Verwendung von Zinklegierungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Zinklegierungen als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Bänder und Tafeln aus legiertem Zink für Bauzwecke enthalten bisher außer Zink mit einem Gehalt von 99,99% 0,005 bis 0,05 Gew.-% Aluminium sowie Zusätze von 0,05 bis 0,2 Gew.-% Titan und Kupfer. Diese Legierung ist beispielsweise beschrieben in der DE 17 58 498 und entspricht der DIN 17 770, Teil 1.
Die Herstellung dieses Werkstoffs erfolgt im allgemeinen unter Anwendung der Gieß- Walz-Verfahrens, bei dem in einem ununterbrochenen Nerfahrensgang (Schmelzen - Gießen - Walzen - Aufwickeln) Bänder in vorgegebenen Dicken hergestellt werden, die anschließend auf Scherenlinien zu Schmalbänder oder Tafeln geschnitten werden.
Dieser Werkstoff ist in der Atmosphäre gut beständig. Die Oberfläche reagiert zunächst unter Bildung von Zinkoxid mit dem Sauerstoff in der Luft. Durch Einwirkung von Wasser bildet sich dann Zinkhydroxid, welches durch Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zu einer dichten, festhaftenden und wasserunlöslichen Deckschicht aus basischem Zinkkarbonat umgewandelt wird. Diese Schutzschicht ist auch verantwortlich für den hohen Korrosionswiderstand derartiger Bänder und Tafeln.
Im Gegensatz zum Verhalten der der freien Atmosphäre zugewandten Oberfläche des Zinks gelten an der Unterseite der Zinkbänder und -tafeln, d.h. auf der von den
Witterungseinflüssen abgewandten Seite, andere Kriterien. Wird darüber hinaus die Unterseite der Zinkbänder und -tafeln durch Feuchtigkeit oder Kondenswasser infolge mangelhafter Be- und Entlüftung über einen längeren Zeitraum belastet, muß, verursacht durch diese bauphysikalischen und verlegungstechnische Fehler, mit verstärkter Korrosion gerechnet werden. Derartige Wassereinschlüsse, Wassereinbrüche und Tauwasser führen schließlich zu einer punktweisen Tiefenkorrosion (Lochfraß), die sich flächenförmig ausbreiten kann.
Um diese Folgen zu vermeiden, ist für eine ausreichende Be- und Entlüftung der Unterkonstruktion von Zinkband- oder -tafeldeckungen zu sorgen, indem die Vorschriften und Bestimmungen der VOB und DIN-Normen sowie Fachregeln des Handwerks und Verordnungen der Baubehörden beachtet werden.
Gestiegene ökologische Anforderungen an die Beständigkeit dieser Werkstoffe haben die Aufgabe gestellt, Werkstoffe zu entwickeln mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften, die jedoch deutlich günstigere Korrosionseigenschaften aufweisen. Die bisher verwendeten Bänder und Tafeln verlieren als Bauzink 4 bis 5 μm pro Jahr.
Ein derartig verbessertes Material ist beschrieben in der DE-A-195 45 487, welches sich durch ein Kupfergehalt von 0,02 bis 0,075 Gew.-% und ein Mangangehalt von 0,075 bis 0,75 Gew.-% auszeichnet. Die Erprobung dieses Materials hat jedoch ergeben, daß, trotz der nicht unerheblichen Verbesserungen, die Anforderungen in der Praxis an ein derartiges Material noch bei weitem nicht erfüllt sind.
Aus der DD-4822 ist die Verwendung von Zmkaluminium-Legierungen bekannt, die 1 bis 63 % Aluminium und 99 bis 37 % Zink enthalten, welche durch eine spezielle Wärmebehandlung geeignet gemacht werden für Gegenstände mit hohem Formänderungsvermögen, d.h. dem sogenannten superplastischen Verhalten. Dies ist von Bedeutung für das Ziehen von Drähten sowie das Walzen, Strangpressen, Schmieden, Tiefziehen von Blechen sowie beim Biegen. Es finden sich keine
Hinweise auf das Korrosionsverhalten dieser Legierungen und damit die Verwendbarkeit als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Die DE-30 07 850 C beschreibt die Verwendung einer Zinklegierung als Pulver für das mechanische Plattieren. Dabei soll außer verbesserter Korrosionsbeständigkeit vor allen Dingen eine einwandfreie Haftung des Überzuges auf der Unterlage erzielt werden. Es handelt sich somit wiederum um eine andere Verwendung als die dieser Legierungen als Bauzink für Träger und Tafeln.
