Wat is metaliseren of thermisch spuiten?

Metaliseren of thermisch spuiten is een proces waarbij men verhit vloeibaar aluminium of zink spuit op een metalen oppervlakte. Het metalen oppervlak moet van te voren goed gereinigd worden. Er mag dus geen roest, verf of ander materiaal op het oppervlakte van het metaal aanwezig zijn voordat men gaat metaliseren. Een schoon of blank oppervlak kan men realiseren doormiddel van stralen.

Andere benamingen voor  dit proces
Men noemt metaliseren ook wel’ thermisch spuiten’ omdat men doormiddel van hitte (thermisch) vloeibare metalen spuit op een metalen oppervlak. Ook de term schoperen of schooperen wordt wel gebruikt omdat de uitvinder van dit proces de Zwitserse uitvinder Max Ulrich Schoop (1870-1956) is geweest.

Hoe wordt metaliseren of thermisch spuiten gedaan?
Tijdens het metaliseren wordt gebruik gemaakt van een spuitpistool met perslucht. In dit spuitpistool wordt zinkdraad of zinkpoeder door een vlam heen getransporteerd om vervolgens in vloeibare vorm op het oppervlak neer te laten dalen. De vlam zorgt er voor dat het zinkpoeder of zinkdraad op het smeltpunt wordt gebracht. Zodra het gesmolten metaal op het oppervlak is neergedaald gaat het snel stollen. Daardoor ontstaat een stevige beschermende laag.

Wat is schooperen voor soort metaalbewerkingstechniek?

Schooperen is een techniek die wordt gebruikt in de metaalbewerking. Doormiddel van schooperen wordt metaal bestand beter tegen roest. Schooperen wordt ook wel vuurverzinken of vlamverzinken genoemd. De naam schooperen is afgeleid van de Zwitserse uitvinder M. U. Schoop. Men spreekt schooperen uit als “schoeperen”. Schooperen werd aan het begin van de 20ste eeuw ingevoerd en is een preventieve metaalbewerkingstechniek waarmee corrosie of oxidatie van een metalen oppervlak wordt tegen gegaan door een dun laagje van een ander soort metaal er op aan te brengen.

Hoe wordt schooperen gedaan?
Schooperen wordt gedaan met een vlam en een corrosievast metaal zoals aluminium en zink. Aluminium en zink oxideren weliswaar maar deze oxidatie is veel minder destructief dan de roestvorming die plaatsvindt op ferro legeringen zoals staal. In plaats daarvan is de oxide van aluminium en zink juist extra hard en beschermd het daardoor het onderliggende metaal nog beter. Daarom worden aluminium en zinklaagjes aangebracht over ferro-producten.

Doormiddel van een vlam wordt het toevoegmateriaal (zink of aluminium) gesmolten. Dit toevoegmateriaal wordt meestal in de vorm van een draad in de vlam gebracht. De hitte van de vlam zorgt er voor dat het toevoegmateriaal op het smeltpunt wordt gebracht. Het gesmolten materiaal wordt vervolgens neergeslagen op de oppervlakte van het materiaal dat beschermd moet worden. Het gesmolten zink of aluminium hecht zich als kleine spetters op het oppervlak. Naar mate het proces vordert wordt het gehele oppervlak bedekt met kleine druppeltjes zodat er een dichte ontstaat. De oxide die gevormd wordt op aluminium en zink zorgt voor een extra dichte laag waardoor het onderliggende materiaal nog beter is beschermd tegen corrosie.

Belangrijke aandachtspunten
Men kan alleen schooperen als bewerkingsproces toepassen op onvervuild schoon metaal. Daarom wordt metaal dat men wil schooperen eerst gestraald zodat er geen corrosie, verfresten of andere vervuiling meer aanwezig zijn. Verder kan men na het schooperen het product niet meer lassen op de delen waar deze laag is aangebracht. Daarom moet men geen materialen gaan schooperen die nog gelast moeten worden. 

Hoe kun je staal koud verzinken?

