Wie lange hält die Beschichtung?

Die Frage nach der Lebensdauer ist berechtigt

Jedes andere Bauteil kommt mit einer Lebensdauer. Lager haben Stunden, Batterien Zyklen, Lack eine Garantie. Einen Lieferanten zu fragen, wie viele Jahre die Beschichtung hält, ist dieselbe Frage, die man zu allem anderen auch stellt.

Und die Branche beantwortet sie, auf ihre Weise. Salzsprühnebelstunden werden gerade deshalb genannt, weil sie wie eine Antwort aussehen. Das Problem ist, dass die Zahl zu einer Prüfkammer gehört und nicht zu Ihrem Teil.

Wie viele Jahre also – und warum Ihnen niemand das sagen kann

Das ist der ganze Grund, deshalb lohnt es sich, ihn klar zu sagen. ISO 9223:2012 teilt Atmosphären in sechs Korrosivitätskategorien ein und gibt für jede die gemessene Korrosionsrate von Zink im ersten Jahr an. Das sind ihre Zahlen aus Tabelle 2:

Lesen Sie die erste und die letzte Zeile zusammen. Die Obergrenze von CX ist das 250-Fache der Obergrenze von C1 – ein Vergleich der Kategoriegrenzen, nicht zweier bestimmter Standorte; zwei reale Orte in diesen Kategorien können weniger weit auseinanderliegen. So oder so umfasst die Spanne mehr als zwei Größenordnungen, und ein Katalog, der „hält acht Jahre“ druckte, läge für einen großen Teil seiner Leser um das Hundertfache daneben.

Also schreibt der Katalog stattdessen sehr gut. Das ist keine Bequemlichkeit, sondern die einzige Aussage, die übersteht, wenn alle sie lesen. Für eine Entscheidung ist sie zugleich nutzlos; darum geht es auf einer eigenen Seite darüber, warum Oberflächenvergleiche nichts aussagen.

Die Schätzung, die Sie anstellen dürfen

Ein Satz in einer anderen Norm macht aus dieser Tabelle eine Rechnung. ISO 14713-1:2017, Abschnitt 5, enthält diese Anmerkung:

Die Lebensdauer eines Zinküberzugs unter einer bestimmten atmosphärischen Beanspruchung ist annähernd proportional zur Dicke des Überzugs. (sinngemäß übersetzt)

Das ist Ihre Erlaubnis zu dividieren. Lebensdauer ≈ Dicke ÷ Rate. Dieselbe Norm legt auch fest, was „Lebensdauer“ hier bedeutet – ihr Begriff ist die Lebensdauer bis zur ersten Instandhaltung, der Zeitraum, bis „die Verschlechterung des Überzugs den Punkt erreicht, an dem eine Instandhaltung nötig ist, um den Schutz des Grundwerkstoffs wiederherzustellen“ (sinngemäß übersetzt). Beachten Sie, was das nicht ist: nicht der Tag, an dem das Teil versagt, sondern der Tag, an dem es Aufmerksamkeit braucht.

Nun ein reales Verbindungselement. ISO 4042:2022, Tabelle 10, listet die verfügbaren Schichtdickenkennzeichen für galvanisch beschichtete Verbindungselemente: 3, 5, 8, 10, 12, 15, 20, 25 und 30 µm örtliche Mindestschichtdicke. Nehmen Sie 8 µm Zink, eine verbreitete Wahl, und rechnen Sie zwei Atmosphären durch:

Zwei Antworten, eine Schraube, und sie überschneiden sich nicht. Niemand hat Ihnen ausweichend geantwortet; die Antworten waren immer mehrere, und die Frage in ihrer gestellten Form enthielt nicht die Information, die nötig ist, um eine davon zu wählen.

In C1 ergibt dieselbe Division achtzig Jahre und mehr. Wir haben das absichtlich nicht in die Tabelle aufgenommen: Das ist eine Extrapolation weit über alle vorhandenen Auslagerungsdaten hinaus, und eine Zahl ohne Grundlage ist schlechter als keine Zahl. Lesen Sie C1 als „nicht das, was versagen wird“, nicht als Wert.

