Metodi comuni di protezione dei metalli e delle leghe dalla corrosione

La corrosione è uno dei problemi più vecchi e costosi dell'ingegneria dei materiali. Dalle strutture in acciaio arrugginite e dalle condutture degradate ai componenti elettronici in avaria e alle parti indebolite del settore aerospaziale, la corrosione può ridurre significativamente la durata, l'affidabilità e la sicurezza di metalli e leghe. Di seguito sono riportati i moderni metodi comuni e pratici per prevenire la corrosione di metalli e leghe.

1. Selezione dei materiali e delle leghe

Uno dei metodi più elementari per prevenire la corrosione inizia dalla progettazione, con la scelta di un metallo o di una lega adatti all'ambiente. Metalli diversi hanno proprietà di corrosione molto diverse; per esempio, mentre l'acciaio al carbonio arrugginisce rapidamente in condizioni di umidità o salinità, gli acciai inossidabili, le leghe di alluminio e le leghe di titanio hanno una resistenza alla corrosione molto migliore.

In questi scenari, le leghe giocano un ruolo importante. L'aggiunta di elementi come cromo, nichel, molibdeno o alluminio può aumentare sensibilmente la resistenza alla corrosione. Ad esempio, l'acciaio inossidabile contiene almeno il 10,5% di cromo, che forma un sottile strato di ossido stabile per proteggere il metallo sottostante dalla corrosione. Analogamente, le leghe a base di Ni e di Co sono molto utilizzate in ambienti aggressivi dal punto di vista chimico e delle alte temperature, grazie all'eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione.

2. Rivestimenti protettivi e trattamenti superficiali

Si tratta di uno dei metodi più generali per la protezione dalla corrosione: l'applicazione di una barriera protettiva tra il metallo e l'ambiente circostante. Impedisce all'acqua, all'ossigeno e ad altre sostanze chimiche corrosive di raggiungere la superficie.

I tipi più comuni di rivestimenti includono vernici, rivestimenti epossidici, pellicole polimeriche e rivestimenti ceramici. Nell'industria, i rivestimenti zincati - applicando lo zinco all'acciaio - sono estremamente efficaci. Lo zinco non solo fornisce una barriera fisica, ma agisce anche come rivestimento sacrificale: lo zinco si corrode al posto dell'acciaio.

Anche i trattamenti superficiali come l'anodizzazione (per l'alluminio), la passivazione (per l'acciaio inossidabile) e i rivestimenti di conversione migliorano la resistenza alla corrosione rafforzando o stabilizzando lo strato di ossido naturale sulla superficie del metallo.

3. Protezione catodica

Laprotezione catodica è una delle tecniche elettrochimiche più comuni utilizzate per le strutture metalliche di grandi dimensioni come condutture, serbatoi interrati, scafi di navi e piattaforme offshore. L'idea alla base di questa tecnica è piuttosto semplice: la corrosione è un processo in cui il metallo è un anodo in una cella elettrochimica appropriata. Per arrestare o ridurre significativamente la corrosione, il metallo in questione deve essere costretto a diventare un catodo.

Esistono due tipi principali di protezione catodica. I sistemi ad anodo sacrificale collegano alla struttura un metallo più reattivo, come il magnesio o lo zinco. Il metallo sacrificale si corrode al posto della struttura protetta. I sistemi a corrente impressa utilizzano una fonte di alimentazione esterna per fornire una corrente di protezione e offrono un controllo più preciso per sistemi grandi o complessi.

4. Controllo ambientale

I tassi di corrosione sono fortemente influenzati da fattori ambientali quali umidità, temperatura, pH e presenza di sali o sostanze inquinanti. Il controllo di queste condizioni è in grado di rallentare significativamente la corrosione.

La riduzione dell'umidità mediante deumidificatori o sistemi di climatizzazione è efficace negli ambienti chiusi. Nei processi chimici o nelle applicazioni industriali, la regolazione dei livelli di pH e/o la rimozione degli agenti corrosivi servono a prolungare la vita dei componenti metallici coinvolti: ad esempio, il controllo della concentrazione di cloruri è fondamentale per evitare la corrosione per vaiolatura negli acciai inossidabili.

5. Buona progettazione e pratiche strutturali

Una cattiva progettazione può accelerare il processo di corrosione anche nei materiali che resistono alla corrosione. Crepe, angoli acuti, zone stagnanti e aree che tendono a raccogliere l'umidità sono siti ideali per la corrosione localizzata.

Una buona progettazione anticorrosione prevede superfici lisce, un drenaggio adeguato, una ventilazione adeguata e un'accessibilità che consenta una facile ispezione e manutenzione. Ove possibile, evitare il contatto diretto di metalli dissimili, poiché quando due metalli diversi sono collegati elettricamente in un ambiente corrosivo possono verificarsi vari tipi di corrosione galvanica.

6. Applicazione di inibitori della corrosione

Un metodo molto comune di controllo della corrosione è l'aggiunta di inibitori della corrosione, sostanze che vengono aggiunte in un ambiente corrosivo per ridurre la velocità di corrosione del sistema. Gli inibitori agiscono generalmente adsorbendo sulla superficie del metallo e formando una pellicola protettiva, oppure alterando le reazioni elettrochimiche di corrosione.

L'uso degli inibitori è comune nei sistemi legati all'acqua di raffreddamento, alle caldaie, alle condutture e alle applicazioni industriali a ciclo chiuso. Sebbene gli inibitori non siano soluzioni permanenti, hanno una grande efficacia in ambienti controllati dove i rivestimenti o la sostituzione dei materiali non possono essere praticati.

7. Ispezione e manutenzione regolari

Nessuna strategia di prevenzione della corrosione è completa senza le parti di ispezione e manutenzione. Anche i migliori rivestimenti si degradano con il tempo e le condizioni ambientali cambiano. Ispezioni regolari permettono di individuare precocemente la corrosione, consentendo così di effettuare le riparazioni prima che si verifichino danni gravi.

Le attività di manutenzione possono consistere nel rifacimento del rivestimento, nella sostituzione degli anodi sacrificali, nella pulizia delle superfici o nella regolazione dei controlli ambientali. In molti casi, la manutenzione preventiva è molto più conveniente della riparazione o della sostituzione delle strutture corrose.

Conclusione

La prevenzione della corrosione nei metalli e nelle leghe deve essere completa e proattiva. La scelta di materiali resistenti alla corrosione, l'applicazione di rivestimenti protettivi, i controlli ambientali e una progettazione adeguata: tutti questi metodi hanno un ruolo importante nel prolungare la vita utile e nel mantenere l'integrità strutturale. Ci auguriamo che dopo questa lettura possiate comprendere meglio e applicare queste tecniche comuni di prevenzione della corrosione. Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).