Warum wird zur Galvanisierung Zink und nicht andere Materialien verwendet?

Zink ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für die Verzinkung. Dies liegt vor allem an seinen starken Redox-Eigenschaften (Oxidations-Reduktion), die es ihm ermöglichen, chemisch zu reagieren und Stahl vor Rost zu schützen.

In diesem Artikel untersuchen wir alle Gründe, warum Zink sich perfekt zum Verzinken eignet. Wir erklären auch, warum Zink anderen Metallen wie Kupfer oder Aluminium vorgezogen wird, und untersuchen einige weitere wichtige Verwendungsmöglichkeiten von Zink.

Hauptgründe für die Wahl von Zink bei der Verzinkung

Zink wird zum Verzinken gewählt, weil es eine hohe Reaktivität aufweist, die eine entscheidende Rolle beim Schutz von Stahl spielt. Die Reaktivität bezieht sich darauf, wie leicht ein Metall chemische Veränderungen erfährt, wenn es Elementen wie Sauerstoff und Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Die Reihenfolge der Reaktivität für einige gängige Metalle ist wie folgt:

Kalium > Calcium > Natrium > Magnesium > Aluminium > Zink > Eisen > Blei > Kupfer

Je höher die Reaktivität eines Metalls, desto leichter reagiert es mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit und bildet Oxide. Dadurch können Metalle wie Zink schnell eine natürliche Barriere entwickeln, die Korrosion verhindert. Darüber hinaus fungieren hochreaktive Metalle in Elektrolytumgebungen oft als Anoden und bieten weniger reaktiven Metallen kathodischen Schutz.

Zu reaktive Metalle wie Natrium oder Kalium sind allerdings für die Verzinkung ungeeignet, da ihre Reaktionen zu heftig und instabil sind. Ihre extreme Reaktivität würde zu schneller Korrosion führen, wodurch die Schutzschicht eher beschädigt als erhalten würde.

Da Zink über Eisen liegt, korrodiert es zuerst, was für seine Schutzfunktion entscheidend ist. Im Folgenden wird erklärt, wie Zink Stahl schützt.

Oxidationseigenschaften von Zink

Einer der Hauptgründe, warum Zink zum Verzinken verwendet wird, ist sein Oxidationsverhalten. Zink hat eine natürliche Tendenz zur Oxidation, d. h. es reagiert leicht mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in der Luft. Wenn dies geschieht, bildet Zink auf seiner Oberfläche eine dünne, stabile Schicht aus Zinkoxid, die verhindert, dass Sauerstoff und Feuchtigkeit das darunterliegende Metall erreichen. Dadurch wird der darunterliegende Stahl oder das Eisen vor Rost geschützt.

Opferschutz

Zink ist aktiver als Stahl, was bedeutet, dass es leichter korrodiert. Wenn Zink und Stahl in Kontakt kommen und Wasser oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind, rostet zuerst das Zink. Dies wird als „kathodischer Schutz“ bezeichnet, da Zink als Anode (der Teil, der zuerst korrodiert), während Stahl der Kathode (der Teil, der sicher bleibt).

• Warum wird beim Verzinken von Eisen Zink und nicht Kupfer verwendet?

Weil es nicht den Opferschutz bietet, den Zink bietet. Kupfer ist zwar korrosionsbeständig, hat aber ein höheres elektrochemisches Potenzial als Eisen. Bei Kontakt mit Wasser oder einem Elektrolyt fungiert Kupfer als Kathode, was die Rostbildung des Eisens durch galvanische Korrosion beschleunigen kann.

Weitere Gründe für die Wahl von Zink zur Verzinkung

Niedriger Schmelzpunkt

Zink besitzt eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur von etwa 419 °C, was seine Anwendung im Verzinkungsverfahren erleichtert. Wenn Stahl in geschmolzenes Zink getaucht wird, bildet sich eine chemische Bindung zwischen Zink und Eisen, wodurch eine gleichmäßige und starke Beschichtung entsteht. Dies stellt sicher, dass das Zink den Stahl glatt überzieht, ohne Schäden zu verursachen, und verbessert die Gesamthaftung der Schutzschicht.

Kosten-Wirksamkeit

Im Gegensatz zu anderen korrosionsbeständigen Metallen wie Kupfer ist Zink relativ preiswert. Die hohe Produktionsmenge und die niedrigen Kosten ermöglichen Verzinkungsanwendungen im großen Maßstab, was Zink zu einer wirtschaftlichen Wahl für den Schutz großer Stahlmengen in verschiedenen Industriezweigen macht.

Umweltfreundlichkeit

Zink ist ein umweltfreundlicher Stoff, da es ungiftig und recycelbar ist. Der Verzinkungsprozess verbraucht im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren nur wenig Energie und das Zink selbst kann wiederverwendet werden, nachdem es aus alten Produkten entfernt oder recycelt wurde.

Die Verwendung von Zink

Etwa 50% der weltweiten jährlichen Zinkproduktion wird zur Herstellung von verzinktem Stahl verwendet. Dieses Verfahren schützt Stahl vor Rost und Korrosion und ist daher für Branchen wie das Baugewerbe, die Automobilproduktion und den Infrastrukturausbau von entscheidender Bedeutung.

Neben seiner Rolle beim Verzinken hat Zink viele weitere wichtige Anwendungen in zahlreichen Bereichen, wie im Folgenden beschrieben:

• Druckguss: Zink wird häufig im Druckgussverfahren zur Herstellung komplexer Komponenten in Autos, Elektronik und Haushaltsgeräten verwendet.
• Messing- und Bronzeproduktion: Zink wird mit Kupfer legiert, um Messing und Bronze herzustellen, die häufig in Sanitäranlagen, Musikinstrumenten und Dekorationsartikeln verwendet werden.
• Zinkoxid für Gummi und Farbe: Zinkoxid wird Gummiprodukten wie Reifen zugesetzt und auch in Farben und Beschichtungen zum UV-Schutz und für mehr Haltbarkeit verwendet.
• Batterien: Zink dient als Anode in Alkali- und Zink-Kohle-Batterien und sorgt für eine konstante Energiequelle.
• Chemische und pharmazeutische Anwendungen: Aufgrund der wichtigen Rolle von Zink für die menschliche Gesundheit werden Zinkverbindungen in verschiedenen Arzneimitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und Körperpflegeprodukten verwendet.
• Landwirtschaft: Düngemitteln wird Zink zugesetzt, um den Boden anzureichern, das Pflanzenwachstum zu unterstützen und die Ernteerträge zu steigern.

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