Corrosione dei materiali metallici: cause, caratteristiche, effetti.

La  corrosione è un fenomeno elettrochimico che provoca il consumo lento e continuo di un materiale con conseguente deterioramento delle sue caratteristiche o proprietà fisiche.

La corrosione avviene attraverso un’interazione chimico-fisica del materiale metallico con l’ambiente che lo circonda o con altri materiali con cui viene in contatto.

La corrosione riguarda comunemente i materiali metallici.

La degradazione del materiale di partenza provocata dalla corrosione avviene congiuntamente alla sua ricomposizione con altri elementi presenti nell’ambiente. Ciò comporta che i metalli e le leghe in particolari condizioni ambientali tendano a riprendere lo stato più stabile presente in natura, usualmente quello di ossido, di idrato o di sale.

Meccanismi che provocano la corrosione

I principali meccanismi di attivazione della corrosione sono i seguenti:

  • corrosione elettrochimica: si verifica quando il materiale metallico è aggredito da particolari sostanze chimiche in presenza di acqua o di vapore acqueo
  • corrosione galvanica: si verifica dal contatto tra metalli con diverse caratteristiche di composizione
  • corrosione meccano-chimica: è provocata dalla compartecipazione di cause di natura elettrochimica e di sforzi meccanici.

La corrosione atmosferica e la passivazione

L’esposizione all’atmosfera di materiali metallici favorisce la loro corrosione e la formazione di ossidi.

Ma, per alcune tipologie di leghe metalliche o di rivestimenti metallici l’esposizione del materiale all’atmosfera provoca il fenomeno della passivazione, che contrasta invece l’avanzare della corrosione.

La passivazione di un materiale metallico consiste nella formazione di un film di ossido particolarmente stabile e sottile (dello spessore di qualche micrormetro).

La formazione di tale film dipende dalle condizioni esterne (tra cui umidità atmosferica e temperatura) e dalla composizione del materiale metallico.

Un esempio di questo fenomeno riguarda i weathering steel o gli acciai tipo corten secondo la loro definizione commerciale. Questo tipo di acciai, grazie alla loro composizione chimica ed in particolare alla presenza di una maggiore percentuale di rame rispetto agli acciai comuni, si contraddistingue per la capacità di auto-proteggere il materiale sottostante attraverso lo sviluppo di uno strato di passivazione superficiale dal tipico colore rossastro.

Negli acciai comuni invece la pellicola di ossido di ferro (detta comunemente “ruggine“) è friabile, non è sufficientemente aderente e non adempie quindi ad una funzione protettiva.

Anche gli acciai inossidabili grazie alla loro presenza di cromo e di nichel in condizioni di esposizione all’atmosfera generano una pellicola molto aderente, che funge da passivante.

Ruggine bianca dei prodotti zincati

La ruggine, che si forma sulle superfici degli acciai zincati a caldo, si presenta in una riconoscibile forma bianca polverulenta. Si crea in genere quando si portano a contatto due superfici zincate tra le quali si forma una intercapedine colma di acqua di condensa in condizione di ridotto apporto di ossigeno e di anidride carbonica. In queste condizioni la corrosione procede velocemente e risulta subito evidente dal punto di vista estetico e di condizione superficiale del materiale.

In realtà però nella maggior parte dei casi, a parte la condizione estetica, i danni provocati dalla ruggine bianca non sono sostanziali poiché piccole quantità di zinco possono produrre grosse quantità di ruggine bianca ma generando modeste variazioni nello spessore di rivestimento dello zinco. Oltretutto minime percentuali di ossido bianco possono costituire uno strato protettivo del tutto innocuo.

Per prevenire la formazione della ruggine bianca è sufficiente adottare semplici misure precauzionali nel corso del deposito e del trasporto dei prodotti zincati. È molto importante evitare che si raccolga acqua tra i singoli pezzi di acciaio zincato. Può essere rischioso ricoprire elementi zincati con materiali plastici perché potrebbe ristagnare aria umida e formarsi condensa.

Durante il trasporto bisogna garantire una sufficiente aerazione ed evitare che si raccolga umidità.

