Wenn Sie in der Wasserindustrie arbeiten, haben Sie vielleicht schon einmal den Begriff „Entzinkung“ gehört. Auch wenn sein Vorkommen aus wissenschaftlicher Sicht offensichtlich erscheint, kann seine Auswirkung auf Wasserarmaturen aus Messing ernsthafte schädliche Auswirkungen haben.
Die Entzinkung stellt Hersteller von Messing-Wasserarmaturen und Endverbraucher gleichermaßen vor erhebliche Probleme. Was genau ist das also und was kann man tun, um seine Auswirkungen zu mildern?
Was ist Entzinkung?
Bei der Entzinkung handelt es sich um einen Prozess, der dazu führt, dass Zinklegierungen wie Messing im Laufe der Zeit im Wasser zerfallen. Messing besteht zu etwa zwei Dritteln aus Kupfer und zu einem Drittel aus Zink sowie Spuren anderer Legierungselemente wie Zinn, Eisen und Mangan.
Bei der Entzinkung wird durch eine korrosive Reaktion auf Wasser oder Feuchtigkeit ungewollt Zink aus der Messinglegierung entfernt.
Nach längerem Betrieb unter nassen Bedingungen kann so viel Zink aus der Messinglegierung austreten, dass die Integrität einer Messingkomponente beeinträchtigt wird und eine geschwächte, wabenartige Struktur zurückbleibt, die für ihren Zweck unbrauchbar ist.
Führt die Entzinkung dazu, dass Messing rostet?
Obwohl es sich nicht um Rost im Sinne unseres herkömmlichen Verständnisses handelt (nur Eisen kann rosten), hat die Entzinkung eine ähnliche korrosive Wirkung auf Messinglegierungskomponenten, beeinträchtigt deren innere Struktur und verringert die Festigkeit.
Entzinktes Messing kann schwer zu erkennen sein – im Gegensatz zu Rost mit seiner auffälligen Farbe und Textur. Bauteile aus entzinktem Messing bleiben bis auf geringfügige Verfärbungen äußerlich oft unverändert und behalten in der Regel ihre ursprüngliche Form und Abmessungen.
Doch die erhöhte Porosität der Messinglegierung und die dramatische Verringerung der mechanischen Festigkeit des Bauteils führen oft zu einem katastrophalen Ausfall.
Warum führt die Entzinkung zu Messingkorrosion?
Diese Reaktivität von Messing in Wasser wird viele Menschen überraschen; Messingarmaturen sind in der Wasserindustrie ein allgemeiner Favorit. Warum also sie verwenden, wenn die Entzinkung ein Problem darstellt?
Die Wahrheit ist, dass die Entzinkung bei der Auswahl von Wasserarmaturen aus Messing zwar eine ernsthafte Überlegung darstellt, bestimmte Umweltfaktoren jedoch eine Rolle spielen müssen, damit sie auftritt. Diese beinhalten:
- Leicht saures Wasser im System
- Leicht alkalisches Wasser im System
- Geringe Belüftung des Wassers
- Höhere Wassertemperaturen
- Die Wirkung von Edelmetallen und der Galvanischen Reihe
Ein gutes Beispiel hierfür sind Warmwasserzylinder, wo Messingarmaturen unterschiedlichen Wasserbedingungen und -temperaturen ausgesetzt sein können. Aus diesem Grund müssen Messingarmaturen, die beim Bau von Warmwasserspeichern verwendet werden, sorgfältig ausgewählt werden, um das Risiko einer Entzinkung wichtiger Komponenten zu minimieren.
Die galvanische Reihe und galvanische Korrosion (der wissenschaftliche Teil)
Die Galvanic-Serie ist ein eigenständiger Artikel, aber es lohnt sich, ihre Auswirkungen hier zusammenzufassen, da sie einige Einblicke in die Funktionsweise der Entzinkung bietet und warum sie zur Korrosion von Messing-Wasserarmaturen führt.
Galvanische Korrosion entsteht, wenn zwei unterschiedliche Metalle zusammengefügt und in einen Elektrolyten eingetaucht werden. In diesem Fall sind die beiden unterschiedlichen Metalle Kupfer und Zink (in Form von Messing) und der Elektrolyt ist Wasser. Diese galvanische Reaktion ist das gleiche Prinzip, das Batterien oder Korrosionszellen zum Funktionieren bringt.
