Korrosionsschutzsysteme

Schutzmechanismen, Korrosivitätskategorien und Systemaufbau

WahlqualifikationB 8

KernaussageNicht die einzelne Schicht schützt, sondern das abgestimmte System aus Untergrundvorbereitung sowie Grund-, Zwischen- und Deckbeschichtung.

Warum Korrosionsschutz Systemsache ist

Stahl rostet, wo Wasser, Sauerstoff und ein Elektrolyt gleichzeitig auf die Metalloberfläche wirken. Eine Beschichtung unterbricht diesen Zusammenhang. Zuverlässig gelingt das aber nur, wenn Untergrundvorbereitung, Grundierung und Deckschicht zusammenpassen — eine einzelne, noch so gute Schicht ersetzt kein abgestimmtes System.

Die drei Schutzmechanismen

Barrierewirkung — die Beschichtung hält Wasser, Sauerstoff und Ionen vom Metall fern. Lamellare Pigmente wie Eisenglimmer verlängern den Diffusionsweg und verstärken die Sperre.
Aktiver (inhibierender) Schutz — Rostschutzpigmente wie Zinkphosphat geben passivierende Ionen ab, die die Stahloberfläche elektrochemisch beruhigen.
Kathodischer Schutz — zinkstaubreiche Grundierungen enthalten so viel Zink, dass es leitenden Kontakt zum Stahl hat. Das unedlere Zink löst sich bevorzugt auf und schützt den Stahl als Opferanode.

Korrosivitätskategorien

Die Belastung eines Bauteils wird in Kategorien eingeteilt — von C1 (innen, trocken, geheizt) über C3 (Stadt- und Industrieluft) und C4 (Chemieanlagen, Schwimmbäder) bis C5 und CX (Meeresatmosphäre, Offshore). Mit steigender Korrosivitätsbelastung und geforderter Schutzdauer steigen im Allgemeinen die Anforderungen an das Beschichtungssystem; Schichtdicke und Systemaufbau werden nach dem Anforderungsprofil festgelegt. Die Kategorie ist der Ausgangspunkt jedes Anforderungsprofils. Die geforderte Schutzdauer wird nach DIN EN ISO 12944 in vier Stufen angegeben: niedrig (bis 7 Jahre), mittel (7–15), hoch (15–25) und sehr hoch (über 25 Jahre, seit der Fassung 2017 ergänzt) — ein Planungswert bis zur ersten größeren Instandsetzung, keine Gewährleistungsfrist.

Untergrundvorbereitung entscheidet

Für einen dauerhaften Korrosionsschutz ist eine geeignete Untergrundvorbereitung erforderlich; Rost, Zunder und Verunreinigungen müssen entsprechend dem vorgesehenen System entfernt bzw. behandelt werden. Stahl wird gestrahlt; der erreichte Reinheitsgrad heißt Entrostungsgrad (Sa 2, Sa 2½, Sa 3 beim Strahlen, St 2/St 3 bei Handentrostung). Höhere Kategorien verlangen höhere Entrostungsgrade. Das Strahlen erzeugt zugleich eine Rauheit, die die Grundierung verankert und so die Haftung sichert (siehe L-64; zur Benetzung L-12).

Systemaufbau und Duplexsystem

Ein Schutzsystem ist mehrlagig: die Grundbeschichtung sorgt für Haftung und aktiven oder kathodischen Schutz, die Zwischenbeschichtung für Schichtdicke und Barriere, die Deckbeschichtung für Wetter-, Chemikalien- und UV-Beständigkeit sowie Farbe. Wird auf feuerverzinkten Stahl beschichtet, entsteht ein Duplexsystem: Zinküberzug und Beschichtung schützen gemeinsam und verlängern die Schutzdauer überproportional. Auf Zink ist gute Haftung eigens sicherzustellen (Anschleifen oder Sweep-Strahlen, geeignete Grundierung). Für die Materialplanung gilt: Theoretische Ergiebigkeit A (m²/l) = 10 · Volumenfestkörper (%) / Trockenschichtdicke (µm); theoretischer Bedarf = Fläche / A, tatsächlicher Bedarf = theoretischer Bedarf / Auftragswirkungsgrad.

