Weißrost

Weißrost ist die Bezeichnung für Korrosionsprodukte, die unter bestimmten Bedingungen auf Zinkoberflächen gebildet werden, beispielsweise bei eingeschränktem Zugang von CO₂ aus der Luft. Weißrost kann nach dem Verzinken auftreten; er ist unerwünscht, da er den Korrosionsschutz mindert und unansehnlich ist.

Die typische Zusammensetzung des Weißrostes lautet: 2 ZnCO₃ • 3 Zn(OH)₂ 3 H₂O, Zinkhydroxid, wenig Zinkoxid und sehr wenig Zinkcarbonat.[1]

Entstehung von Weißrost

Zink überzieht sich an Luft mit einer dichten festhaftenden dunkelgrauen Oxid- bzw. Carbonatschicht und wird daher als Korrosionsschutz verwendet. Zur Bildung einer dichten Schicht ist Kohlendioxid notwendig, da dann Zn₅(OH)₆(CO₃)₂ entsteht. Bei Mangel an CO₂ oder bei chlorid- bzw. sulfathaltigen Bedingungen können aber Probleme auftreten, da sich dann lockere und voluminöse Überzüge bilden. Sie haben keine definierte Zusammensetzung, sondern bestehen aus verschiedenen Produkten.

Eigenschaften

Die Struktur und die Eigenschaften der Schutzschicht hängen stark von den äußeren Bedingungen ab, wie Feuchtigkeit, Temperatur oder anwesende Anionen. Im Allgemeinen ist die Zinkkorrosion ein Prozess von anfänglicher Auflösung mit anschließender Niederschlagsbildung, wobei auch Zn(I)-Zwischenstufen auftreten. Unter besonderen Umständen kann aber auch direkte Oxidbildung auftreten. Typisch für Zinkkorrosion ist, dass mehrere parallele und konsekutive Reaktionen auftreten. Das führt zur Bildung mehrerer verschiedener und inhomogener Oxid- und Hydroxidschichten, wobei besonders die Substratstruktur eine Rolle spielt, da an Defektstellen andere Reaktionen stattfinden als auf der Zinkschicht. Die Reaktionsfolge in sulfat- und chloridhaltigen Lösungen kann man folgendermaßen zusammenfassen:

• Zn ⇔ Zn(I)^+_ads + e^−
• ZnZn(I)^+_ads ⇒ Zn^2+_(aq) + Zn(I)^+_ads + e^− (Reaktion an der Oberfläche des Zn)
• Zn(I)^+_ads ⇒ Zn(II)_ads + e^− ⇒ Zn^2+_(aq) ⇒ ZnO_(s) (unter Beteiligung von SO₄^2− bzw. Cl^−)
• Zn(II)_ads ⇒ ZnO_(s) ⇒ ZnSO_4(s) ⇒ Zn^2+_(aq) (in Sulfat)
• ZnOH_ads ⇔ ZnOH^+_(aq) + e^−

Die Anwesenheit sonstiger Stoffe führt auch zum Aufbau weiterer Verbindungen. Kohlendioxid in der Luft bewirkt die Bildung diverser Carbonate und Hydroxycarbonate. Außerdem verlangsamt es die Korrosion bei Anwesenheit von Chloriden durch die Bildung von Simonkolleit (Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O). Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chlorid und Sulfat können noch eine Reihe weiterer kompliziert aufgebauter Produkte entstehen, die die Eisenauflösung verlangsamen. Ähnliche Vorgänge treten auch beim Angriff von Basen auf Zink auf.

Giftigkeit

Weißrost ist eine Gefahr besonders für Haustiere in Käfigen aus verzinktem Stahl. Durch Lecken und Nagen an den Gittern können vor allem Nagetiere und Vögel leicht zu viel Zink aufnehmen, was zu einer lebensgefährlichen Schwermetallvergiftung führt. Weißrost erhöht diese Gefahr, da er sich leichter löst als eine fest verzinkte Oberfläche.[2][3]

Für Menschen ist Weißrost zumindest bei der Inhalation vermutlich nicht schädlich.[4]

Die Umweltproduktdeklaration „Feuerverzinkte Baustähle“ kommt zu dem Ergebnis, dass bei Verwendungszweck-gerechter Nutzung von feuerverzinktem Stahl „keine Wirkungsbeziehungen bzgl. Umwelt und Gesundheit bekannt sind“.[5]

Vermeidung

Durch Passivierung/Chromatierung, organische Überzüge oder das Zulegieren von anderen Metallen kann Weißrost bei der Verzinkung vermieden werden.

Literatur

• A. El-Mahdy, A. Nishikata, T. Tsuru: Electrochemical corrosion monitoring of galvanized steel under cyclic wet-dry conditions. In: Corrosion Science 42, 2000, S. 183, ISSN 0010-938X
• L. Sziráki, E. Szöcs, Zs. Pilbáth, K. Papp, E. Kálmán: Study of the initial stage of white rust formation on zinc single crystal by EIS, STM/AFM and SEM/EDS techniques. In: Electrochimica Acta 46, 2001, S. 3743, ISSN 0013-4686
• T. Falk, J.-E. Svensson, L.-G. Johansson: The Influence of CO2 and NaCl on the Atmospheric Corrosion of Zinc. In: Journal of the Electrochemical Society 145, 1998, S. 2993, ISSN 0013-4651
• R. Lindström, J.-E. Svensson, L.-G. Johansson: The Atmospheric Corrosion of Zinc in the Presence of NaCl. In: Journal of the Electrochemical Society 147, 2000, S. 1751, ISSN 0013-4651
• T. Tsuru, T. Hirasaki, A. Nishikata: Corrosion Inhibition of Galvanized Steel by Corrosion Products of Zinc. In: Proceedings 15th International Corrosion Congress Granada, Sept. 2002

Einzelnachweise

1. Arbeitsblätter Feuerverzinken des Institut Feuerverzinken
2. Wenn der Käfig den Vogel krank macht, Artikel zur Sendung des WDR vom 18. August 2009
3. Sibylle Schindler: Vergiftungen. Tierarztpraxis Panschwitz-Kuckau, abgerufen am 14. Oktober 2015: „Vergiftung durch Zink - Zu Vergiftungen durch metallisches Zink kommt es durch Benagen galvanisierter Käfiggitter, zinkhaltiger Beschichtungen und anderer zinkhaltiger Metallgegenstände (Tränken, Futternäpfe).“ 
4. technische Vorgaben – Technische Grundlage Einsatz von feuerverzinkten Bauteilen in Objekten und Anlagen des VBS.@1@2Vorlage:Toter Link/www.ar.admin.ch (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im März 2018. Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. (PDF) Eidgenössisches Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport VBS
5. – Umweltproduktdeklaration Feuerverzinkte Baustähle. (PDF; 1,8 MB) Institut für Bauen und Umwelt