Corrosione galvanica

Il meccanismo della corrosione galvanica si innesca quando due materiali, aventi un diverso valore di nobiltà vengono posti a diretto contatto (formando un accoppiamento galvanico), in presenza di un terzo elemento detto “elettrolita”.

Si genera un flusso di elettroni dal materiale meno nobile (avente potenziale minore), denominato anodo (o polo negativo) che si ossida, verso quello più nobile avente potenziale maggiore, denominato catodo (o polo positivo),

I metalli meno nobili (per esempio zinco, ferro, nichel) presentano una maggiore tendenza a corrodersi rispetto ai metalli più nobili (per esempio rame, argento, acciaio inossidabile), per cui mettendo a contatto un metallo meno nobile e un metallo più nobile sarà il metallo meno nobile a corrodersi (fungendo da anodo).

Dal punto di vista della corrosione, la nobiltà di un metallo indica la maggiore o minor facilità a cedere un certo numero di elettroni. I metalli più nobili (ad esempio rame e argento) cedono più difficilmente gli elettroni dei metalli meno nobili (ad esempio ferro e zinco).

L’entità della corrosione galvanica dipende:

  • dalla differenza di potenziale che si crea tra i due elementi, che è tanto più grande quanto più distanti sono gli elementi stessi nella scala dei potenziali standard (o scala galvanica);
  • dalla quantità di ossigeno presente nell’ambiente;
  • dal rapporto tra la superficie complessiva dei due metalli e quella del metallo meno nobile.

Va tenuto presente che la realizzazione di accoppiamenti di materiali prossimi tra loro nelle serie galvaniche è una condizione favorevole, risultando questi materiali tra loro “galvanicamente compatibili”, mentre è da evitare l’impiego di materiali tra loro lontani nella serie galvanica d’interesse.

Un altro fattore importante nella regolazione della corrosione galvanica è rappresentato dal rapporto tra le aree catodiche e quelle anodiche; le condizioni più sfavorevoli si realizzano quando l’area anodica è piccola rispetto a quella catodica, in quanto l’attacco corrosivo si concentra sull’area limitata. Un esempio tipico può essere l’impiego di elementi di giunzione in ferro (chiodi o viti) su strutture in rame o (come succede spesso nelle costruzioni idrauliche) bulloni in acciaio inox su tubazioni in acciaio al carbonio o in ghisa.

La prevenzione o il contenimento della corrosione per contatto possono essere realizzati evitando il contatto tra materiali di nobiltà molto diversa o isolando tra loro, ove possibile, materiali metallici differenti. Anche l’impiego di rivestimenti protettivi o di inibitori può ridurre il rischio di corrosione per contatto. Qualora sia impossibile evitare l’impiego di una coppia di materiali metallici tra loro non compatibili, si può ampliare la catena galvanica, introducendo un terzo metallo, meno nobile di quelli costituenti la coppia, agente quindi come anodo sacrificale.

Corrosione del ferro e delle sue leghe

Nelle leghe ferrose, come gli acciai al carbonio e basso legati e le ghise, i prodotti insolubili che si formano per effetto della corrosione elettrochimica non risultano protettivi per il sottostante materiale e pertanto tali leghe hanno un comportamento elettrochimico attivo.

La condizione necessaria affinché si manifesti la corrosione elettrochimica del ferro, a temperatura normale, è che il manufatto si trovi in presenza di acqua e ossigeno.

Se invece l’ambiente è secco anche in presenza di ossigeno non ci sono le condizioni di formazione della corrosione in quanto non avviene il passaggio di ioni perché manca la conducibilità elettrica.

L’ossido che si forma inizialmente sulla superficie di un manufatto in acciaio non inibisce o  arresta il processo corrosivo come avviene ad esempio nell’acciaio inossidabile che grazie alla passivazione superficiale assume un comportamento elettrochimico passivo.

C’è inoltre da considerare che la conducibilità elettrica dell’acqua, e pertanto la velocità di corrosione, aumentano in funzione della quantità di sali disciolti.

In atmosfera marina o in acqua di mare la conducibilità elettrica raggiunge valori molto superiori a quelli che si riscontrano nell’acqua chimicamente pura e questo accelera il processo di corrosione.

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Alessandra Sangoi

Alessandra Sangoi
CEO

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