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. 

Wat is basismetaal en wat zijn basismetaalproducten?

Het woord ‘basismetaal’ kan op verschillende manieren worden uitgelegd. De website technischwerken.nl kiest er voor om het woord ‘basismetaal’ als volgt te definiëren:

Een basismetaal is een metaal in een pure ongelegeerde en onvervuilde vorm.

Voorbeelden van basismetalen zijn ijzer, aluminium, koper, nikkel en zink. Deze basismetalen kunnen worden verwerkt in legeringen. Een voorbeeld van een bekende legering is staal. Staal is een legerig van koolstof en ijzer waarbij het koolstofgehalte verhoudingsgewijs laag is. Het koolstofgehalte is typisch minder dan 1,9%.

Basismetaalproducten
Als men producten vervaardigd uit basismetalen ontstaan basismetaalproducten. Men zou in deze context bepaalde halffabricaten als metaalproducten kunnen beschouwen. Men kan ook denken aan plaatwerk en profielen die men nog kan verwerken tot halffabricaten en producten. Aluminium profielen en buizen kunnen bijvoorbeeld worden verwerkt in constructies. Het aluminium profiel is dan het basismetaalproduct dat wordt verwerkt tot een fabricaat of halffabricaat.

Uitgangsmetaal of uitgangsmateriaal
In de verspanende techniek bewerkt men materialen zoals kunststoffen, hout en metalen tot producten en onderdelen van producten of machines. Het uitgangsmateriaal is dan het onbewerkte materiaal. Dit kan bijvoorbeeld gereedschapstaal zijn. Als men metalen gaat verspanen kan men ook wel spreken van uitgangsmetaal. Het uitgangsmetaal is dan in feite het uitgangsmateriaal dat wordt verspaand of op een andere manier wordt bewerkt.

Uit het uitgangsmateriaal of uitgangsmetaal ontstaat dus een product of een deel daarvan. In de verspanende techniek worden bijvoorbeeld lagers gedraaid die worden geplaatst in machines. Het materiaal dat men hiervoor gebruikt is altijd groter dan het product. Kortom het uitgangsmateriaal heeft een grotere diameter dan de as (of ander product) dat er uit gedraaid of gefreesd wordt.

Wat is metaaldampkoorts en hoe ontstaat metaaldampenkoorts?

Metaaldampkoorts is een verzamelnaam voor ziekteverschijnselen die kunnen ontstaan wanneer metalen door grote hitte gaan verdampen. Er zijn verschillende termen die als synoniem worden gebruikt voor metaaldampenkoorts:

  • Gietkoorts
  • Zinkkoorts ontstaat bij het verhitten of verbranden van zink.
  • Metal malaria,
  • Metal fume fever,
  • Fièvre des metaux,
  • Fièvre des fondeurs,
  • Fièvre du lundi

Voor de duidelijkheid wordt in deze tekst het woord metaaldampenkoorts gebruikt.

Hoe ontstaat metaaldampenkoorts?
Metaaldampenkoorts kan op verschillende manieren ontstaan. Uiteraard treed dit proces op wanneer metalen worden verhit. Het verhitten van metaal gebeurd onder andere als men metaal gaat lassen, snijden (met een vlam of laser) of gaat branden. Ook bij gutsen, draaien en frezen kan metaaldampenkoorts ontstaan. Een metaalsoort dat specifiek bekend staat als metaalsoort die bij verbranding koortsreacties veroorzaakt is zink. Men spreekt dan ook wel over zinkkoorts. Deze koorts ontstaat bij mensen als reactie op inademing van zinkoxyderook als men gegalvaniseerd (verzinkt) staal gaat bewerken op de hiervoor genoemde manieren. Naast het bewerken van zink kan metaaldampenkoorts ook ontstaan als men de volgende metalen gaat bewerken onder hoge temperatuur:

  • Koper
  • Magnesium
  • Aluminium
  • Mangaan
  • Nikkel
  • Cadmium
  • Selenium
  • Zilver
  • Tin

Welke ziekteverschijnselen krijgt men bij metaaldampenkoorts?
Metaaldampenkoorts is een reactie op inademing van rook of dampen van metaal. De reacties die hierbij ontstaan zijn afhankelijk van de persoon en de metaalsoort. De meeste mensen krijgen last van prikkelingen in de luchtwegen waardoor ze gaan hoesten. Ook hoofdpijn komt vaak voor evenals rillingen. Verder krijgt men een metaalsmaak in de mond en kan men braakneigingen krijgen. De ademhaling wordt moeilijker en men krijgt de neiging om heel veel water te drinken. Meestal verdwijnen de klachten binnen 24 uur maar het komt voor dat men twee dagen last heeft van metaaldampenkoorts.