Verzinken kan globaal op twee manieren gebeuren namelijk doormiddel van thermisch verzinken en koud verzinken. Bij thermisch verzinken dompelt men de stalen constructies en voorwerpen in een kokendheet bad met gesmolten zink. Bij koud verzinken wordt een zinkverflaag aangebracht. Deze koude zinkverflaag dient zowel als kathodische bescherming als een passieve barrière.

Kathodische bescherming
De kathodische bescherming ontstaat door dat zink minder edel is dan ijzer. Met andere woorden zink heeft een lagere potentiaal dan ijzer (ferro) in de galvanische reeks. Hierdoor ontsnappen van zink (anode) elektronen naar het ijzer (kathode) dat zich in staal bevind. Door deze elektronenstroom lost het zink op in plaats van het ijzer. Het zink lost tijdens dit proces op en vormt zinkcorrosie, dit wordt ook wel zinkpatina genoemd. De kathodische bescherming van zink werkt alleen in vochtige milieus. Als de kathodische bescherming van zink goed functioneert zullen zelfs beschadigingen in de zinklaag door de kathodische werking worden beschermd tegen roestvorming. Het is wel belangrijk dat er dan wat zink in de buurt van het staal aanwezig blijft.

Zinkpatina
Zinkcorrosie of zinkoxide is de patina van zink en is zeer hard. Deze laag ontstaat doordat de oppervlakte van zink reageert met onder andere nitraten en fosfaten in de lucht in combinatie met water. Dit proces zorgt voor het ontstaan van zinkoxiden die daarbij uitzetten en zorgen voor een afsluitende beschermende laag. De zinkpatina is een soort zoutlaagje en is wit van kleur. Deze laag is ondoordringbaar voor zuurstof. Doordat de zuurstofmoleculen niet door kunnen dringen tot het ijzer, dat zich onder de zink bevind, is het ijzer goed beschermd tegen roestvorming.

Koudgalvanische verf/ zinkcompound
Koud verzinken doet men doormiddel van zinkstofcompoundverf, deze verf wordt ook wel zinkstofverf of koudgalvanische verf genoemd. Deze compoundverf bevat een hoog percentage (ongeveer 75 procent) zuiver zink. Door dit hoge percentage zink biedt zinkcompoundverf een hoge kathodische bescherming tegen roestvorming. Naast zink bevat deze compound ook polystyreenhars. Zinkcompound wordt toegepast als roestwerende primer. Het wordt direct aangebracht op blank staal.

Dit staal moet eerst grondig van roest zijn ontdaan. Ook dienen vet, vuile en andere verontreinigingen te worden verwijdert. Daarnaast dient de ondergrond helemaal droog te zijn. Zinkcompound kan met een kwast of roller aan worden gebracht op het staal. Daarnaast kan het doormiddel van Airless spray of luchtspuit worden aangebracht. Zinkcompoundverf is overschilderbaar met verschillende soorten verf.

Hoe ontstaat het roestproces?

Roest is ijzer dat verbonden is met zuurstof. Door de binding tussen ijzer en zuurstof in de aanwezigheid van water ontstaat geoxideerd ijzer. Roest heeft een roodbruine kleur en is  een mengsel dat bestaat uit ijzeroxide en hydroxylgroepen. De term roest is een term die vrij algemeen wordt gebruikt voor de corrosie van ijzerhoudende legeringen zoals bijvoorbeeld staal.

Het roestproces
Door roesten ontstaat er een laagje ijzeroxide rondom het ijzerhoudende product. Daarbij wordt een deel van het ijzerhoudende product opgeofferd. Hierdoor wordt het daadwerkelijke product steeds dunner terwijl de roest eromheen juist dikker wordt. IJzerroest heeft een groter volume dan het materiaal waaruit het is ontstaan. Dit zorgt er voor dat roest rondom het ijzerhoudende product druk uitoefent. Deze druk kan er voor zorgen dat bijvoorbeeld de roest rondom het betonstaal er voor zorgt dat het beton gaat barsten of zelfs af gaat breken. Dit wordt betonrot genoemd. Constructies die roestend ijzer bevatten worden uit elkaar gedrukt.

De ontwikkeling van roest op staal en andere ijzerhoudende producten zorgt er daarnaast voor dat het basisproduct dunner wordt. Hierdoor gaan de mechanische eigenschappen van het materiaal achteruit. Uiteindelijk wordt het materiaal zo dun dat het volledig opgevreten is door de roest. Het roestproces moet daarom worden tegengegaan als men het ijzerhoudende materiaal wil behouden.