Die Vermutung „fünf gegen zwanzig“ stimmte – und der Grund lohnt sich

ISO 10684:2004 sagt mit eigenen Worten, dass das Feuerverzinken von Verbindungselementen einen Überzug ergibt, der „stets über 40 µm“ liegt (sinngemäß übersetzt). Achten Sie auf die Formulierung: 40 ist eine Untergrenze, kein Zielwert. Gegenüber galvanisch aufgebrachten 8 µm ist das mindestens die fünffache Zinkmenge, und da die Lebensdauer annähernd proportional zur Dicke ist, mindestens ungefähr die fünffache Lebensdauer. In C3: 40 ÷ 2,1 = 19 Jahre am schnellen Ende, 40 ÷ 0,7 = 57 am langsamen.

Die Forumsvermutung „fünf für galvanisch, zwanzig für feuerverzinkt“ ist also keine Folklore. Sie ist ein Dickenverhältnis, und sie hält sich, weil der Zusammenhang linear genug ist, dass das Verhältnis durchschlägt.

Das zeigt auch, was Sie kaufen, wenn Sie für Feuerverzinken bezahlen. Kein besseres Zink, sondern mehr davon. Genau deshalb sagt derselbe Abschnitt der ISO 10684 weiter, dass es wegen dieser Schichtdicke „notwendig ist, Gewinde mit besonderen Grenzmaßen zu fertigen“ (sinngemäß übersetzt). Ein Überzug, dick genug, um fünfmal so lange zu halten, ist auch dick genug, um die Mutter am Aufschrauben zu hindern; dieser Zielkonflikt hat eine eigene Seite.

Dieselbe Norm legt auch fest, wann das Muttergewinde geschnitten wird, und lässt einen Buchstaben auf das Teil stempeln, der festhält, welches von zwei Verfahren verwendet wurde: Die feuerverzinkte Mutter wird nach dem Verzinken gewindegeschnitten, und zwei dieser Buchstaben dürfen nie miteinander verbaut werden.

Vier Gründe, warum das eine Schätzung ist und keine Garantie

Jeder davon stammt aus den Normen selbst. Keiner macht die Rechnung nutzlos; alle sagen Ihnen, wie weit Sie ihr trauen können.

1. Die Rate, durch die Sie geteilt haben, ist eine Erstjahresrate

ISO 9223 ist in Abschnitt 7 deutlich: „Die Korrosionsraten im ersten Jahr können nicht einfach extrapoliert werden, um das Langzeitkorrosionsverhalten vorherzusagen.“ (sinngemäß übersetzt) Sie verweist auf ISO 9224 mit Richtwerten für lange Zeiträume, die den Angriff mit einem Zeitexponenten kleiner als eins modellieren – Zink wird langsamer, weil sich seine eigenen Korrosionsprodukte auf der Oberfläche ansammeln.

Wo die Rate tatsächlich abnimmt, unterschätzt die einfache Division die Lebensdauer also, statt sie zu überschätzen. In diese Richtung soll ein Fehler zeigen – aber das ist eine Bedingung, keine Garantie, und ISO 9224 nennt ihre eigenen Ausnahmen. Ihre Richtwerte stammen aus der Langzeitauslagerung ebener Platten; sie warnt, dass galvanisch, mechanisch und durch Feuerverzinken aufgebrachtes Zink sich jeweils unterschiedlich verhalten, sodass ein allgemeiner Exponent keines davon gut vorhersagen muss; und in Umgebungen mit viel Schwefeldioxid empfiehlt sie, den Exponenten mit 1,0 anzusetzen, also gar keine Verlangsamung anzunehmen.

Tragen Sie „die Rechnung irrt zur sicheren Seite“ also nicht als allgemeine Regel mit sich herum. Eingeschlossenes Wasser, eine dünne Schicht in einem Hohlraum, eine versagende Passivierung oder ein belasteter Standort können die tatsächliche Antwort in die andere Richtung schieben, und der C5-Wert oben – am schnellen Ende unter einem Jahr – liegt nicht einmal in dem Bereich, für den die Langzeitextrapolation gebaut wurde.

