder Wasser: ermöglichen die Applikation und verdunsten anschließend. Zum Schutz tragen sie nichts bei.

Einen praxisnahen Leitfaden zu den Bindemittelchemien finden Sie unter generische Typen von Schutzbeschichtungen.

Konversionsschichten und die Chromatfrage

Konversionsschichten sind dünn und werden daher hauptsächlich als Vorbehandlung eingesetzt, die die Haftung und die Unterwanderungsbeständigkeit eines nachfolgenden Lacks oder einer Pulverbeschichtung verbessert, und weniger als eigenständiger Schutz in aggressiven Umgebungen. Phosphatieren ist bei Stahl vor dem Lackieren oder Pulverbeschichten verbreitet; Anodisieren ist das Standardverfahren bei Aluminium.

Das Chromatieren steht unter regulatorischem Druck, weil es auf sechswertigem Chrom basiert. In der EU wurden Chromtrioxid sowie mehrere in diesen Verfahren verwendete Chromate und Dichromate mit einem Ablauftermin am 21. September 2017 in Anhang XIV der REACH-Verordnung aufgenommen, sodass sie nur noch mit einer Zulassung verwendet werden dürfen. Viele Anwender sind auf dreiwertige oder chromfreie Alternativen umgestiegen. Ältere Anlagen, insbesondere in der Luftfahrt und im Schienenverkehr, tragen noch chromathaltige Beschichtungen, deren Entfernung Staubkontrolle und Schutzausrüstung erfordert; siehe unsere Seite zur sicheren Entfernung von Chrom-6-Beschichtungen.

Oberflächenvorbereitung nach Schutzfamilie

Warum der Untergrund immer an erster Stelle steht

Keines dieser Systeme – ob metallisch, organisch oder Konversionsschicht – ist besser als die Oberfläche, auf die es aufgebracht wird. Verunreinigungen, Walzhaut, vorhandene Korrosion oder ein unzureichendes Rauheitsprofil beeinträchtigen eine Chromatierschicht ebenso wie ein Zweikomponenten-Epoxid. Deshalb beginnt eine solide Beschichtungsspezifikation mit einer Norm für die Oberflächenvorbereitung (typischerweise ISO 8501-1 oder SSPC/AMPP) und nicht mit der Beschichtung selbst.

Für die Instandhaltung organischer Systeme vor Ort, wo Strahlen oft nicht praktikabel ist, erzielt der Bristle Blaster® in dokumentierten Tests auf Standardstahl eine Reinheit vergleichbar mit ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 mit einem Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz, ohne loses Strahlmittel. Die Ergebnisse variieren je nach Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik, und auf Aluminium und Edelstahl werden Edelstahlbänder verwendet, um Kontamination zu vermeiden. In unserem Controlled Preparation System erfahren Sie, wie MontiPower® Werkzeuge einen Untergrund für das von einer Spezifikation geforderte Schutzverfahren vorbereiten, und in unserem Praxisleitfaden zum Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen, wie diese Systeme in der Praxis spezifiziert werden.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die drei Hauptarten von Korrosionsschutzbeschichtungen?

Metallische Überzüge (Feuerverzinkung, thermisches Spritzen, galvanische Abscheidung), organische Beschichtungen (Lacke, Emaillelacke und Auskleidungen aus Bindemittel, Pigmenten und Füllstoffen) und Konversionsschichten (Phosphatieren, Chromatieren, Anodisieren). Viele Systeme kombinieren sie, zum Beispiel eine Zinkstaub- oder verzinkte Basis unter einem Lacksystem aus Epoxid und Polyurethan oder eine Phosphat- oder Anodisierschicht unter einer Pulverbeschichtung.

Benötigen Feuerverzinkung und thermisch gespritzte Überzüge eine Oberflächenvorbereitung?

Ja. Beim Feuerverzinken wird der Stahl entfettet, gebeizt und flussmittelbehandelt, weil Zink nicht mit einer unsauberen Oberfläche reagiert. Thermisch gespritztes Zink oder Aluminium erfordert Strahlen mit Strahlmittel nach SSPC-SP 10 für atmosphärische Belastung oder SSPC-SP 5 für Eintauchbelastung, mit einem scharfen, kantigen Profil von etwa 65–125 µm (2,5–5,0 mil).

Sind Chromatierschichten noch zulässig?

Zum Chromatieren verwendete Verbindungen des sechswertigen Chroms, darunter Chromtrioxid sowie Natrium- und Kaliumdichromat, stehen in der EU in Anhang XIV der REACH-Verordnung mit einem Ablauftermin am 21. September 2017, sodass ihre weitere Verwendung eine Zulassung erfordert. Viele Anwender sind auf dreiwertige oder chromfreie Alternativen umgestiegen. Alte chromathaltige Beschichtungen müssen mit Staubkontrolle und PSA entfernt werden.

Welche Beschichtung schützt Stahl am besten?

Die eine beste Beschichtung gibt es nicht. Das richtige System hängt von der Belastung ab (atmosphärisch, Spritzwasserzone, Eintauchen, erdverlegt), von der geforderten Schutzdauer, davon, ob es sich um Neubau oder Instandhaltung handelt, und davon, welche Oberflächenvorbereitung vor Ort realistisch erreichbar ist. Ein gut appliziertes, auf seine Umgebung abgestimmtes System übertrifft ein Premiumprodukt, das auf eine schlecht vorbereitete Oberfläche aufgebracht wurde.