Roestbestrijding
Het voorkomen van roest is niet eenvoudig. Bij het voorkomen van brand kan men bijvoorbeeld één van de belangrijke factoren die nodig is voor het ontstaat van brand wegnemen bijvoorbeeld zuurstof. Bij het bestrijden van roest is het wegnemen van zuurstof meestal niet voldoende. Het materiaal dat ijzer bevat kan op zichzelf al voor roest zorgen.

Staal is een legering van ijzer met een laag percentage koolstof. Staal wordt in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek veel gebruikt voor uiteenlopende constructies en werktuigen. Staal wordt vervaardigd in hoogovens. Meestal wordt bij de bereiding van staal ook schroot toegevoegd. Het schroot kan bestaan uit delen van bijvoorbeeld autowakken. Schroot bestaat voornamelijk uit metaal maar kan daarnaast ook andere elementen bevatten zoals aluminium, koper, nikkel enzovoort.

Doordat schroot uit verschillende metalen bestaat zal ook het staal dat in hoogovens wordt geproduceerd uit verschillende metalen bestaan. Tussen de kristallen van twee metalen die van elkaar verschillen is altijd een spanningsverschil aanwezig. Dit spanningsverschil wordt ook wel een potentiaalverschil genoemd. Als er een geleidende vloeistof, zoals zure regen, de kristallen met elkaar in contact brengt ontstaat er een kleine elektrische stroom. Het ene metaal wordt tijdens dit proces de anode ten opzichte van het andere metaal, de kathode. Het metaal dat de anode vormt in dit proces in het minst edele metaal. De kathode is dus het meest edele metaal van de twee metalen die met elkaar in contact komen.

Het minst edele metaal zal door het contact met het edeler metaal langzamerhand gaan oplossen. Als zink bijvoorbeeld in contact komt met ijzer dan zal het zink oplossen en het ijzer worden beschermd. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de kathodische bescherming van schepen.

Staal kan echter ook edeler metalen bevatten dan ijzer. Als de legering naast ijzer bijvoorbeeld ook koper bevat zal er een stroompje lopen van ijzer naar koper. In dat geval zal het ijzer langzamerhand oplossen ten opzichte van het edeler koper. De ijzerdeeltjes die opgelost zijn verbinden zich met zuurstof. Tijdens dit proces ontstaat roest en roest bevat altijd water. Het water in de corrosie zorgt er voor dat het roestproces in gang blijft.

Waarom heeft verven over roest geen zin?
Het verven of overschilderen van roest is zinloos. Onder de verflaag of lak is nog voldoende zuurstof en water aanwezig om het roestproces in gang te houden. De expansie van roest zorgt er daarnaast voor dat de verf of laklaag gaat barsten of knappen. Door de barst of scheur in de verflaag kan weer nieuw water naar binnen dringen. Dit water zorgt er voor dat het roestproces weer wordt versneld. Voordat men gaat verven of lakken zal men het staal goed moeten ontroesten. Dit kan doormiddel van schuren of stralen. Zodra dat klaar is zal men zo snel mogelijk een hechtende verflaag moeten aanbrengen op het staal. De ijzerdeeltjes in het staal kunnen zich namelijk ook zonder water aan zuurstof hechten waardoor staal ook in droge toestand kan gaan roesten.

Wat is galvaniseren of galvanotechniek en waar wordt deze techniek voor gebruikt?