2. Die Norm lässt Ihr Teil bewusst außer Acht

Aus der Einleitung der ISO 9223: „Diese Internationale Norm berücksichtigt nicht die Gestaltung und Betriebsweise des Produkts, die seine Korrosionsbeständigkeit beeinflussen können, da diese Einflüsse sehr spezifisch sind und nicht verallgemeinert werden können.“ (sinngemäß übersetzt)

Eine Schraube in einem Sackloch, in dem sich Wasser sammelt, ist keine ebene Probe auf einem Auslagerungsgestell. Eine Verbindung, die nach jedem Regen einen Tag lang nass bleibt, hat eine längere Befeuchtungsdauer als die Platte daneben, die abtrocknet. Die Norm weicht nicht aus – sie benennt die Grenze der Frage, die sie beantwortet hat. Alles innerhalb dieser Grenze ist Ihre Sache, und meist ist es genau das, was über das Ergebnis entscheidet.

3. Die Dicke ist nicht überall die Dicke

ISO 4042 gibt diesem Punkt einen Namen. Die Anmerkung zu Tabelle 10 beschreibt den Hundeknochen-Effekt: Galvanische Abscheidung baut an Außenkanten mehr auf und in Hohlräumen weniger. Deshalb definiert die Norm überhaupt Referenzflächen für die Messung – und sagt dann ausdrücklich, dass „eine geringere örtliche Schichtdicke außerhalb der Referenzflächen kein Grund zur Zurückweisung sein darf“ (sinngemäß übersetzt).

Ihre 8 µm sind 8 µm auf der Referenzfläche. Im Gewindegrund, in der Antriebsaussparung und unter dem Kopf ist es zulässigerweise weniger, und der Lieferant hat nichts falsch gemacht. Wenn die Stelle, an der Ihr Teil korrodieren wird, ein Hohlraum ist, ist die Zahl auf Ihrer Zeichnung nicht die Zahl, die Ihre Lebensdauerschätzung bestimmt.

4. Passivierung und Deckschicht stecken nicht in der Rechnung

Die Rate in Tabelle 2 gilt für metallisches Zink. Eine Chrom(III)-Passivierung, eine Versiegelung oder eine organische Deckschicht verändert das frühe Verhalten der Oberfläche, und genau das misst ein Salzsprühnebeltest zum großen Teil. Deshalb sind Salzsprühnebelstunden und Gebrauchsdauer verschiedene Größen, und deshalb hat die Umrechnung zwischen ihnen nie funktioniert. Die Dickenrechnung auf dieser Seite beantwortet eine andere Frage als die Salzsprühnebelkammer, und keine ersetzt die andere.

Was Sie statt einer Jahreszahl schreiben sollten

Verlangen Sie von einem Lieferanten keine garantierte Gebrauchsdauer. Er kennt Ihre Atmosphäre nicht, und ISO 9223 sagt schriftlich, dass sie Ihre Geometrie nicht modelliert – eine Forderung nach Jahren schiebt also ein Urteil der einen Partei zu, die keine Möglichkeit hat, es zu fällen. Spezifizieren Sie, was geliefert und gemessen werden kann, und nennen Sie Ihre Annahme zur Umgebung getrennt.

• Die Beschichtung und ihr Schichtdickenkennzeichen – z. B. Zink nach ISO 4042, Kennzeichen 8
• Die Passivierung sowie eine etwaige Versiegelung oder Deckschicht, namentlich
• Wo am Teil die Dicke gemessen werden soll, wenn ein Hohlraum der kritische Bereich ist
• Die Korrosivitätskategorie, in der das Teil Ihrer Ansicht nach sitzt, als Kategorie angegeben, mit dem Weg, auf dem Sie dazu gekommen sind
• Jede Geometrie, in der sich Wasser hält, ausdrücklich als solche benannt

Jetzt ist die Schätzung Ihre eigene und von Ihnen zu vertreten, der Lieferant wird um etwas gebeten, das er tatsächlich treffen kann, und wenn das Teil nach zwei Jahren rostig zurückkommt, gibt es eine schriftliche Annahme, die man an der Wirklichkeit prüfen kann. Das ist mehr wert als eine versprochene Zahl, die niemand hätte halten können.

