ELEMENTI DI CORROSIONE - Itischool

ELEMENTI DI CORROSIONE
AMBIENTI CORROSIVI
Un manufatto metallico può essere utilizzato in ambienti con
comportamenti differenziati dal punto di vista dell'attacco corrosivo,
suddivisibili nel seguente modo:
• atmosfera
• acque dolci (con diverso grado di durezza);
• acqua marina;
• soluzioni particolari (acidi organici e inorganici, sostanze basiche,
   alimenti).

      Relazione tra deposizione dei
      cloruri e distanza dal mare.

I cosiddetti acciai inossidabili non sono utilizzabili in atmosfere marine
e, in generale, negli ambienti ricchi di cloruri. Questi ultimi, infatti,
attaccano chimicamente lo strato di passivazione superficiale, composto
da ossidi di croma, consentendo la progressiva corrosione degli strati
sottostanti.

Questi diagrammi consentono di visualizzare i
• campi di immunità (parte inferiore del diagramma, dove è stabile la
    specie metallica),
• campi di stabilità degli ossidi (si registrano i fenomeni di passività)
• campi di stabilità degli ioni metallici e delle forme complesse (in un
    ambiente fortemente acido o alcalino occorre prevedere un attacco
    corrosivo).
I diagrammi di Pourbaix non consentono di prevedere l'effettivo
andamento della velocità di corrosione.

                                                Diagrammi di Pourbaix
                                                per alcune specie
                                                metalliche pure

Le forme di corrosione
— Corrosione generalizzata: interessa tutta o gran parte della
superficie metallica, provocando riduzione di spessore, più o
meno rapida

— Corrosione localizzata: interessa zone limitate della
superficie metallica, produce cavità di forme diverse che
penetrano in profondità nel materiale, con possibile
perforazione.

— Corrosione selettiva: agisce solo su determinate parti del
materiale, che si distinguono per composizione o per struttura
cristallina; può attaccare : singoli cristalli o i bordi tra un cristallo
e l'altro.

MECCANISMI CORROSIVI
La corrosione chimica avviene per combinazione diretta del metallo
con una o più sostanze chimiche, formando strati di ossidi aderenti alla
superfìcie del metallo oppure cavità. Anche se il metallo cede elettroni
alla sostanza chimica reagente, il processo non è accompagnato da un
passaggio di corrente elettrica, la quale si verifica quando il metallo
viene a contatto con uno dei seguenti elementi:

• un reagente chimico (acido, base, sale);
• un agente atmosferico (ossigeno, anidride carbonica, vapore,
  umidità);
• un agente chimico disciolto nell'acqua o nell'aria.

Corrosione elettrochimica
In presenza di liquido elettrolita, tra due diversi metalli (a contatto
oppure no) si sviluppa una differenza di potenziale che provoca
migrazione di ioni dal metallo con potenziale minore verso il metallo
con potenziale maggiore (corrosione elettrochimica).

Così come in una pila galvanica, nascono le seguenti reazioni chimiche:
anodiche (di ossidazione), che tendono a distruggere il metallo, il quale
si discioglie sottoforma di ioni oppure ritorna allo stato combinato di
ossido

catodiche (di riduzione), in cui gli elettroni abbandonano il metallo che
fungi da anodo e, seguendo percorsi esterni alla soluzione elettrolitica,
giungono al catodo, che li "acquista" rimanendo inalterato.

Potenziali elettrochimici standard

Corrosione per contatto galvanico
La corrosione galvanica si manifesta nel contatto tra due metalli diversi
(per esempio, ferro-zinco), tra un metallo e un suo composto (ferro-
magnetite, per l'appunto) oppure tra il metallo base e altre impurezze
metalliche con diverso potenziale elettrochimico.

Per l'anodo (Fe) si ha:
Per il catodo (Cu) si ha
Gli ioni idrossido reagiscono con gli ioni ferrosi,
formando idrossido di ferro che è poco solubile:

L'idrossido che si è formato, in presenza di acqua e
ossigeno, produce la ruggine (ossido di ferro idrato):

Corrosione per aerazione differenziale

                                      Zona corrosa (anodo)

L’ossigeno va in soluzione nell’acqua e forma gruppi OH- che tendono
a «strappare» ioni Fe+ dal metallo solido. Rimangono nel metallo
elettroni che vanno a ridurre la parte metallica meno umida.

