3 modi per prevenire la corrosione dei metalli

2024 Autore: Robert Blare | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 07:47

La corrosione è un processo naturale che accade a tutti i metalli, ma può essere notevolmente rallentato con alcuni trattamenti diversi

È causato dalla presenza di agenti ossidanti nell'ambiente, come l'acqua o l'aria. Può essere un enorme problema per coloro che sono coinvolti in progetti di costruzione su larga scala che utilizzano materiali metallici, che includono edifici, automobili, ponti, aerei e altro ancora. Ma anche i piccoli prodotti in metallo si corroderanno e perderanno la loro forza o bellezza. Fortunatamente, puoi evitare che questo processo avvenga rapidamente come farebbe normalmente con i materiali trovati in casa o con tecniche avanzate per un effetto più forte.

Passi

Metodo 1 di 3: Comprensione dei tipi comuni di corrosione dei metalli

Poiché oggi vengono utilizzati molti tipi diversi di metallo, i costruttori e i produttori devono proteggersi da molti diversi tipi di corrosione. Ogni metallo ha le sue proprietà elettrochimiche uniche che determinano a quali tipi di corrosione (se presente) il metallo è vulnerabile. La tabella seguente descrive una selezione di metalli comuni e i tipi di corrosione che possono subire.

Metalli comuni e loro proprietà di corrosione

Metallo	Vulnerabilità alla corrosione del metallo	Tecniche preventive comuni	Attività galvanica*
Acciaio inossidabile (passivo)	Attacco uniforme, galvanico, pitting, crevice (tutti specialmente in acqua salata)	Pulizia, rivestimento protettivo o sigillante	Basso (la corrosione iniziale forma uno strato di ossido resistente)
Ferro da stiro	Attacco uniforme, galvanico, fessura	Pulizia, rivestimento protettivo o sigillante, zincatura, sol'ns anti antiruggine	Alto
Ottone	Attacco uniforme, dezincificazione, stress	Pulizia, rivestimento protettivo o sigillante (di solito olio o vernice), aggiunta di stagno, alluminio o arsenico alla lega	medio
Alluminio	Galvanico, pitting, fessura	Pulizia, rivestimento protettivo o sigillante, anodizzazione, zincatura, protezione catodica, isolamento elettrico	Alto (la corrosione iniziale forma uno strato di ossido resistente)
Rame	Galvanico, vaiolatura, appannamento estetico	Pulizia, rivestimento protettivo o sigillante, aggiunta di nichel alla lega (specialmente per acqua salata)	Basso (la corrosione iniziale forma una patina resistente)

*Si noti che la colonna "Attività galvanica" si riferisce all'attività chimica relativa del metallo come descritto dalle tabelle delle serie galvaniche da fonti di riferimento. Ai fini di questa tabella, maggiore è l'attività galvanica del metallo, più rapidamente subirà corrosione galvanica quando unito ad un metallo meno attivo.

Passaggio 1. Prevenire la corrosione da attacco uniforme proteggendo la superficie metallica

La corrosione da attacco uniforme (a volte abbreviata in corrosione "uniforme") è un tipo di corrosione che si verifica, opportunamente, in modo uniforme su una superficie metallica esposta. In questo tipo di corrosione, l'intera superficie del metallo è attaccata dalla corrosione e, quindi, la corrosione procede in modo uniforme. Ad esempio, se un tetto in ferro non protetto viene regolarmente esposto alla pioggia, l'intera superficie del tetto verrà a contatto con all'incirca la stessa quantità d'acqua e quindi si corroderà in modo uniforme. Il modo più semplice per proteggersi dalla corrosione da attacco uniforme è solitamente mettere una barriera protettiva tra il metallo e gli agenti corrosivi. Può trattarsi di un'ampia varietà di cose: vernice, un sigillante a olio o una soluzione elettrochimica come un rivestimento di zinco galvanizzato.