Das ist derselbe Schritt, den der Rest dieser Reihe immer wieder macht: ein Adjektiv in eine spezifizierte Größe verwandeln (englisch) und die Größe dann dort ablegen, wo beide Seiten sie sehen – bei einem Einkauf heißt das in der Anfrage selbst.

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Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Wie viele Jahre schützt galvanische Verzinkung mein Teil?

Es gibt keine Antwort, die nur von der Beschichtung abhängt. ISO 9223:2012 setzt die Erstjahres-Korrosionsrate von Zink in der mildesten Kategorie auf höchstens 0,1 µm pro Jahr und in der aggressivsten auf 8,4 bis 25 – die Obergrenze des einen Bereichs ist das 250-Fache der des anderen, und die Kategorien umfassen mehr als zwei Größenordnungen. Möglich ist eine Schätzung: Lebensdauer ≈ Dicke ÷ Rate. 8 µm galvanisches Zink ergibt in C3 etwa vier bis elf Jahre; dieselbe Schraube in C5 etwa ein bis zwei. Beachten Sie, dass „Küste“ keine Kategorie ist: Je nach Chlorid in der Luft, Nässe und Schutz kann ein Standort am Meer irgendwo zwischen C3 und CX liegen.

Ist Feuerverzinken wirklich etwa fünfmal besser als galvanisches Verzinken?

Ungefähr – und es ist vor allem ein Dickenverhältnis, kein besseres Zink. ISO 10684 setzt feuerverzinkte Überzüge auf Verbindungselementen stets über 40 µm; die galvanischen Kennzeichen nach ISO 4042 reichen von 3 bis 30 µm. Fünfmal so viel Zink, Lebensdauer annähernd proportional zur Dicke, also ungefähr fünfmal so lange. Dieselbe Dicke ist der Grund, warum ISO 10684 Gewinde mit Übermaß vorschreiben muss.

Kann ich die Schichtdicke einfach durch die Korrosionsrate teilen?

Als erste Schätzung ja, sofern Sie wissen, was Sie geteilt haben. ISO 9223, Abschnitt 7, stellt fest, dass die Erstjahresraten nicht einfach für Langzeitvorhersagen extrapoliert werden können, und verweist auf ISO 9224. Zink wird langsamer, wenn sich seine Korrosionsprodukte aufbauen, daher unterschätzt die einfache Division die Lebensdauer tendenziell. Die sicherere Richtung, aber trotzdem ein Fehler.

Warum berücksichtigt die Norm mein tatsächliches Teil nicht?

Weil sie sagt, dass sie es nicht tut: Gestaltung und Betriebsweise sind ausgenommen, nach ihren eigenen Worten, weil diese Einflüsse „sehr spezifisch sind und nicht verallgemeinert werden können“. Eine Schraube in einem wasserhaltenden Sackloch ist keine ebene Probe auf einem Gestell. Die Norm benennt die Grenze dessen, was sie beantwortet hat.

Wenn ich 8 µm spezifiziere, hat dann die ganze Schraube 8 µm?

Nein. ISO 4042, Tabelle 10, nennt die örtliche Mindestschichtdicke auf festgelegten Referenzflächen, beschreibt den Hundeknochen-Effekt, durch den die Schicht an Kanten dicker und in Hohlräumen dünner wird, und stellt fest, dass eine geringere Dicke an anderen Stellen kein Grund zur Zurückweisung sein darf. Gewindegrund, Antriebsaussparung und Kopfunterseite dürfen weniger tragen.

Bedeutet ein längeres Salzsprühnebelergebnis eine längere Lebensdauer?

Nicht in einer Form, die sich umrechnen lässt. Der Salzsprühnebeltest vergleicht Beschichtungen unter identischen beschleunigten Bedingungen; die Dickenrechnung auf dieser Seite schätzt den Zinkverbrauch in einer klassifizierten Atmosphäre. Sie beantworten verschiedene Fragen, und die Stunden waren nie eine Prognose.