Corrosione dell’Alluminio

 

Sebbene l’Alluminio e le sue leghe in generale mostrino un buon comportamento nei confronti della corrosione, sovente si verificano problemi di corrosione localizzata e molto specifica, e si rivela di primaria importanza capire i fattori che contribuiscono a queste forme di corrosione.

Due sono i principali fattori che influenzano il comportamento dell’Alluminio: il tipo di aggressività ambientale e lo stato metallurgico/chimico. Le atmosfere ambientali vengono solitamente classificate in rurali, industriali, marine, a seconda in sostanza del grado di inquinamento o per la tipica presenza di cloruri.

Dal punto di vista chimico, solo l’aggiunta di elementi alliganti come Rame, Ferro o Silicio ha un marcato effetto sulla resistenza alla corrosione. L’effetto di questi metalli è simile ma si manifesta in vari modi:

 

Ø      Corrosione per Pitting

E’ la morfologia di corrosione più comune per l’Alluminio negli ambienti sia naturali sia industriali; è caratterizzata della comparsa di piccoli fori superficiali, sede dei processi anodici di corrosione, con disposizione geometrica generalmente casuale, anche se tuttavia stati di stress locali o particolari microstrutture – anche dovute a processi di saldatura - divengono siti preferenziali per la nucleazione dei pits. Inoltre, in relazione alle caratteristiche dell’elettrolita nel quale è immerso il metallo, i processi corrosivi hanno luogo in modalità diverse. In condizioni di scarsa aerazione, con fluidi quasi fermi, prevale il meccanismo di formazione di composti basici, quindi di depositi incrostanti che sovente limitano l’avanzare del fenomeno corrosivo; al contrario in condizioni d’elevato ricambio di elettrolita, le condizioni ambientali rimarranno a carattere acido, con continua stimolazione del processo. Questo meccanismo di cella occlusa interviene anche in altre morfologie di corrosione.

 

Ø      Corrosione Intergranulare

Con questo termine di identifica un processo corrosivo che si instaura lungo i bordi grano e nelle zone immediatamente limitrofe ad essi. E’ il risultato della segregazione e precipitazione degli elementi alliganti che determinano uno stato di instabilità elettrochimica puntuale. La maggior parte delle leghe da trattamento termico è suscettibile di corrosione intergranulare ma l’estensione del processo non pone normalmente particolari limiti pratici. Piuttosto l’instaurarsi di tale fenomeno con modalità marcate è spesso sintomo di trattamenti termici inadeguati o scorretti. Ad esempio la serie 2xxx - leghe Al-Cu - è particolarmente suscettibile a tale fenomeno, dovuto al carattere fortemente anodico delle zone piu’ povere in Cu, nel caso in cui il trattamento termico non abbia prodotto una solubilizzazione omogenea degli elementi alliganti.

 

 

Ø      Corrosione Filiforme

Questa modalità di attacco di manifesta al di sotto della superficie di strati superficiali di vernici, placcature o zincature. La corrosione avanza sotto pelle con morfologia vermicolare in seguito alla formazione del tipico meccanismo corrosivo della cella occlusa. Particolarmente suscettibili a questo tipo di corrosione sono i rivestimenti permeabili all’umidità. Anche se il substrato metallico risente molto poco di questo tipo di attacco, l’apparenza estetica del manufatto risulta ampiamente insoddisfacente, soprattutto quando l’Alluminio viene usato come materiale di rivestimento.

 

Ø      Corrosione Interstiziale

Questa fenomenologia di corrosione si manifesta quando le condizioni di progettazione o di montaggio comportano la formazione di interstizi tra due parti di Alluminio o tra Alluminio e altri materiali, creando così le condizioni per la formazione di una cella elettrolitica dovuta a ristagno di elettroliti e quindi condizioni di aerazione differenziata. Può avere effetti molto marcati, essendo un processo spesso autostimolante, e portare in breve tempo alla completa dissoluzione del metallo nelle zone circostanti l’interstizio. Inoltre l’accoppiamento tra Alluminio e un altro metallo può aggravare le condizioni aggiungendo in più il fattore della corrosione galvanica.

 

Ø      Corrosione Galvanica

E’ dovuta alla differenza di nobiltà che due metalli possiedono in virtù della loro diversa struttura elettronica esterna, in particolare al diverso livello energetico del livello di Fermi. Quando due metalli diversi vengono in contatto si instaura una differenza di potenziale in grado di alimentare un circuito elettrico composto dai due metalli e dall’elettrolita. Questa circolazione di elettroni comporta la dissoluzione preferenziale dell’elemento meno nobile.  Tenendo sempre conto che la corrosione dipende fortemente dall’ambiente, si è riscontrato che solo l’accoppiamento Alluminio-Rame e Alluminio-Grafite ha un importante effetto sul comportamento galvanico dell’Alluminio. Piombo, Acciaio Inossidabile, Titanio e Stagno hanno un effetto marcato solo in ambienti molto aggressivi (marini o acidi).

 

Ø      Cavitazione ed Erosione-Corrosione

In entrambe si manifesta un forte contributo meccanico al fenomeno corrosivo, dovuto, nel primo caso, all’implosione di innumerevoli e minuscole bolle di vapore – si solito vapor d’acqua - che si formano nei punti dove la pressione del fluido diventa, a seguito di forti gradienti della velocità, minore della pressione di vapore del fluido a quella temperatura; nel secondo caso l’azione meccanica è puramente di abrasione dovuta alle alte velocità di scorrimento dei liquidi. Infatti, al di sopra di certe velocità di deflusso – per l’Alluminio intorno ai 10 m/s - il liquido può esercitare elevate pressioni tali da rimuovere fisicamente lo strato ossidato superficiale e promuovere così l’instaurarsi di zone anodiche sulla superficie del metallo esposto.