Kun je zink lassen?

Veel metalen constructiedelen worden verzinkt. Dit beurt meestal in speciale zinkbaden waar de staalconstructiedelen thermisch verzinkt worden. Dit verzinken wordt gedaan om de constructiedelen te beschermen tegen corrosie. Hoewel zink minder edel is dan staal is de weerstand van zink tegen corrosie beter. In tegenstelling tot de roest die ontstaat op staal (ferro) is de zinkoxide een stevige beschermlaag die de onderliggende materiaal laag nauwelijks verteerd. Roest of ijzeroxide lost langzamerhand de onderliggende materiaallagen op maar zinkoxide is zeer duurzaam. Om roestvorming te voorkomen kan men staal naast verzinken ook coaten en verven.

Lassen
Het maken van een las is een veel voorkomende techniek om constructiedelen met elkaar te verbinden in de werktuigbouwkunde. Een lasverbinding is een sterke verbinding als deze goed wordt gemaakt. Een lasverbinding is onuitneembaar. Dit houdt in dat een lasverbinding permanent is tenzij men met geweld deze verbinding uit elkaar wil halen doormiddel van slijpen, zagen, gutsen of snijden. Door deze technieken wordt de las verwijdert en is de verbinding verdwenen.

Lassen van staal
Het lassen van staal komt veel voor. Staal is in feite ijzer met een klein percentage koolstof (lager dan 1,9 procent). Dit koolstofpercentage kan eventueel nog lager zijn indien dat gewenst is. Hoe lager het koolstofpercentage hoe elastischer het staal. De hardheid van het staal neemt dan echter wel af en men zal ook specifieke lastoevoegmaterialen moeten gebruiken bij speciale staalsoorten. Staal kan op verschillende manieren worden gelast. Meestal gebruikt men MIG/MAG lassen maar elektrode lassen (BMBE) en ook TIG lassen wordt regelmatig gebruikt. Autogeen lassen is een lasproces dat in de (dikwandige) installatietechniek wordt gebruikt voor het maken van verbindingen tussen stalen buizen.

Zink lassen
Zink reageert anders op lasprocessen dan staal. Als men zink last komt er een vreemde witte rook vrij. Dit is een rook die vrijkomt van zinkoxides en heeft een zure geur. Zink en zinkoxides worden niet apart genoemd op de MAC waarde lijst. Dit is een lijst met stoffen die giftig zijn. Hoewel zink in het lichaam van een mens voorkomt reageert het lichaam van een mens sterk op de lasrook die vrijkomt bij het lassen van zink. Dit wordt ook wel zinkkoorts genoemd. De term ‘koorts’ verwijst naar de reacties die het lichaam vertoont als men wordt blootgesteld aan de rook. Deze reacties zijn koude rillingen, verhoogde speekselproductie en daarnaast kan men ook gaan overgeven. De zinkkoorts verschijnselen verdwijnen meestal na 24 uur of hooguit 48 uur.

Voorzorgsmaatregelen voor zink lassen
Zinkkoorts is alles behalve goed voor de gezondheid. Het is onduidelijk of er blijvend letsel optreed wanneer men regelmatig zink last. Daarom is het verstandig om de lasser zo goed mogelijk te beschermen tegen de lasrook die vrijkomt bij het lassen van zink. Het beste kan men er voor zorgen dat men geen lasrook van zinkoxides krijgt. Dit kan men voorkomen door de zinklaag van de constructiedelen eerst zorgvuldig weg te slijpen (daarbij uiteraard gebruikmaken van de voorgeschreven gelaatsbescherming). Vervolgens kan men het staal onder de zinklaag gaan lassen. Men kan er daarnaast voor zorgen dat er een goed rookafzuiging is op de werkplek. Ook adembescherming is een goed beschermingsmiddel voor de lasser. Meestal wordt dit gedaan door gebruik te maken van een lashelm met verse luchttoevoer.

