Corrosione e protezione dei materiali metallici

CORROSIONE GENERALIZZATA: TESTING

Si effettuano prove di corrosione libera in ambiente. Sono prove molto affidabili ma estremamente lunghe

(richiedono mesi o anni). Si espongono provini che rappresentano gli oggetti da testare

o p ovi i di va io ate iale all’a ie te i ui si t ove a o i

condizioni reali.

Si attende un certo tempo al termine del quale si effettua una

aga i dopo ave i osso l’ossido

prova gravimetrica di peso

formatosi sulla superficie) e si osserva quale provino e quale

ate iale si è o oso di più ell’a ie te o side ato.

Quindi si valuta la corrosione media per un certo ambiente.

Questo tipo di prove tiene conto di tutte le condizioni presente

ell’a ie te di esposizio e, t a ui u idità, te pe atu a,

p ese za di gas agg essivi i a ie te u a o, e …

Poiché queste prove richiedono tempi molto lunghi, sono state pensate delle prove in condizioni di test

accelerato.

Le prove di CORROSIONE ACCELERATA MEDIANTE TEST IN CAMERA SALINA:

Camera in cui viene controllata la

l’u idità e ella uale

temperatura e

viene spruzzata una soluzione salina

(tipicamente fatta con acqua e sale,

ma anche con ossidanti ad hoc per

cambiare il pH).

Si posizionano i provini e si controlla il

tempo di esposizione nel quale il

provino è bagnato da film conduttore.

A seconda dei parametri imposti nella

camera si hanno diverse condizioni.

Esistono normative per simulare determinati ambienti; ad esempio, una esposizione di una settimana di

H O+NaCl a 35°C (test della nebbia salina neutra) equivale a una esposizione di un anno in ambiente

2

cittadino medio.

Infine, si effettua una indagine visiva e/o gravimetrica: si osserva la variazione di peso (ovvero quanta

po zio e di ate iale si è pe sa pe ossidazio e e/o la fo azio e di p odotti he a ia o l’aspetto del

materiale. Non si testa mai un solo provino ma se ne usano

molti in quanto anche piccoli difetti superficiali

possono influenzare profondamente il risultato.

A volte può succedere che la velocità di corrosione non sia costante nel tempo; ovvero quando lo strato di

ossido che si forma sulla superficie riduce la possibilità di ossidarsi del materiale sottostante (passivazione).

Si ha un rate di corrosione inizialmente elevato e che poi tende

a diminuire.

Il risultato è generalmente riconducibile ad una perdita di peso

rispetto a provino iniziale o alla riduzione dello spessore

(mm/anno).

I al u i asi si può effettuate u a i isio e a fo a di X sulla supe fi ie, pe valuta e l’effetto

dell’i isio e su u a eve tuale ve i iatu a o u t atta e to supe fi iale.

Corrosione galvanica (corrosione a due metalli)

Si realizza con la formazione di una giunzione tra due materiali di diversa natura e diverso potenziale

elettrochimico. Deve comunque essere sempre presente anche un elettrolita (per chiudere il circuito

elettrico).

U etallo av à u a te de za aggio e a a uisi e elett o i ispetto all’alt o, il uale di o segue za av à

tendenza a comportarsi da produttore di elettroni.

Se è presente un film di liquido che chiude il circuito si può instaurare una pila, quindi fenomeni di

corrosione galvanica che possono essere molto gravosi nel momento in cui la differenza di nobiltà

(tendenza a cedere o acquisire elettroni) è molto marcata.

La forza elettromotrice nella pila viene fornita dalla differenza di potenziale tra i due metalli coinvolti; tanto

maggiore sarà la differenza di potenziale tra i due materiali tanto maggiore sarà la fem della pila e quindi

tanto maggiore la tendenza a ossidarsi. I potenziali

elettrochimici

standard però non

prendono in

considerazione

l’effetto

dell’a ie te

(temperatura

variabile, presenza

di molecole

complessanti o

inibenti, effetti di

passivazione della

superficie ecc.).

EFFETTO DELLA RESITIVITÀ SULLA MORFOLOGIA DI CORROSIONE BIMETALLICA

Tipicamente i fenomeni di corrosione di questo tipo si

concentrano nella zona vicino al contatto, soprattutto

in un ambiente ad alta resistività, ovvero quando il

film di liquido che chiude il circuito è ad alta

resistenza.

Se si ha bassa resistività (acqua di mare con alto

contenuto di sali, quindi alta conducibilità) la caduta

ohmica si abbassa e i fenomeni di corrosione non sono

concentrati nella zona di contatto ma si protraggono

nella porzione di materiale meno nobile.

ACCORGIMENTI DI PROGETTAZIONE

▪ Si dovrebbe sempre optare per una opportuna scelta dei materiali, ovvero usare materiali con un

comportamento elettrochimico quanto più simile possibile. Quindi minimizzare la differenza di

potenziale tra i due componenti (bisogna sempre ricordare che i potenziali tabulati non tengono

o to dell’a ie te, i ua to ve go o ealizzati i soluzio e a uosa o sale dis iolto o

concentrazione 1 molare; se si hanno ambienti diversi cambiano le condizioni e alcuni metalli

potrebbero risultare meno nobili e ossidarsi più facilmente, o viceversa).

Normalmente il consiglio è non andare a creare una differenza di potenziale superiore ai 250 mV.

Si parla quindi più propriamente di le quali possono presentare differenze a

SERIE GALVANICHE,

se o da dell’a ie te el uale ve go o valutate. I fatti a ie ti dive si posso o da e

caratteristiche di accoppiamento galvanico diverse. (Acqua di mare)

Ad esempio, il titanio è più nobile in acqua di mare perché tende a passivarsi

(cosa che normalmente non succede); oppure il piombo si comporta in

maniera più nobile perché tende a passivarsi in acqua di mare (si passiva per

la presenza di cloruri).