In situazioni sotterranee o in immersione, anche la protezione catodica è una buona scelta

Passaggio 2. Prevenire la corrosione galvanica interrompendo il flusso di ioni da un metallo all'altro

Una forma importante di corrosione che può verificarsi indipendentemente dalla resistenza fisica dei metalli coinvolti è la corrosione galvanica. La corrosione galvanica si verifica quando due metalli con diversi potenziali elettrodici sono in contatto tra loro in presenza di un elettrolita (come l'acqua salata) che crea un percorso di conduzione elettrica tra i due. Quando ciò accade, gli ioni metallici fluiscono dal metallo più attivo al metallo meno attivo, provocando la corrosione del metallo più attivo a una velocità accelerata e la corrosione del metallo meno attivo a una velocità inferiore. In pratica, ciò significa che la corrosione si svilupperà sul metallo più attivo nel punto di contatto tra i due metalli.

• Qualsiasi metodo di protezione che impedisca il flusso di ioni tra i metalli può potenzialmente arrestare la corrosione galvanica. Dare ai metalli un rivestimento protettivo può aiutare a prevenire che gli elettroliti dall'ambiente creino un percorso di conduzione elettrica tra i due metalli, mentre anche i processi di protezione elettrochimica come la zincatura e l'anodizzazione funzionano bene. È inoltre possibile contrastare la corrosione galvanica isolando elettricamente le zone dei metalli che vengono a contatto tra loro.
• Inoltre, l'uso della protezione catodica o di un anodo sacrificale può proteggere metalli importanti dalla corrosione galvanica. Vedi sotto per maggiori informazioni.

Passaggio 3. Prevenire la corrosione per vaiolatura proteggendo la superficie del metallo, evitando fonti ambientali di cloruro ed evitando graffi e scalfitture

La vaiolatura è una forma di corrosione che avviene su scala microscopica ma può avere conseguenze su larga scala. La vaiolatura è di grande preoccupazione per i metalli che derivano la loro resistenza alla corrosione da un sottile strato di composti passivi sulla loro superficie, poiché questa forma di corrosione può portare a cedimenti strutturali in situazioni in cui lo strato protettivo normalmente li preverrebbe. La vaiolatura si verifica quando una piccola parte del metallo perde il suo strato protettivo passivo. Quando ciò accade, la corrosione galvanica avviene su scala microscopica, portando alla formazione di un minuscolo foro nel metallo. All'interno di questo buco, l'ambiente locale diventa altamente acido, il che accelera il processo. La vaiolatura viene solitamente prevenuta applicando un rivestimento protettivo sulla superficie metallica e/o utilizzando una protezione catodica.

È noto che l'esposizione a un ambiente ricco di cloruri (come, ad esempio, l'acqua salata) accelera il processo di vaiolatura

Passaggio 4. Prevenire la corrosione interstiziale riducendo al minimo gli spazi ristretti nella progettazione dell'oggetto

La corrosione interstiziale si verifica negli spazi di un oggetto metallico in cui l'accesso al fluido circostante (aria o liquido) è scarso, ad esempio sotto le viti, sotto le rondelle, sotto i cirripedi o tra i giunti di una cerniera. La corrosione interstiziale si verifica quando lo spazio vicino a una superficie metallica è sufficientemente ampio da consentire l'ingresso del fluido ma sufficientemente stretto da impedire al fluido di uscire e ristagnare. L'ambiente locale in questi piccoli spazi diventa corrosivo e il metallo inizia a corrodersi in un processo simile alla corrosione per vaiolatura. Prevenire la corrosione interstiziale è generalmente un problema di progettazione. Riducendo al minimo il verificarsi di spazi stretti nella costruzione di un oggetto metallico attraverso la chiusura di questi spazi o consentendo la circolazione, è possibile ridurre al minimo la corrosione interstiziale.