In einer Korrosionszelle müssen eine Anode, eine Kathode, ein Metallpfad und ein Elektrolyt vorhanden sein. Das edlere Metall fungiert als Kathode und das unedlere als Anode, wobei die Anode gegenüber der Kathode bevorzugt korrodiert.
Kupfer liegt auf der Edelskala nicht besonders hoch, sondern liegt eher in der Mitte. Zink ist jedoch fast das unedelste Metall, daher ist der Abstand zwischen Kupfer und Zink erheblich. Wenn eine Messinglegierungskomponente einem Elektrolyten ausgesetzt wird und einen metallischen Pfad bildet, wird das Zinkelement zur Anode und korrodiert bevorzugt gegenüber der Kupferkathode.
Die galvanische Reaktion wird beschleunigt, wenn die Kathode größer als die Anode ist. Dies verschärft das Problem der Entzinkung in Warmwasserzylinderkomponenten aus Messing, da der große Kupferzylinder, der als Kathode fungiert, deutlich größer ist als die kleinen Messingarmaturen, die das Zink enthalten und als Anoden dienen.
Hinzu kommt die erhöhte Wassertemperatur im Zylinder und Sie haben die perfekten Bedingungen für die Entzinkung von Messingarmaturen geschaffen.
Warum verwendet die Wasserindustrie Messingarmaturen, wenn diese durch die Entzinkung korrodieren?
Trotz der mit der Entzinkung verbundenen Probleme gibt es viele gute Gründe, Messing bei der Herstellung von Wasserarmaturen zu verwenden. Messing hat:
- Eine der besten Bearbeitungseigenschaften aller Metalle
- Hervorragende Formbarkeit für Stanzteile
- Günstiges Kosten-pro-Anwendungs-Verhältnis
- Ein vergleichsweise einfacher Legierungsherstellungsprozess
Der Schlüssel für den erfolgreichen Serviceeinsatz von Messing liegt darin, dass der Komponentenkonstrukteur die endgültige Anwendung der Armaturen vollständig versteht.
Beseitigung der Auswirkungen der Entzinkung
Um die Auswirkungen der Entzinkung auf spezielle Wasserarmaturen aus Messing zu beseitigen, können die Legierungselemente des Messings während seiner Herstellung modifiziert werden. Dabei handelt es sich um ein relativ kostengünstiges Verfahren, das die Entzinkungsbeständigkeit des Messings erheblich verbessert und die Langlebigkeit der Komponenten beim Einsatz in warmen, feuchten Umgebungen wie Warmwassertanks erhöht.
Die resultierende Legierung wird Entzinkungsmessing genannt. Es wird oft als CZ132, DZR-Messing oder CW602N bezeichnet.
Es gibt zwei Möglichkeiten, DZR-Messing herzustellen:
- Verwenden Sie einen Zinkgehalt von >15 %. Dadurch wird zwar automatisch eine Entzinkung verhindert, der geringere Zinkgehalt kann jedoch dazu führen, dass die resultierende Legierung für das vorgesehene Bauteil oder die Fertigungsanforderungen ungeeignet ist.
- Wenn ein höherer Zinkgehalt (typischerweise 35 %) erforderlich ist, um die Eigenschaften des Messings zu erhalten, können andere Legierungselemente in sehr geringen Mengen (typischerweise 0.2–2 %) hinzugefügt werden, um eine Entzinkung zu verhindern. Diese Elemente werden oft als Entzinkungsinhibitoren bezeichnet und umfassen Arsen, Nickel, Zinn, Phosphor und Aluminium.
Ein weiterer wichtiger Faktor zur Verhinderung der Entzinkung von Messingarmaturen ist die gewählte Methode zur Herstellung der Teile. Wird ein Schmiedeverfahren, beispielsweise Heißprägen, oder ein anderes thermisches Verfahren, beispielsweise Glühen, eingesetzt, wird die Entzinkungsbeständigkeit des Bauteils weiter verbessert.
Es muss jedoch auch sorgfältig darüber nachgedacht werden, welches Bauteildesign, seine Anwendung und geeignete Bearbeitungsverfahren zur Herstellung des Teils geeignet sind.
Bei der Herstellung von Messinglegierungen sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Dies ist jedoch ein umfassender Überblick über den Entzinkungsprozess und die Prinzipien zur Herstellung von DZR-Messing-Fittings für den Einsatz in der Wasserindustrie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die resultierenden Messingarmaturen eine lange und störungsfreie Lebensdauer haben sollten, wenn der Komponentenkonstrukteur die Anwendung versteht und die richtige Messinglegierung spezifiziert.
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