Thermisch of elektrolytisch verzinken?

Verzinken is een oppervlaktebehandeling om een metalen product te voorzien van een laag zink. Deze zinklaag beschermt het basismateriaal tegen corrosie. Thermisch verzinken en elektrolytisch verzinken zijn twee manieren om deze laag aan te brengen. Er zijn grote verschillen tussen deze twee methoden. In dit artikel behandelen wij deze verschillen.

De verschillen tussen elektrolytisch en thermisch verzinken

Elektrolytisch verzinken en thermisch verzinken zijn totaal verschillende processen. Zowel het eindresultaat als het proces verschillen sterk van elkaar. Beide processen hebben hun eigen voor- en nadelen. Zo is de zinklaag bij elektrolytisch verzinken dunner dan bij thermisch verzinken waardoor het nabewerken van schroefdraadpassingen niet nodig is. Bij thermisch verzinken is er bovendien grote kans op vervorming. Hier moet in het ontwerp rekening mee worden gehouden.

Het elektrolytische proces is minder geschikt voor verzinken van holle ruimtes omdat er een effect optreedt dat bekent staat als de kooi van Faraday. Om dit te voorkomen zullen hulpanodes in deze ruimtes moeten worden gehangen. Bij het thermische proces is hier geen sprake van.

Een derde belangrijk verschil is de laagdikte. Tijdens het thermische proces ontstaat er een legering van zink en staal. Deze laag is dikker dan de deklaag bij elektrolytisch verzinken. De corrosiebestendigheid is ook beter. Thermisch verzinkte producten kunnen jarenlang in de buitenlucht staan zonder dat er sprake is van roestvorming.

Bekijk de tabel voor een gedetailleerde uiteenzetting van de verschillen:

  Thermisch verzinken Elektrolytisch verzinken
Uiterlijk Matte of weinig glanzende finish Glanzend en glad uiterlijk
Hechtingsproces Chemische reactie tussen zink en staal (legering) Elektrolytische hechting
(deklaag)
Temperatuur
zinkbad
± 450 ºC ± 70 ºC
Laagdikte in micrometer 30 – 200 µm 5 – 40 µm
Opbouw laagdikte Dikker bij randen en punten:
betere kantendekking, daar waar het roestproces begint.
Dikker aan buitenzijde en
uitstekende delen.
Dunner bij binnenzijden.
Bepalend voor laagdikte – Chemische samenstelling v/d plaat
– Materiaaldikte
– Temperatuur van het zinkbad
– Snelheid van uit het bad halen
– Tijdsduur in het zinkbad
– Stroomsterkte
– Chemische samenstelling bad
Verzinken van holle ruimtes Ja, mits voorzien van uitloopgaten Nee, tenzij voorzien van hulpanode (anders volledig dicht)
Toepassingsgebied Binnen/Buiten Binnen
Bijzonderheden zinklaag Geen onderroestvorming Bij geharde staalsoorten kans op waterstofbrosheid
Vervorming Ja, niet geschikt voor materiaal
< 5 mm dik
Nee
Markeringen Slecht zichtbaar Goed zichtbaar
Nabewerkingen – Richten
– Boorgaten nabewerken
– Schroefdraden nabewerken
– Druppelvorming verwijderen
– Passiveren

Thermisch verzinken

Thermisch verzinken is een methode om staal te voorzien van een laag zink. Door een chemische reactie smelten zink en staal samen tot een legering. Zo ontstaat een sterke verbinding tussen het basismateriaal en de deklaag. In het geval van beschadigingen werkt de zinklaag als kathodische bescherming: het onedele metaal offert zich op voor het edele metaal. Thermisch verzinken geeft een goede corrosiebestendige laag.

Voordelen:

  • Langdurige bescherming tegen corrosie
  • Holle producten ook voorzien van zinklaag
  • Sterke verbinding tussen zink en basismateriaal

Nadelen:

  • Kans op vervorming
  • Nabehandeling van schroefdraadpassingen
  • Verwijderen van zinkdruppels is vrijwel altijd nodig
Thermisch verzinken - uitleg van het verinkprocesBij thermisch verzinken ontstaat er een legering tussen staal en zink. Het zinkbad is meer dan 450 ºC.

Het verzinkproces

Het stalen product wordt in een bad van vloeibaar zink ondergedompeld. Dit bad heeft een temperatuur van minimaal 450 ºC. Hoger dan het smeltpunt van zink: 419 ºC. Om het product te verzinken moeten drie stappen worden doorlopen:

  1. Ontvetten – verwijderen van vuil in een alkalische oplossing
  2. Beitsen – verwijderen van roest en walshuid in een zoutzuur oplossing
  3. Fluxen – aanbrengen van een tijdelijke bescherming met drie functies:
    1. verwijderen van de laatste roest
    2. voorkomen van zinkoxide aan de oppervlakte van het zinkbad
    3. verbeteren van de zink neerslag op het staal.