Die DE 914 785 beschreibt eine Lagerlegierung aus Zink, Aluminium sowie weiteren Komponenten, wobei der Gehalt an Kupfer und/oder Mangan etwa 1 % betragen soll. Diese Legierungen sind für Lager- und als Knetlegierungen verwendbar. Dies sind völlig andere Aufgabenstellungen als die Verwendung von Zinklegierungen als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Die Aufgabe, Bänder und Tafeln aus legiertem Zink als Bauzink zur Verfügung zu stellen, die noch höheren Anforderungen genügen, wird jetzt dadurch gelöst, dass vor allem der Aluminiumgehalt eingestellt wird auf 5 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, insbesondere 8 bis 15 Gew.%. Weitere Verbesserungen werden erzielt durch Zulegieren von 0,002 bis 0,04 Gew.-% Indium und/oder 0,002 bis 0,04 Gew.-% Calcium und/oder 0,002 bis 0,4 Gew.-% Titan und/oder 0,05 bis 0,8 Gew.-% Mangan. Kupfer, Eisen und Blei sollten nur in den Mengen enthalten sein, die als Verunreinigung des Zinks und Aluminiums unvermeidlich sind. Weitere Verbesserungen der Eigenschaften sind möglich durch 3 bis 100 ppm Bor, 3 bis 100 ppm Kohlenstoff, 3 bis 50 ppm Magnesium, 2 bis 500 ppm Vanadium, 2 bis 500 ppm Silicium und/oder 2 bis 500 ppm Nickel.
Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen ergeben sich durch vergleichende Korrosionsuntersuchungen mit dem Salzsprühtest nach DIN 500 21- ss (Auslagerung 7 und 14 Tagen) sowie dem Kon-
denswasser/S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s (Auslagerung 22 Zyklen). Nach der Auslagerung werden die Massenveränderungen und das optische Erscheinungsbild der Korrosion der Bleche ermittelt.
Es wurde dabei festgestellt, dass im Salzsprühtest die erfindungsgemäßen Tafeln und Bänder eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber den bisher eingesetzten Feinzinklegierungen aufweisen, was sich in einem um eine Zehnerpotenz verringerten Abtrag zeigt. Im Kondenswassertest- S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s wurde ebenfalls eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber bisher eingesetzten Feinzinklegierungen nachgewiesen.
Vergleichende Untersuchungen im Salzsprühtext nach DIN 50 021-ss im Vergleich zu Feinzinklegierungen I und II in der DE-A-195 45 487 haben ergeben, daß der Massenverlust um mindestens weitere 80% gesenkt werden kann. Im S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s sinkt der Massenverlust gegenüber diesen Legierungen um mindestens weitere 70%.
Von besonderer Bedeutung ist, dass bei den erfindungsgemäßen Legierungen die Gefahr einer punktweisen Tiefenkorrosion als Folge bauphysikalischer Fehler und/oder nicht fachgerechter Verlegung deutlich gesenkt wird und dass ein Verlust von Metall minimiert werden kann. Es wird somit auch der Eintrag von ausgewaschenen Metallen in die Umgebung deutlich verringert. Dieses wird beispielsweise von den niederländischen Behörden gefordert.
Die vorzugsweise zulegierten Elemente Indium, Calcium, Titan und Mangan beeinflussen vor allem die mechanischen Eigenschaften, verbessern aber obendrein auch noch das Korrosionsverhalten.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt bei Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von 5 bis 20 Gew.-% Aluminium, wobei der Bereich von 8 bis 15 Gew.-% Aluminium besonders bevorzugt ist.
Verunreinigungen von mehr als 0,1 Gew.-% Kupfer und mehr als 0,1 Gew.-% Eisen führen zu verschlechterten mechanischen Eigenschaften und verstärken insbesondere die interkristalline Korrosion. Diese Metalle und sonstige Verunreinigungen sollten somit nur in den üblichen unvermeidbaren Mengen vorhanden sein.
Der Gehalt an Indium, Calcium, Titan und Mangan kann zwar prinzipiell erhöht werden, jedoch führt dies nur zu einer unnötigen Verteuerung des Materials, ohne die Eigenschaften noch merklich zu verbessern.
Die als Bauzink verwendbaren Bänder und Tafeln können durch das übliche Gießen- Walz- Verfahren hergestellt werden. Als Zinkqualitäten können prinzipiell alle Zinkqualitäten gemäß EN 1179 verwendet werden, wobei die Zinksorte ZI bevorzugt ist, da sie relativ wenig Blei, Eisen und Kupfer enthält.
Aluminium als Legierungskomponente wird vorzugsweise eingesetzt in den Qualitäten gemäß EN 576.