 

Ø      Ambienti chimici aggressivi

Per distinguere l’aggressività chimica di diversi ambienti, questi vengono confrontati in relazione al loro pH: gli ambienti naturali a pH neutro, e gli ambienti chimici aggressivi con pH decisamente acido o basico; questa distinzione dà perciò riscontro delle diverse modalità di attacco. Infatti, a causa della natura anfotera dell’Alluminio, il film di passività è solubile a temperatura ambiente a pH inferiori a 3 o superiori a 9. In conseguenza di questo fatto si avrà una corrosione generalizzata con velocità di propagazione pressoché costante; in tal modo sarà possibile prevedere con sufficiente precisione le tappe di sostituzione programmata di determinati manufatti.

 

 

 

Protezione dell’Alluminio

 

Per la maggior parte delle applicazioni comuni, l’Alluminio può essere usato senza particolari precauzioni, esempi della sua eccellente resistenza agli agenti atmosferici sono il suo utilizzo in edilizia, sia come materiale strutturale sia decorativo, nel settore dei trasporti in aerei, navi e treni. Tuttavia, per assicurare la massima resistenza alla corrosione possibile, nei casi in cui si potessero verificare condizioni adatte all’instaurarsi di processi corrosivi, è importante soprattutto un’adeguata progettazione. Saranno perciò di particolare importanza:

 

Ø      Corretta scelta della lega in relazione all’ambiente e alle condizioni di servizio, con particolare attenzione e controlli sulla composizione chimica.

 

Ø      Scelta e controllo dei processi di fabbricazione.

 

Ø      Progettazione accurata per evitare la realizzazione di geometrie pericolose (interstizi o accoppiamenti galvanici).

 

In secondo luogo si prenderanno in esame – se ritenuti necessari – diversi trattamenti di protezione, di varia natura ed efficacia.

 

 

Ø      Protezione con sistemi catodici

La protezione catodica può essere ottenuta instaurando una connessione diretta tra l’Alluminio e un altro metallo a minor nobiltà. La protezione mediante rivestimento di metalli meno nobili è stata utilizzata spesso in passato: sia in campo aeronautico (rivestimenti di Al-Zn su strutture in Al-Cu durante la prima e seconda guerra mondiale), sia in ambito civile, ad esempio su tubazioni in Al-Mn protette con rivestimenti in Al-Zn

La protezione mediante anodi sacrificali viene di solito utilizzata per le parti a diretto contatto con acqua marina mediante l’applicazione di porzioni di lega Al-Zn e Al-Hg, spesso addizionate di Piombo, Indio o Stronzio, con comportamento anodico nei confronti della struttura da proteggere. La disposizione di questi anodi deve essere scelta con accuratezza per assicurare la migliore copertura del manufatto.

Alternativamente è possibile applicare alla struttura determinate correnti elettriche impresse dall’esterno, con lo scopo di evitare l’impoverimento elettronico negli strati superficiali dell’Alluminio.

 

Ø      Spray metallico

Il funzionamento di questo metodo è analogo al rivestimento, e consiste nello spruzzo generalmente di Zinco metallico sulla superficie. L’adesione dello spray è generalmente buona, purché la superficie del manufatto sia stata adeguatamente preparata. Tuttavia la resistenza meccanica di tale strato è scarsa e perciò è spesso soggetto a rotture e abrasioni meccaniche, con graduale perdita di efficienza.

 

Ø      Sigillanti

Sono spesso utilizzati per prevenire la corrosione interstiziale, nei casi in cui risulti molto difficile prevenirla. Sono costituiti da miscele di composti organici ed inorganici che hanno l’unica funzione di evitare il contatto dell’Alluminio con l’umidità. Possono anche essere caricati con ioni specifici, come lo ione cromato, che manifesta un effetto di inibizione della corrosione. Sono usati ad esempio nei cavi elettrici sospesi, dove si deve evitare che tra gli interstizi esistenti tra i numerosi trefoli si condensi umidità. Tra i sigillanti più usati si ricordano schiume in poliuretano, gomma butile, neoprene, e fibre naturali o sintetiche ingrassate.

 

 

Ø      Inibitori

Vengono aggiunti ai primers, a soluzioni per la pulizia superficiale e nei trattamenti chimici, con la funzione di stabilizzare l’interfaccia tra il metallo e l’ambiente chimico circostante in modo da permettere un decorso quanto più uniforme della reazione, ma anche, con opportune formulazioni, di inibire il processo corrosivo. Generalmente sono a base di cromati, borati ma anche silicati e fluorosilicati.

 

 

Ø      Trattamenti di finitura

 

Ricoprimento chimico: sottili strati di ossido, fosfato o cromato, per applicazioni leggere, o come base per l’applicazione di vernici o altri rivestimenti organici

 

Ossidazione anodica: si tratta di un’ossidazione prodotta artificialmente, con un ampio range di spessori, protezione alla corrosione, colore, durezza e finitura superficiale, usati per ottenere la massima protezione possibile.

 

Trattamento con vernici organiche: presentano una vasta gamma di tipologie, colore e finitura superficiale, con discrete proprietà funzionali e protezione alla corrosione.

 

 

 

 

 


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