La corrosione interstiziale è di particolare interesse quando si tratta di metalli come l'alluminio che hanno uno strato esterno protettivo e passivo, poiché il meccanismo della corrosione interstiziale può contribuire alla rottura di questo strato

Passaggio 5. Prevenire la rottura per corrosione sotto sforzo utilizzando solo carichi sicuri e/o ricottura

La tensocorrosione (SCC) è una forma rara di cedimento strutturale correlato alla corrosione che è di particolare interesse per gli ingegneri incaricati di strutture edilizie destinate a supportare carichi importanti. In caso di SCC, un metallo portante forma crepe e fratture al di sotto del limite di carico specificato - nei casi più gravi, a una frazione del limite. In presenza di ioni corrosivi, minuscole e microscopiche cricche nel metallo causate dalla sollecitazione di trazione da un carico pesante si propagano quando gli ioni corrosivi raggiungono la punta della cricca. Ciò fa sì che la crepa cresca gradualmente e potenzialmente possa causare un eventuale cedimento strutturale. L'SCC è particolarmente pericoloso perché può verificarsi anche in presenza di sostanze che sono naturalmente solo leggermente corrosive per il metallo. Ciò significa che la pericolosa corrosione si verifica mentre il resto della superficie metallica appare superficialmente inalterato.

• Prevenire SCC è in parte un problema di progettazione. Ad esempio, la scelta di un materiale resistente all'SCC nell'ambiente in cui il metallo funzionerà e l'assicurazione che il materiale metallico sia adeguatamente sottoposto a stress test può aiutare a prevenire l'SCC. Inoltre, il processo di ricottura di un metallo può eliminare le sollecitazioni residue dalla sua fabbricazione.
• È noto che l'SCC è esacerbato dalle alte temperature e dalla presenza di liquidi contenenti cloruri disciolti.

Metodo 2 di 3: prevenire la corrosione con soluzioni domestiche

Passaggio 1. Dipingi la superficie metallica

Forse il metodo più comune e conveniente per proteggere il metallo dalla corrosione è semplicemente coprirlo con uno strato di vernice. Il processo di corrosione coinvolge l'umidità e un agente ossidante che interagiscono con la superficie del metallo. Pertanto, quando il metallo viene rivestito con una barriera protettiva di vernice, né l'umidità né gli agenti ossidanti possono entrare in contatto con il metallo stesso e non si verifica corrosione.

• Tuttavia, la vernice stessa è vulnerabile al degrado. Riapplicare la vernice ogni volta che diventa scheggiata, usurata o danneggiata. Se la vernice si degrada al punto che il metallo sottostante viene esposto, assicurati di ispezionare per corrosione o danni sul metallo esposto.

• Esistono diversi metodi per applicare la vernice sulle superfici metalliche. I metalmeccanici usano spesso molti di questi metodi insieme per garantire che l'intero oggetto metallico riceva un rivestimento completo. Di seguito è riportato un campione di metodi con commenti sui loro usi:

  • Spazzola: utilizzata per spazi difficili da raggiungere.
  • Rullo - utilizzato per coprire grandi aree. Economico e conveniente.
  • Spruzzo d'aria - utilizzato per coprire grandi aree. Più veloce ma meno efficiente dei rulli (lo spreco di vernice è elevato).
  • Spruzzo airless/Spruzzo airless elettrostatico - utilizzato per coprire grandi aree. Veloce e consente livelli variabili di consistenza spessa/sottile. Meno spreco del normale getto d'aria. L'attrezzatura è costosa.

Passaggio 2. Utilizzare vernice marina per metallo esposto all'acqua

Gli oggetti metallici che vengono regolarmente (o costantemente) a contatto con l'acqua, come le barche, richiedono vernici speciali per proteggerli dall'aumentata possibilità di corrosione. In queste situazioni, la corrosione "normale" sotto forma di ruggine non è l'unica preoccupazione (sebbene sia una delle principali), poiché la vita marina (cirripedi, ecc.) che può crescere su metallo non protetto può diventare un'ulteriore fonte di usura e corrosione. Per proteggere oggetti metallici come barche e così via, assicurati di utilizzare una vernice epossidica marina di alta qualità. Non solo questi tipi di vernice proteggono il metallo sottostante dall'umidità, ma scoraggiano anche la crescita della vita marina sulla sua superficie.