Wie ein System für eine Kategorie geprüft wird

Die Korrosivitätskategorie wird nach den in DIN EN ISO 9223 beschriebenen atmosphärischen Korrosionsbedingungen bzw. Korrosionsraten eingeordnet; die konkrete Bestimmung folgt der Norm. Ob ein Beschichtungssystem eine Kategorie und Schutzdauer erreicht, wird dagegen im Labor nachgewiesen: nach DIN EN ISO 12944-6 (Kategorien C2–C5 und Im1–Im3) beziehungsweise Teil 9 (CX und Offshore). Geprüft wird mit Salzsprühnebel (DIN EN ISO 9227), Kondenswasser-Konstantklima (DIN EN ISO 6270) und UV-Bewitterung, bei hohen Kategorien und Offshore zusätzlich mit zyklischen Prüfungen, die den Praxiswechsel aus Nässe, Salz und Trocknung besser abbilden. Die Prüfdauer steigt mit Kategorie und Schutzdauer (Offshore-Systeme etwa 4200 Stunden Zyklustest). Bewertet werden anschließend Blasen, Rost, Rissbildung und Abblättern (DIN EN ISO 4628) sowie die Unterwanderung an einem eingebrachten Ritz.

Andere Regelwerke — Bahn, Straße, Auto, Luftfahrt

DIN EN ISO 12944 ist der allgemeine Standard; einzelne Branchen haben eigene, oft strengere Vorschriften:

Straßen- und Eisenbahnbrücken (auch der Deutschen Bahn): ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 3 mit den TL/TP-KOR-Stahlbauten (herausgegeben von der BASt); sie fordern für sehr lange Schutzdauer schärfere Nachweise als die ISO 12944. Für ihre Stahlbrücken regelt die DB den Korrosionsschutz über die Ril 804 in Verbindung mit ISO 12944 bzw. TL/TP-KOR-Stahlbauten; der DBS 918 084 (früher „Blatt 84“ der TL/TP-KOR-Stahlbauten, seit 2015 eigener Standard) betrifft speziell die Beschichtung von Schottertrögen und schotterberührten Stahlflächen, der DBS 918 300 (Nachfolger der TL 918 300) die Beschichtungsstoffe für Schienenfahrzeuge — beides sind Stoffstandards und nicht das gesamte Korrosionsschutz-Regelwerk der DB, siehe L-57.
Automobilbau: zyklische Korrosionsprüfung nach VDA 233-102 (Nachfolger der VDA 621-415).
Luftfahrt: militärische und herstellereigene Spezifikationen wie MIL-PRF-23377 (Epoxid-Primer) und MIL-PRF-85285 (PUR-Decklack) sowie Airbus- (AIMS) und Boeing-Normen (BMS), zunehmend chromatfrei.
Bundeswehr/Wehrtechnik: eigene Technische Lieferbedingungen (TL) und VG-Normen.
Offshore zusätzlich: NORSOK M-501.

Merksatz

Erst das Anforderungsprofil aus Korrosivitätskategorie, Schutzdauer und Untergrund — dann die Auswahl von Vorbereitung, Schutzmechanismus und Schichtaufbau. Der Schutz ist immer nur so gut wie seine schwächste Stelle im System.

KorrosionsschutzBarrierewirkungEisenglimmerZinkphosphatRostschutzpigmentkathodischer SchutzZinkstaubOpferanodeKorrosivitätskategorieC4EntrostungsgradSa 2½DuplexsystemfeuerverzinktGrundbeschichtungDeckbeschichtungSchutzdauerDIN EN ISO 12944

Quellen

Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
DIN EN ISO 12944
DIN EN ISO 9227
DIN EN ISO 4628
ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 3
DIN EN ISO 6270
DIN EN ISO 9223

Übungsblatt Ü-99

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis8 Punkte

1. Nennen Sie die drei Schutzmechanismen einer Korrosionsschutzbeschichtung und erläutern Sie jeden an einem Beispielpigment.