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 messing of geelkoper en waaruit bestaat deze legering?

Messing is een legering van koper en zink. Deze legering wordt ook wel aangeduid met CuZn. Als messing in de vorm van folie wordt gebracht spreekt men ook wel over latoen of latoenkoper. Messing wordt ook wel aangeduid met de naam geelkoper. Deze naam heeft te maken met de kleur van messing, dit is een gele kleur die een beetje lijkt op de kleur van goud. De kleur van messing is geler dan koper. Ook brons heeft een andere kleur dan messing. Brons is een legering van koper en tin en is donkerder van kleur. De kleur van messing kan veranderen in de buitenlucht. Voordat het metaal zink was ontdekt gebruikte de mens al messing. Koper wordt door de mens gesmolten met calamiet, dit is een zinkerts. Tijdens het smelten van koper en calamiet in een smeltkroes mengt de zink zich direct met het aanwezige koper. Het gebruik van zinkerts is in dit legeringsproces noodzakelijk omdat zuiver zink te reactief is om doormiddel van de oude technieken te verwerken.

Verschillende soorten messing
Messing bestaat uit koper en zink. De eigenschappen van deze bestandsdelen van de legering versterken elkaar. Eventueel kan men ook andere elementen toevoegen zoals lood. Messing is waardevol materiaal omdat het beschikt over een goede hardheid. Daarnaast heeft messing ook uitstekende zelfsmerende eigenschappen. Vooral door de toevoeging van het element lood kan messing zeer goed worden verspaand. Om die reden wordt messing vaak in een draaibank of freesbank bewerkt tot een onderdeel van een machine ontstaat.

Er zijn verschillende messinglegering. Deze worden onderverdeeld in onderstaande drie soorten:

  • Alfamessing. Deze messinglegering bevat minder dan 40% zink Alfamessing is flexibel en het materiaal kan koud gesmeed of vervormd worden.
  • Bètamessing. Deze legering bevat meer zink in verhouding. Bètamessing kan alleen worden gesmeed als het heet is. Een voordeel van Bètamessing is dat het een harder en sterker materiaal is dan alfamessing.
  • Wit messing. Deze legering bevat verhoudingsgewijs veel zink. Het zinkpercentage van messing is meer dan 45 procent. Hierdoor is het materiaal erg bros om goed gebruikt te kunnen worden in producten.

Naast bovenstaande soorten messing zijn er verschillende messinglegeringen. De samenstelling van de ze legeringen is belangrijk voor de eigenschappen van het materiaal. Een metallurg heeft veel verstand van de eigenschappen van materialen en kan deze goed op elkaar afstemmen. Dit vakgebied heet metallurgie en behoort tot de metaaltechniek. De eigenschappen van de messinglegering zijn vervolgens weer belangrijk voor de mogelijkheden om de messing toe te passen in bepaalde producten.

Waar wordt messing voor gebruikt?
Messing wordt gebruikt voor de vervaardiging van verschillende producten. Zo wordt messing bijvoorbeeld gebruikt voor het maken van koppelingstukken voor de installatietechniek. Hierbij kan gedacht worden aan koppelingen voor waterleidingen. Ook T-stukken, hoekstukken, bochten en afsluiters kunnen van messing worden gemaakt. Bevestigingsmiddelen zoals bouten en moeren kunnen ook van messing worden gemaakt. Messing wordt daarnaast ook gebruikt in de woninginrichting en zelfs voor kogelhulzen. Het is goedkoper materiaal dan brons. Desondanks heeft messing wel een mooie uitstraling en is het materiaal dat niet roest.

Messing kan goed worden verwerkt. Het materiaal is goed verspaanbaar. Ook wanneer hoge toleranties vereist zijn kunnen uit messing zeer nauwkeurige producten worden vervaardigd. Voor seriematige productie op CNC draaibanken of freesbanken kan messing ook goed worden gebruikt. Messing kan goed worden gerecycled. Ongeveer negentig procent van alle messingproducten worden hergebruikt. Messingschroot wordt ingezameld en in een gieterij omgesmolten. Messing is namelijk een uitstekend materiaal om in een bepaalde vorm te gieten.

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 kathodische bescherming (KB)?