Passaggio 3. Applicare lubrificanti protettivi alle parti metalliche in movimento

Per superfici metalliche piatte e statiche, la vernice fa un ottimo lavoro nel tenere fuori l'umidità e prevenire la corrosione senza compromettere l'utilità del metallo. Tuttavia, la vernice di solito non è adatta per le parti metalliche in movimento. Ad esempio, se dipingi sopra un cardine di una porta, quando la vernice si asciuga, manterrà il cardine in posizione, ostacolandone il movimento. Se si forza l'apertura della porta, la vernice si spezzerà, lasciando dei buchi per consentire all'umidità di raggiungere il metallo. Una scelta migliore per parti metalliche come cerniere, giunti, cuscinetti e così via è un lubrificante insolubile in acqua adatto. Uno strato completo di questo tipo di lubrificante respingerà naturalmente l'umidità garantendo allo stesso tempo un movimento fluido e semplice della parte metallica.

Poiché i lubrificanti non si seccano sul posto come le vernici, si degradano nel tempo e richiedono una riapplicazione occasionale. Riapplicare periodicamente i lubrificanti alle parti metalliche per assicurarsi che rimangano efficaci come sigillanti protettivi

Passaggio 4. Pulire accuratamente le superfici metalliche prima di verniciare o lubrificare

Sia che tu stia usando vernice normale, vernice marina o un lubrificante/sigillante protettivo, ti consigliamo di assicurarti che il tuo metallo sia pulito e asciutto prima di iniziare il processo di applicazione. Assicurati che il metallo sia completamente privo di sporco, grasso, residui di saldatura o corrosione esistente, poiché queste cose possono minare i tuoi sforzi contribuendo alla corrosione futura.

• Sporcizia, sporcizia e altri detriti interferiscono con la vernice e i lubrificanti impedendo che la vernice o il lubrificante aderiscano direttamente alla superficie metallica. Ad esempio, se dipingi su un foglio di acciaio con alcuni trucioli di metallo vaganti, la vernice si fisserà sui trucioli, lasciando spazi vuoti sul metallo sottostante. Se e quando i trucioli cadono, il punto esposto sarà vulnerabile alla corrosione.
• Se si vernicia o si lubrifica una superficie metallica con presenza di corrosione, l'obiettivo dovrebbe essere quello di rendere la superficie il più liscia e regolare possibile per garantire la migliore aderenza possibile del sigillante al metallo. Utilizzare una spazzola metallica, carta vetrata e/o prodotti chimici per rimuovere la ruggine per rimuovere quanta più corrosione possibile.

Passaggio 5. Tenere i prodotti in metallo non protetti lontano dall'umidità

Come notato sopra, la maggior parte delle forme di corrosione sono esacerbate dall'umidità. Se non riesci a dare al tuo metallo un rivestimento protettivo di vernice o sigillante, dovresti assicurarti che non sia esposto all'umidità. Fare uno sforzo per mantenere asciutti gli strumenti di metallo non protetti può migliorare la loro utilità e allungare la loro vita effettiva. Se i tuoi oggetti di metallo sono esposti ad acqua o umidità, assicurati di pulirli e asciugarli subito dopo l'uso per evitare l'inizio della corrosione.

Oltre a controllare l'esposizione all'umidità durante l'uso, assicurarsi di conservare gli oggetti metallici al chiuso in un luogo pulito e asciutto. Per oggetti di grandi dimensioni che non entrano in un armadio o in un armadio, copri l'oggetto con un telo o un panno. Questo aiuta a tenere fuori l'umidità dall'aria e impedisce l'accumulo di polvere sulla superficie

Passaggio 6. Mantenere le superfici metalliche il più pulite possibile

Dopo ogni utilizzo di un oggetto metallico, indipendentemente dal fatto che il metallo sia verniciato o meno, assicurati di pulire le sue superfici funzionali, rimuovendo sporco, sporcizia o polvere. Gli accumuli di sporco e detriti sulla superficie metallica possono contribuire all'usura e all'usura del metallo e/o del suo rivestimento protettivo, portando alla corrosione nel tempo.