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BarrierewirkungDie Beschichtung hält Wasser, Sauerstoff und Ionen vom Metall fern. Lamellare Pigmente wie Eisenglimmer verlängern den Diffusionsweg und verstärken die Sperre.

Aktiver (inhibierender) SchutzRostschutzpigmente wie Zinkphosphat geben passivierende Ionen ab, die die Stahloberfläche elektrochemisch beruhigen.

Kathodischer SchutzZinkstaubreiche Grundierungen stehen in leitendem Kontakt zum Stahl. Das unedlere Zink löst sich bevorzugt auf und schützt den Stahl als Opferanode.

EinordnungIn der Praxis wirken die Mechanismen oft zusammen: eine zinkreiche Grundierung schützt kathodisch, die Deckschicht wirkt als Barriere.

Warum das eine Eins verdientAlle drei Mechanismen werden genannt und jeweils mit einem konkreten Pigment belegt. Der Hinweis auf das Zusammenwirken im System zeigt, dass die Mechanismen nicht als Gegensätze verstanden werden.

Berechnung10 Punkte

2. Eine Stahlfläche von 480 m² erhält ein Zweischichtsystem: Grundbeschichtung 60 µm Trockenschichtdicke bei 60 % Volumenfestkörper, Deckbeschichtung 100 µm bei 50 % Volumenfestkörper. Der Auftragswirkungsgrad beträgt jeweils 50 %. Berechnen Sie den tatsächlichen Materialbedarf beider Schichten und die Summe.

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Grund — ErgiebigkeitA = 10 · VFK / TSD = 10 · 60 / 60 = 10,0 m²/l

Grund — BedarfV(theor) = 480 / 10,0 = 48,0 l; V(ist) = 48,0 / 0,50 = 96,0 l

Deck — ErgiebigkeitA = 10 · 50 / 100 = 5,0 m²/l

Deck — BedarfV(theor) = 480 / 5,0 = 96,0 l; V(ist) = 96,0 / 0,50 = 192,0 l

SummeGesamt-Trockenschichtdicke 160 µm; tatsächlicher Bedarf 96,0 l + 192,0 l = 288,0 l.

Warum das eine Eins verdientJede Schicht wird über ihre eigene Ergiebigkeit gerechnet — die dickere und zugleich festkörperärmere Deckschicht braucht bei gleicher Fläche genau das Doppelte an Material (Faktor 100/60 · 60/50 = 2,0). Der Wirkungsgrad wird korrekt als Division angesetzt.

Anwendung7 Punkte

3. Ein feuerverzinktes Stahlgeländer soll zusätzlich farbig beschichtet werden. Begründen Sie, warum ein Duplexsystem sinnvoll ist, und nennen Sie die wichtigste Voraussetzung für dauerhafte Haftung auf Zink.

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DuplexsystemZinküberzug und Beschichtung schützen gemeinsam: Das Zink schützt kathodisch, die Beschichtung wirkt als Barriere und übernimmt Farbe und Wetterbeständigkeit. Zusammen ist die Schutzdauer länger als die Summe beider Einzelschutzarten.

Weiterer VorteilDie Beschichtung schützt zugleich das Zink vor Abtrag (Weißrost) und ermöglicht die farbliche Gestaltung.

Voraussetzung HaftungZink ist glatt und reaktiv. Vor dem Beschichten ist die Oberfläche zu reinigen und aufzurauen (Sweep-Strahlen oder Anschleifen) und eine für Zink geeignete Grundierung zu wählen.

BezugOhne Vorbehandlung droht Enthaftung: Die Zinkoberfläche ist glatt, lose Zinkkorrosionsprodukte (Weißrost) bilden eine Trennschicht, und das alkalisch reagierende Zink verseift esterhaltige Bindemittel (siehe L-16). Sweep-Strahlen oder Anschleifen entfernt die Trennschicht und schafft Rauheit (siehe L-64).

Warum das eine Eins verdientDie Begründung nennt das Zusammenwirken beider Schutzarten und die überproportionale Schutzdauer. Dass die Haftung auf Zink eigens sichergestellt werden muss, ist der Punkt, an dem sich Fachwissen zeigt.

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