Galvaniseren is een techniek die kan worden gebruikt voor het aanbrengen van een corrosiebestendige metaallaag over metalen die corrosiegevoelig zijn. Galvaniseren wordt ook wel galvano, galvanotechniek of elektroplating genoemd. Voor deze techniek wordt gebruik gemaakt van elektriciteit. Galvaniseren kan doormiddel van elektrolytisch verzinken gebeuren. Hierbij wordt een zinklaagje aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal (ijzer met een laag  percentage koolstof). Daarnaast kan men ook verchromen, hierbij wordt een laagje chroom aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal. Vernikkelen is een proces waarbij een laagje nikkel op een metaal wordt aangebracht. De metalen chroom, nikkel en zink zijn corrosievast en behoren tot de non-ferro metalen. Ferro-metalen bestaan voor minimaal 50 procent uit ijzer. Hierdoor zijn deze metalen corrosiegevoelig. Een ander woord dat voor de corrosie van ferro wordt gebruikt is roest. Als ferro niet goed wordt beschermd tegen roest vreet de roest op den duur steeds meer dunne laagjes van het ferro weg. Hierdoor wordt het ferro-object dunner en gaan de mechanische eigenschappen achteruit. Het is daarom belangrijk dat objecten die gevoelig zijn voor roest voldoende worden beschermd.

Ferro-metalen beschermen tegen corrosie
Metalen die voor een groot deel uit ijzer bestaan zijn over het algemeen gevoelig voor corrosie (roest). Doormiddel van legeringen kan het metaal corrosievaster worden gemaakt. Hierbij kan gedacht worden aan roestvaststaal. Ook cortenstaal of COR-TEN ®-staal is een voorbeeld van ferro  waaraan verschillende metalen zijn toegevoegd om het corrosieproces te vertragen. In legeringen kunnen de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Een legering is echter niet altijd een geschikte oplossing. Dit kan te maken hebben met de prijs maar ook met de ongunstige mechanische eigenschappen van de legering. Metallurgen hebben veel verstand van de eigenschappen van metalen. Hun vakgebied heet metallurgie. Vaak hebben metallurgen ook verstand van corrosie omdat het corrosieproces een belangrijke eigenschap is van een metaal. De corrosieleer valt onder de metaalkunde en onderzoekt hoe corrosie ontstaat door elektrochemische reacties bij verschillende metalen.

Corrosie kan ook worden tegengegaan door het aanbrengen van een beschermlaag over ferro-metalen. Dit kan door gebruik te maken van bijvoorbeeld menie of ijzermenie. Daarnaast kunnen metalen ook worden voorzien van poedercoating. Het galvaniseren waarover in de inleiding is geschreven kan ook worden toegepast om ferro-metalen te beschermen tegen roest.

Verzinken of galvaniseren
In de praktijk haalt men galvaniseren en verzinken regelmatig door elkaar. Het aanbrengen van een zinklaag op een metaal kan op twee verschillende manieren gebeuren. Een zinklaag kan worden aangebracht door thermisch verzinken, waarbij men gebruik maakt van een zinkbad. Daarnaast kan men elektrolytisch verzinken. In het laatste geval spreekt men van galvaniseren omdat hierbij elektrische stroom wordt gebruikt. Verzinken kan dus gebeuren doormiddel van galvaniseren en thermisch verzinken. Metaal dat verzinkt is kan daardoor zowel thermisch verzinkt zijn als gegalvaniseerd. Over thermisch verzinken is op de website technisch werken een uitgebreide tekst te vinden. Hieronder is kort beschreven wat galvaniseren is.

Wat is galvaniseren precies?
Hierboven is al een beetje informatie weergegeven over galvaniseren. In bovenstaande tekst wordt duidelijk dat galvaniseren wordt toegepast om de corrosievastheid van metalen te bevorderen. Daarnaast is aangegeven dat verschillende non-ferro metalen kunnen worden aangebracht doormiddel van galvanotechniek. Galvanotechniek omvat alle elektrochemische bedekkingstechnieken die in de metaaltechniek worden toegepast. Hieronder worden ook de autokatalytische processen geplaatst. Galvaniseren kan doormiddel van twee verschillende methodes worden gedaan. Het kan worden gedaan door gebruik te maken van een externe stroombron en doormiddel van een reductiemiddel dat aanwezig is in elektrolyt.