Metodo 3 di 3: prevenzione della corrosione con soluzioni elettrochimiche avanzate

Passaggio 1. Utilizzare un processo di zincatura

Il metallo zincato è un metallo che è stato rivestito con un sottile strato di zinco per proteggerlo dalla corrosione. Lo zinco è chimicamente più attivo del metallo sottostante, quindi si ossida quando esposto all'aria. Una volta che lo strato di zinco si ossida, forma un rivestimento protettivo, prevenendo un'ulteriore corrosione del metallo sottostante. Il tipo più comune di zincatura oggi è un processo chiamato zincatura a caldo in cui le parti metalliche (solitamente acciaio) vengono immerse in una vasca di zinco fuso caldo per ottenere un rivestimento uniforme.

• Questo processo comporta la manipolazione di prodotti chimici industriali, alcuni dei quali sono pericolosi a temperatura ambiente, a temperature estremamente elevate e quindi non dovrebbero essere tentati da persone diverse da professionisti qualificati. Di seguito sono riportate le fasi fondamentali del processo di zincatura a caldo per l'acciaio:

  • L'acciaio viene pulito con una soluzione caustica per rimuovere sporco, grasso, vernice, ecc., quindi risciacquato accuratamente.
  • L'acciaio viene decapato in acido per rimuovere le incrostazioni del mulino, quindi risciacquato.
  • Un materiale chiamato fondente viene applicato all'acciaio e lasciato asciugare. Questo aiuta il rivestimento di zinco finale ad aderire all'acciaio.
  • L'acciaio viene immerso in una vasca di zinco fuso e lasciato riscaldare alla temperatura dello zinco.
  • L'acciaio viene raffreddato in una "vasca di spegnimento" contenente acqua.

Passaggio 2. Utilizzare un anodo sacrificale

Un modo per proteggere un oggetto metallico dalla corrosione consiste nel collegare elettricamente un piccolo pezzo di metallo reattivo chiamato anodo sacrificale. A causa della relazione elettrochimica tra l'oggetto metallico più grande e il piccolo oggetto reattivo (spiegato brevemente di seguito), solo il piccolo pezzo di metallo reattivo subirà corrosione, lasciando intatto l'oggetto metallico grande e importante. Quando l'anodo sacrificale si corrode completamente, deve essere sostituito o l'oggetto metallico più grande inizierà a corrodersi. Questo metodo di protezione dalla corrosione viene spesso utilizzato per strutture interrate, come serbatoi di stoccaggio sotterranei, o oggetti in costante contatto con l'acqua, come le barche.

• Gli anodi sacrificali sono costituiti da diversi tipi di metallo reattivo. Zinco, alluminio e magnesio sono tre dei metalli più comuni utilizzati per questo scopo. A causa delle proprietà chimiche di questi materiali, zinco e alluminio sono spesso usati per oggetti metallici in acqua salata, mentre il magnesio è più adatto per scopi di acqua dolce.
• Il motivo per cui un anodo sacrificale funziona ha a che fare con la chimica del processo di corrosione stesso. Quando un oggetto metallico si corrode, si formano naturalmente aree che assomigliano chimicamente agli anodi e ai catodi di una cella elettrochimica. Gli elettroni fluiscono dalla maggior parte delle parti anodiche della superficie metallica negli elettroliti circostanti. Poiché gli anodi sacrificali sono molto reattivi rispetto al metallo dell'oggetto da proteggere, l'oggetto stesso diventa molto catodico in confronto e, quindi, gli elettroni fuoriescono dall'anodo sacrificale, provocandone la corrosione ma risparmiando il resto del metallo.

Passaggio 3. Utilizzare la corrente impressa

Poiché il processo chimico alla base della corrosione del metallo coinvolge la corrente elettrica sotto forma di elettroni che fuoriesce dal metallo, è possibile utilizzare una fonte esterna di corrente elettrica per sopraffare la corrente corrosiva e prevenire la corrosione. In sostanza, questo processo (chiamato corrente impressa) conferisce al metallo da proteggere una carica elettrica negativa continua. Questa carica sovrasta la corrente provocando la fuoriuscita di elettroni dal metallo, arrestando la corrosione. Questo tipo di protezione viene spesso utilizzato per strutture metalliche interrate come serbatoi di stoccaggio e tubazioni.