                             Zona corrosa

Corrosione interstiziale
La corrosione interstiziale si manifesta in
corrispondenza di fessure molto piccole (0,02+0,1
mm) comprese tra due zone metalliche, oppure tra
una metallica e l'altra non metallica.
Il liquido elettrolita presente nella fessura non si
rinnova (stagnazione), abbattendo localmente la
percentuale di ossigeno (anodo). Nelle zone
circostanti, invece, arrivano nuovo liquido e ossigeno
(catodo) rendendo costantemente attiva la pila, con
un meccanismo simile a quello della aerazione
differenziale.

Corrosione intergranulare
La corrosione intergranulare è molto insidiosa, perché può provocare
sgretolamento del pezzo senza che sia possibile notarne l'avanzamento.
L'attacco corrosivo si manifesta localmente nei giunti di cristallizzazione (bordi
dei grani), in presenza di disomogeneità strutturali o di composizione chimica
(inclusioni) rispetto ai grani adiacenti.
Il processo di saldatura, per esempio, durante la fase di riscaldamento o di
raffreddamento, potrebbe generare precipitati metallici (carburi) che andranno:
a depositarsi lungo i bordi dei grani cristallini. Un caso tipico è la corrosione
intergranulare degli acciai inossidabili austenitici, se riscaldati in una fascia di
temperatura compresa tra 400 e 900 °C (trattamento di sensibilizzazione. La
presenza del cromo disciolto nell'austenite (per definizione >12%) crea
precipitati sotto forma di carburi di cromo; quest'ultimo migra dall'interno verso
l'esterno del grano, trascinando con sé il carbonio per formare raggruppamene
di carburi di cromo lungo i bordi del grano.

Si potranno verificare le seguenti forme di danneggiamento:
• corrosione intergranulare dell'acciaio lungo il bordo cristallino (formazione
    della regione anodica);
• riduzione della percentuale di cromo nel grano e perdita della capacità di
    passivazione;
• decarburazione del grano cristallino e perdita delle proprietà meccaniche
    dell'acciaio.

È possibile evitare le suddette cause di danneggiamento applicando
procedure
o interventi specifici, secondo la natura del materiale metallico:
scegliendo un acciaio inossidabile con basse percentuali di carbonio;
impiegando elementi stabilizzanti (Ti, Nb, V, Ta);
effettuando un trattamento termico di solubilizzazione che preveda il
riscaldamento dell'acciaio fino a -1000 °C, per riportare i carburi
segregati in soluzione, e la successiva rapida sottrazione di calore per
impedire la riprecipitazione dei carburi al bordo dei grani.

Corrosione per vaiolatura
La corrosione per vaiolatura è una modalità di attacco corrosivo che si
presenta sotto forma di cavità (pit) molto piccole (0,1+2 mm),
denominate crateri, caverne, ulcere, punte di spillo.
Le leghe sensibili a questo tipo di attacco sono acciai inossidabili e
ottoni.
Risulta particolarmente pericoloso per la formazione di microcavità che
possono costituire innesco di cricche a fatica meccanica.
Si crea una cella ad aerazione differenziale, in cui la composizione
chimica locale evolve notevolmente, in modo peggiorativo, durante
l'attacco.

Corrosione sotto sforzo (tensocorrosione)
La corrosione sotto sforzo si manifesta quando su un componente
metallico agiscono contemporaneamente uno sforzo meccanico di
trazione e un attacco chimico di tipo corrosivo.

L'evoluzione della cricca può essere suddivisa in tre diversi stadi di
propagazione di seguito elencati.
Innesco: ha luogo in corrispondenza di rotture locali del film protettivo;
Propagazione
Rottura di schianto: avviene quando lo sforzo applicato raggiunge un
valore critico, con una rottura che risulta duttile o fragile in funzione
della tenacità del metallo.

Gli interventi protettivi
consistono nell'evitare le              Velocità di propagazione della
tensioni non previste, nel creare       cricca.
uno stato di compressione
superficiale (pallinatura), nel
trattamento termico di
distensione, nel migliorare la
finitura superficiale e nel
proteggere con rivestimenti di
metallo puro (per esempio
zinco).

Corrosione per fatica
In presenza di un ambiente chimicamente aggressivo, le curve di fatica
di un acciaio evidenziano la scomparsa del limite di fatica

METODI CINETICI DI PROTEZIONE DALLA CORROSIONE
Inibitori
Un inibitore di corrosione è un composto chimico (ammine, fosfati,
benzoati) che, aggiunto in piccole concentrazioni, rallenta in modo
considerevole la velocità di corrosione dei metalli (90-^95%). La
maggior parte degli inibitori sfrutta il meccanismo di passivazione, per
cui viene creato uno strato di pellicola inerte alla corrosione;
solitamente ossido del metallo stesso

Rivestimenti
 I rivestimenti metallici sono ottenuti per:
• elettrolisi (Zn, Ni, Cr, Cu, Cd);
• immersione (Zn, Sn, Al);
• diffusione di un elemento di lega (Zn, Al);
• placcatura, su prodotti piani durante la laminazione a caldo
     (saldatura per diffusione); sono placcati anche su acciaio al carbonio
     (acciai inossidabili, ottone, nickel, cupro-nickel, rame).