Er zijn verschillende technische mogelijkheden om ferro metalen te beschermen tegen corrosie. Zo kan er gebruik worden gemaakt van verzinken, of van speciale coatings. Deze middelen zijn effectief maar voor de lange duur zijn ze niet altijd geschikt. Vooral wanneer ferro metalen regelmatig in contact komen met (zout) water en erosie doormiddel van zand en wind kan de buitenste coating langzamerhand afgebroken worden. Het gevolg is dat er roestplekken ontstaan die zich steeds verder uitbreiden. Hierdoor kan een metalen object ernstig worden beschadigd en langzamerhand afbreken. Dit moet worden voorkomen. Een methode waarmee metalen kunnen worden beschermd tegen corrosie is kathodische bescherming (KB).

Hoe werkt kathodische bescherming (KB)?
Kathodische bescherming wordt gebruikt ter bestrijding van corrosie. Hierbij wordt het potentiaal van object dat beschermd moet worden verlaagd. Door het verlagen van het potentiaal ontstaat er een vertraagde anodereactie tussen de ijzerionen en het ijzer (ferro). Hierdoor wordt het object dat beschermd moet worden een kathode. Een kathode is de pool waar elektronen naar binnen gaan. Een anode is de pool waar de elektronen uit komen. Een anode is daarmee een elektrode. Kathodische bescherming werkt preventief tegen corrosie. Kathodische bescherming is er in twee vormen: met opgedrukte spanning en doormiddel van een opofferingsanode. Deze twee vormen worden hieronder uitgelegd.

Kathodische bescherming doormiddel van opofferingsanode
Er wordt bij kathodische bescherming doormiddel van een opofferingsanode gebruik gemaakt van een onedeler metaal dat aan een edeler metaal wordt bevestigd. Opofferingsanoden worden ook wel  galvanische anoden genoemd. Zink kan hiervoor worden gebruikt want het is onedeler dan ijzer. Daarom worden zink of zink-aluminiumlegeringen onder andere op schepen bevestigd. Op landinstallaties wordt gebruik gemaakt magnesium- en zinklegeringen. Het elektronenpotentiaal verloopt van het hoogste naar de laagste metaalsoort. Zink dat bevestigd is aan ijzer geeft bij oxidatie elektronen af aan ijzer. Zink wordt hierdoor opgeofferd en oxideert weg en beschermd daardoor het ijzer waaraan het bevestigd is. Zink creëert in deze situatie beschermstroom  en is een opofferingsanode die haar elektroden afstaat aan de kathode ijzer. Daarom wordt gesproken over kathodische bescherming. Bij het gebruik van een opofferingsanode wordt geen externe stroombron of bekabeling toegepast omdat het onedele metaal zelf beschermstroom creëert.

Kathodische bescherming doormiddel van opgedrukte spanning
Kathodische bescherming met opgedrukte spanning wordt onder andere gebruikt bij wapeningstaal in beton. Dit wordt ook wel kathodische bescherming doormiddel van vreemdstroom genoemd. Dit is niet geheel juist omdat het gaat om een spanning die op het te beschermen metaal wordt gedrukt. Opgedrukte spanning is daardoor de juiste term voor deze vorm van kathodische bescherming. Het wapeningstaal wordt doormiddel van gelijkspanningstroom op een kunstmatige manier negatief gehouden. Hierdoor wordt het staal van een anode in een kathode verandert. Vreemdstroom wordt ook wel opgelegde stroom genoemd. Het potentiaal van wapeningstaal wordt verlaagd door een externe bron die gelijkspanningstroom op het te beschermen object legt. Deze externe bron kan bijvoorbeeld een gelijkrichter of accu zijn. De hoeveelheid gelijkspanningstroom die op het object wordt gezet is afhankelijk van wat het te beschermen object nodig heeft. Er kan een grotere stroomafgifte worden gerealiseerd dan bij kathodische bescherming doormiddel van een opofferingsanode. Hierdoor kunnen ook grotere oppervlaktes beschermd worden tegen corrosie.

Waarvoor kan kathodische bescherming worden gebruikt?
Verschillende producten kunnen kathodisch worden beschermd. Er wordt onder andere kathodische bescherming aangebracht bij damwanden, leidingen, opslagtanks en betonconstructies. Ook in de offshore wordt kathodische bescherming gebruikt voor bijvoorbeeld boorplatformen en schepen.

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.