• Si noti che il tipo di corrente utilizzato per i sistemi di protezione a corrente impressa è solitamente corrente continua (DC).
• Solitamente, la corrente impressa anticorrosiva viene generata interrando due anodi metallici nel terreno in prossimità dell'oggetto metallico da proteggere. La corrente viene inviata attraverso un filo isolato agli anodi, che quindi scorre attraverso il terreno e nell'oggetto metallico. La corrente passa attraverso l'oggetto metallico e ritorna alla sorgente della corrente (generatore, raddrizzatore, ecc.) Attraverso un filo isolato.

Passaggio 4. Utilizzare l'anodizzazione

L'anodizzazione è un tipo speciale di rivestimento superficiale protettivo utilizzato per proteggere il metallo dalla corrosione e anche da applicare per applicare stampi e così via. Se hai mai visto un moschettone in metallo dai colori vivaci, hai visto una superficie metallica anodizzata tinta. Piuttosto che comportare l'applicazione fisica di un rivestimento protettivo, come con la verniciatura, l'anodizzazione utilizza una corrente elettrica per conferire al metallo un rivestimento protettivo che previene quasi tutte le forme di corrosione.

• Il processo chimico alla base dell'anodizzazione implica il fatto che molti metalli, come l'alluminio, formano naturalmente prodotti chimici chiamati ossidi quando entrano in contatto con l'ossigeno nell'aria. Ciò fa sì che il metallo abbia normalmente un sottile strato di ossido esterno che protegge (in misura diversa, a seconda del metallo) da ulteriore corrosione. La corrente elettrica utilizzata nel processo di anodizzazione crea essenzialmente un accumulo di questo ossido sulla superficie del metallo molto più spesso di quanto si verificherebbe normalmente, fornendo una grande protezione dalla corrosione.

• Esistono diversi modi per anodizzare i metalli. Di seguito sono riportati i passaggi di base di un processo di anodizzazione. Vedere Come anodizzare l'alluminio per ulteriori informazioni.

  • L'alluminio viene pulito e sgrassato.
  • Le impurità superficiali dell'alluminio vengono rimosse con una soluzione dismutante.
  • L'alluminio viene immerso in un bagno acido a corrente e temperatura costanti (ad esempio, 12 ampere/piedi quadrati e 21-22 gradi C).
  • L'alluminio viene rimosso e risciacquato.
  • L'alluminio è facoltativamente immerso nella tintura a 100-140 gradi F (38-60 gradi C).
  • L'alluminio viene sigillato ponendolo in acqua bollente per 20-30 minuti.

Passaggio 5. Utilizzare un metallo che mostri passivazione

Come notato sopra, alcuni metalli formano naturalmente un rivestimento protettivo di ossido dopo l'esposizione all'aria. Alcuni metalli formano questo rivestimento di ossido in modo così efficace che alla fine diventano relativamente chimicamente inattivi. Diciamo che questi metalli sono passivi in riferimento al processo di passivazione per cui diventano meno reattivi. A seconda del suo utilizzo desiderato, un oggetto metallico passivo potrebbe non necessitare necessariamente di alcuna protezione aggiuntiva per renderlo resistente alla corrosione.

• Un noto esempio di metallo che mostra passivazione è l'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile è una lega di acciaio ordinario e cromo che è effettivamente resistente alla corrosione nella maggior parte delle condizioni senza richiedere altre protezioni. Per la maggior parte degli usi quotidiani, la corrosione di solito non è un problema per l'acciaio inossidabile.

  Tuttavia, vale la pena ricordare che in determinate condizioni, l'acciaio inossidabile non è resistente alla corrosione al 100%, in particolare in acqua salata. Allo stesso modo, molti metalli passivi diventano non passivi in determinate condizioni estreme e quindi potrebbero non essere adatti a tutti gli usi