Nu is het product klaar om te verzinken. Het legeringsproces begint zodra de staaltemperatuur gelijk is aan het zinkbad. De legeringslagen ontstaan in verschillende verhoudingen, met naar buiten toe een steeds lagere concentratie ijzer. De toplaag bestaat uit puur zink. De zinklaagdikte is afhankelijk van meerdere factoren:

  • De temperatuur van het zinkbad
  • De materiaaldikte van het staal
  • De chemische samenstelling van het staal

Na het onderdompelen wordt het voorwerp met een constante snelheid uit het bad getrokken. De snelheid is bepalend voor de zinklaag. Bij het snel uittrekken is de zinklaag dikker omdat het zink geen tijd heeft om af te vloeien. Kan de zinklaag langzaam afkoelen dan zal de buitenste laag uit een legering van zink en staal bestaan. De uithaalsnelheid wordt beïnvloedt door de vorm van het product. Producten met holle ruimtes moeten langzaam teruggetrokken worden zodat deze kunnen leeglopen.

Nabewerken van thermisch verzinkte producten

Door de hoge temperatuur kan het product vervormen. Daarom is het proces niet geschikt voor plaatdiktes onder 5 mm. Door de laagdikte moeten tapgaten, schroefdraad en boorgaten nabewerkt worden. Ook eventuele metaaldruppels en metaalvliezen moeten verwijderd worden.

Belangrijk: Holle ruimtes moeten voorzien zijn van gaten. Door de hoge temperatuur zal de lucht uitzetten. De druk loopt op en het vat kan openscheuren of exploderen.

Hoe werkt elektrolytisch verzinken?

Elektrolytisch verzinken is een methode om staal te voorzien van een dun laagje zink. Hier wordt gebruik gemaakt van galvanotechniek. Met behulp van elektrolyse worden zinkionen neergeslagen op het werkstuk. De deklaag die ontstaat is hard, glanzend en corrosiebestendig.

Voordelen:

  • Geen sprake van vervorming
  • Laagdikte is vrij nauwkeurig te bepalen
  • Door dunne laag is nabewerking niet nodig

Nadelen:

  • Binnenzijde van product wordt niet verzinkt
  • Minder corrosiebestendig dan thermisch verzinkte producten
  • De laagdikte is niet uniform door verdeling van de stroomdichtheid
Elektrolytisch verzinken of galvaniserenBij elektrolytisch verzinken slaan zinkionen neer op het staal. Door de gering temperatuur (70 ºC) is er geen sprake van vervorming.

Het verzinkproces

Het stalen product wordt in een bad met een zinkoplossing ondergedompeld. De chemische samenstelling van dit bad is bepalend voor de laagdikte. In vergelijking tot thermisch verzinken is de temperatuur veel lager, 30 – 70 ºC. Ook bij elektrolytisch verzinken is het noodzakelijk om het product te ontvetten en te beitsen.

Na het reinigen gaat het product in een zinkbad met daarin een anode. Door het potentiaalverschil tussen het werkstuk en de anode slaan de zinkionen neer op het werkstuk. Zo ontstaat een deklaag die bestand is tegen corrosie. De dikte van de zinklaag is nauwkeurig te sturen. Problemen met maattoleranties of met schroefdraadpassingen kunnen worden vermeden.

De deklaag is afhankelijk van meerdere factoren:

  • De stroomsterkte
  • De verblijftijd in het zinkbad
  • De samenstelling van het zinkbad

Passiveren na elektrolytisch verzinken

Het is gebruikelijk om de zinklaag te passiveren. Het zinkoxidelaagje wordt omgezet in een chromaatconversielaag. Deze verfraait het uiterlijk en biedt extra corrosiebescherming.
Het is ook mogelijk om het product te poedercoaten. Zo ontstaat een product met optimale bescherming tegen corrosie.

Galvaniseren of verzinken?

Een veelgebruikte term voor verzinken is galvaniseren. Het is beter om deze term te vermijden. Dat zit zo: galvaniseren is een methode die gebruik maakt van elektriciteit om een voorwerp te bedekken met een laag metaal. Dat kan zink zijn, maar ook nikkel, chroom en zelfs goud. Respectievelijk zijn dit: elektrolytisch verzinken, vernikkelen, verchromen en vergullen. Galvaniseren is een te breed begrip.

Bovendien omvat galvaniseren alleen de elektrische verzinkmethode. Thermisch verzinken maakt gebruik van een ander procedé en is geen galvanotechniek.