Possono realizzarsi inversioni rispetto alla serie elettrochimica.

Esempio: tubature per acqua potabile; Acciaio (non legato) e zinco.

Dalla serie elettrochimica si evince:

Fe -> Fe2+ E0= -0.440 V

Zn -> Zn2+ E0= -0.763 V

Quindi Zn costituisce la parte anodica (si ossida) e Fe (acciaio) costituisce la

parte catodica (su cui avviene la riduzione).

“e pe ò l’a ua i ola te o tie e it ati o i a o ati o sia o a

te pe atu e supe io i a 82°C si osse va l’i ve sio e della se ie galva i a o

lo zinco che si comporta da catodo ed il ferro da anodo.

▪ Isolare elettricamente i materiali dissimili (si interrompe il circuito elettrico con gomme, plastiche o

altri materiali isolanti, grassi siliconici).

▪ Scegliere metalli compatibili.

▪ Evitare il formarsi di film liquidi (condense).

▪ Isola e i ate iali etalli i att ave so l’utilizzo di ve i i possi le o t oi di azio e l’i stau a si di

crevice corrosion, vedremo in seguito).

▪ Se non si possono isolare entrambi allora meglio isolare quello più nobile.

▪ Sempre preferire grandi superfici anodiche piuttosto che grandi superfici catodiche. (il processo

atodi o iduzio e dell’ossige o isulta li ita te .

Non ottimale (i fenomeni di corrosione si concentrano sulla parte

meno nobile di tutta la superficie).

È i ge e e il p o esso atodi o di t asfe i e to di elett o i ve so l’ossida te he li ita il p o esso

di o osio e, ui di il t asfe i e to di elett o i ad ese pio ve so l’O Poiché la limitazione si ha

2.

sulla superficie catodica, quanto più piccola è la superficie catodica su cui avvengono i fenomeni di

riduzione, tanto più si limita il processo di corrosione.

▪ Eve tual e te si può p evede e l’i se i e to di pa ti fa il e te sostitui ili he, sop attutto i

ambienti ad alta resisitività elettrica, possono limitare il fenomeno ad una porzione ristretta

dell’oggetto. Si concentrano i fenomeni di corrosione in una porzione facilmente

sostituibile. Non si rallentano quindi i processi di corrosione, ma si

vanno a localizzare in una zona limitata del manufatto.

Ci so o pe ò a he situazio i i ui l’a oppia e to t a ate iali o a atte isti he elett i he diffe e ti

può essere vantaggiosamente sfruttato:

- Protezione anodica

- Pulitura argenteria

Ad esempio, i manufatti in argento tendono a imbrunirsi (si formano solfuri di argento, che sono prodotti

particolarmente stabili). Vedia o o e puli e l’a ge te ia:

Si prende un metallo meno nobile

dell’a ge to, o e ad ese pio l’allu i io, e

lo si mette in contatto col manufatto di

argento. Si fornisce un film di liquido che

chiuda il circuito (acqua calda più

i a o ato . I ueste o dizio i l’allu i io

e l’a ge to di idu e.

si ossida

Corrosio e i terstiziale o sottoscher o Cervice corrosio

Rie t a elle fo e di o osio e ge e ate dall’i stau a si di u a pila a o e t azio e . La pila è te uta

in funzione dalla presenza di un reagente (ossigeno) in concentrazioni diverse su porzioni di materiale in

contatto elettrico. Vediamo come si instaura la cella a concentrazione in una goccia di soluzione a contatto

con un metallo non nobile.

Le differenze di potenziale non si generano perché ci sono 2 materiali diversi in contatto elettrico, ma

pe h i so o due zo e dive se dello stesso ate iale a he so o i o tatto o zo e dell’a ie te o

concentrazione di ossigeno diversa (due ambienti con caratteristiche elettrochimiche diverse, come nel

aso dell’espe i e to della go ia di Eva s . Si ha ossidazione

del ferro nella

porzione con meno

ossigeno

(dissoluzione)

Riduzione

dell’ossige o elle

porzioni in cui è in

contatto col ferro.

Tale o dizio e si può ealizza e a plifi ata all’i te o di fessu e a asta za g a di da pe ette e il

passaggio di soluzioni acquose, ma sufficientemente strette da fare ristagnare la soluzione. Tipicamente si

realizza sotto le guarnizioni, sotto chiodi, parti a contatto di valvole ed anche al disotto di strati protettivi

(verniciature).

Due oggetti sepa ati a t a i uali ’è u po’ di spazio nel quale si ha una soluzione acquosa e dove è

difficile che giunga ossigeno (ad esempio ossigeno atmosferico). Si genera quindi un film di liquido

stag a te e la po zio e as osta si o po ta i odo a odi o, e ui di va ad ossida si.

Nelle porzioni più interne della fessura (nella figura a destra) il ferro si ossida formando ioni Fe2+ e

liberando elettroni, i quali si possono muovere sulle superfici esterne areate, dove si scaricano

sull’ossige o.

È un tipo di corrosione insidiosa che si realizza in zone difficili da ispezionare; può impiegare anche molto

tempo prima di instaurarsi ma una volta innescata è autocatalitica e la velocità cresce rapidamente: nel

momento in cui si iniziano a disciogliere ioni Fe2+ nella zona stagnante, si abbassa il pH e quindi diventa

ancora più facile sciogliere il ferro (la reazione aumenta in velocità perché è autocatalizzata).

CERVICE CORROSION: TESTING Si prendono due elementi metallici