Doel van galvanotechniek
Galvanotechniek is een techniek waarbij een metaallaag over een andere metaalsoort wordt aangebracht. De eigenschappen van de metalen kunnen elkaar op die manier versterken. Staal bestaat bijna volledig uit ijzer en is daardoor gevoelig voor roest. Staal is echter goedkoop en beschikt over goede mechanische eigenschappen. Daarom wordt staal in de werktuigbouwkunde en in de bouw veel toegepast. Staal kan echter roesten en daarom afhankelijk van een goede beschermlaag. Zink is minder edel dan staal maar is wel beter bestand tegen roest. Doormiddel van galvaniseren wordt het corrosie vaste zink aangebracht op het sterkere staal. Hierdoor versterken de twee metalen elkaar. De voordelen van galvanotechniek kunnen als volgt worden opgesomd:

  • Galvaniseren zorgt voor een betere weerstand tegen corrosie,
  • Galvaniseren kan voor een beter uiterlijk zorgen van een constructie of machine. Met name verchromen wordt veel gebruikt voor het verbeteren van het uiterlijk van metalen.
  • Galvaniseren kan er ook voor zorgen dat het metaal beschermd wordt tegen beschadiging en krassen.
  • Galvaniseren heeft invloed op elektrische eigenschappen waaronder de geleidbaarheid van metalen.

Wat is zink en wat is verzinken?

Zink is een metaal en valt onder non-ferro en behoort tot de groep  3d-overgangsmetalen. Het is een scheikundig element dat wordt aangeduid met symbool Zn. Het atoomnummer van zink is 30. De kleur van zink is blauw wit. Zink wordt in de techniek in verscheidene producten gebruikt. Hieronder is uitgelegd wat de eigenschappen zijn van zink en waar zink in de techniek wordt toegepast. Ook het proces verzinken is beschreven.

Eigenschappen van zink
Zink heeft een laag smeltpunt dit ligt op 419,5 °C, het kookpunt van zink ligt bij 907 °C. Door het lage smeltpunt kan zink vrij eenvoudig omgesmolten worden. Een nadeel hiervan is dat zink niet goed gebruikt kan worden in een omgeving met hoge temperaturen. Zink is een vrij bros metaal maar is goed beschermd tegen ‘roest’.  Dit is een bijzondere eigenschap waardoor zink veel gebruikt wordt in de techniek. Zink is overigens een onedel metaal.

Toepassingen van zink in de techniek
Zink wordt in de techniek op verschillende plaatsen en in verschillende producten toegepast. Zo wordt zink gewalst tot plaat of worden er plaatprofielen en buizen van gemaakt. De platen en plaatprofielen en buizen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt als dakbedekking en regenwaterafvoer. Een laag basisch zinc-carbonate beschermd zink tegen roesten.

Daarnaast wordt een zinkanode gebruikt voor kathodische bescherming. Wanneer een zinkanode is aangebracht aan bijvoorbeeld een stalen schip onder de waterlijn kan het schip tegen corrosie worden beschermd. Het zinkblok wordt dan weggevreten maar het schip is beschermd.

Zink wordt daarnaast veel gebruikt in het vervaardigen van scharnieren en deurgrepen. Door het spuitgietproces kunnen zinken producten massaal worden vervaardigd en zijn ze relatief goedkoop. Daarnaast wordt zink gebruikt af hoofdbestandsdeel van Zamak. Dit is een legering met ongeveer negentig procent zink en daarnaast, aluminium, magnesium en  koper als bestandsdelen. Zamac wordt onder andere gebruikt voor carburateurs en modelauto’s.  

Verzinken
Daarnaast wordt zink gebruikt voor het verzinken van staal. Ongeveer dertig procent van de totale zinkproductie wordt gebruikt voor het verzinken van staal. Verzinken kan onder andere gedaan worden door staalproducten onder te dompelen in een zinkbad van een verzinkerij. In een zinkbad is vloeibaar, gloeiend heet zink aanwezig  daarom wordt dit proces ook wel thermisch verzinken genoemd.

Daarnaast kan verzinken ook gedaan worden doormiddel van elektrolyse. Dit proces wordt elektroplating genoemd. Ook sherardiseren, ook wel diffusie verzinken genoemd, wordt toegepast om staal en gietijzer te voorzien van een zinklaag. Dit gebeurd doormiddel van droge diffusie waarbij zinkstof tot ongeveer 370 graden C wordt verhit en samengevoegd wordt met producten van staal in een roterende trommel. Hierdoor ontstaat op de ferro-producten een dunne, slijtvaste zinklaag die het product beschermd tegen corrosie.