I rivestimenti non metallici sono costituiti da:
• pitture, vernici contenenti eventualmente inibitori di corrosione;
• smalti, vetri;
• materie plastiche, gomme;
• fosfatazione (immersione in acido fosforico per creare una base alla
    successiva verniciatura);
• ossidazione anodica (Al) oppure chimica (Mg).

Preparazione della superficie
Sgrassaggio, per eliminare oli, grassi, polvere e vernici: si possono
utilizzare solventi organici miscelati con sostanze tensioattive ed
emulsionati con acqua (trielina, percloroetilene, tricloroetano), oppure
detergenti costituiti da soluzioni alcaline calde (70+80 °C), applicati a
spruzzo o per immersione.

Decapaggio chimico, per eliminare gli ossidi: si utilizzano prevalente-!
mente soluzioni acquose acide (acido cloridrico, nitrico, solforico,
fluoridrico! con possibile sviluppo di idrogeno che, assorbito dal
metallo, lo infragilisce

Pulitura meccanica: le impurità vengono asportate per azione abrasiva
mediante sabbiatura (lancio con aria compressa di graniglia di ghisa o di
acciaio, diametro medio 0,5+2 mm), smerigliatura (tele abrasive),
spazzolatura (spazzole cilindriche rotanti), rotofinitura o vibrofinitura
(usata pei minuteria posta in contenitori rotanti o vibranti).

Zincatura
La diffusa applicazione dello zinco sulle superfìci metalliche (zincatura),
soprattutto ferrose, è giustificata dai molteplici vantaggi che ne
derivano:
• elevata aderenza;
• elevata impermeabilità;
• resistenza all'abrasione;
• resistenza alla corrosione chimica;
• tenacità;
• flessibilità.
Se zinco e acciaio entrano in contatto in presenza di un elettrolita,
scorrerà un flusso di elettroni, dall'acciaio verso lo zinco. Quest'ultimo
diverrà zona anodica, corrodendosi lentamente al posto del ferro
(rivestimento anodico sacrificale), perché lo precede nella scala dei
potenziali elettrochimici

Zincatura elettrolitica

L'anodo è costituito da barre, o sfere, di zinco purissimo (-100%),
mentre il catodo è formato dai pezzi da rivestire
Con il passaggio di corrente si formano ioni di zinco (Zn++) che vengono
attratti dal catodo e si depositano uniformemente sull'intera superficie,
per uno spessore variabile tra 5+25 mm/1000

Zincatura a caldo
a)   pulizia superficiale
b)   lavaggio
c)   Flussaggio
d)   essiccazione e preriscaldamento
e)   zincatura per immersione in zinco fuso (-450 °C)
f)   raffreddamento in aria o in acqua;
g)   pulitura, controlli e collaudi.

Pitture ricche di zinco
Sono pitture costituite da zinco (93%) e da un legante chimico (7%)
quale clorocaucciù, resina epossidica, polistirene, silicato di sodio, litio
oppure potassio.

Zincatura a spruzzo
Si effettua con spruzzatori, a forma di pistola, che funzionano ad aria
compressa e possono essere caricati del metallo rivestente, sotto forma
di filo, nastro, polvere o pezzi.
Con l'ausilio di una fiamma a gas, gli spruzzatori fondono lo zinco e,
successivamente, lo polverizzano

Sherardizzazione
Con la sherardizzazione si possono rivestire manufatti di ferro con uno
strato uniforme di zinco, generalmente 5+30 mm/1000, a temperature
inferiori a quella di fusione dello zinco stesso. Si sottopongono gli
oggetti a rotazione, con polvere di zinco (grigio di zinco) e qualche
coadiuvante, entro un cilindro chiuso girevole, scaldato all'esterno a
circa 320-400 °C. L'operazione dura 1+10 ore, a seconda degli oggetti,
che comunemente sono di piccole dimensioni e di forma varia.

Zincatura laminare a freddo
 Il prodotto è costituito da fogli di lamine di zinco di basso spessore,
spalmate con uno speciale adesivo, in grado di fornire
l'elettroconduttività necessaria a garantire la protezione catodica