Corrosione contro ossidazione contro ruggine
I risultati della lavorazione dei metalli, con tutte le varianti di parti e componenti, sono entusiasmanti, ma non sono esenti da sfide. Tra le problematiche principali che i produttori si trovano ad affrontare c'è la questione della corrosione, dell'ossidazione e della ruggine. Qual è la differenza e quali sono le soluzioni?
La corrosione è il degrado dei metalli e di altri materiali dovuto a reazioni chimiche nell'ambiente. Quando questo processo interessa il ferro e le sue leghe, si parla di ruggine. L'ossidazione si verifica quando un materiale perde elettroni con il coinvolgimento dell'ossigeno.
Questi processi di degrado dei metalli hanno un impatto significativo sulla funzionalità, le prestazioni e l'estetica dei componenti. Il tipo di materiale utilizzato, il processo produttivo e l'ambiente sono alcuni degli elementi che favoriscono la formazione di ruggine, la corrosione e l'ossidazione.
Questo articolo esamina questi processi di degrado dei metalli, concentrandosi sui fattori scatenanti, sui materiali interessati, sui meccanismi di prevenzione e sulle principali differenze.
Cos'è l'ossidazione?
L'ossidazione di un metallo è una reazione chimica in cui un metallo cede elettroni a un altro elemento. Questa reazione è fondamentale per molti processi industriali. L'ossidazione è alla base di numerosi processi benefici nella produzione, ma contribuisce anche a processi dannosi, come la formazione di ruggine sull'acciaio e altri tipi di corrosione dei metalli.
Pertanto, è utile comprendere questo fenomeno, sia per quanto riguarda il modo in cui la sua caratteristica protettiva risolve alcune esigenze industriali, sia per come si può gestire il suo potenziale di danneggiamento dei metalli nelle parti lavorate a CNC e in altri contesti.
La reazione chimica di ossidazione
Lo stato di ossidazione di un metallo si verifica quando il metallo è esposto all'ossigeno. Questo processo comporta la perdita di elettroni da parte del metallo, come dimostra il caso del magnesio.
2 Mg + O2 → 2 [Mg2+][O2-],
Che può essere scritto in due parti come segue,
Mg → Mg2+ + 2 e-
O2 + 4 e- → 2 O2-
Negli ambienti di lavorazione CNC, l'ossidazione si verifica regolarmente in diversi metalli lavorabili, tra cui alluminio, ferro e acciaio. Ciascuno di questi materiali si ossida a velocità diverse a seconda delle condizioni operative e della configurazione elettronica.
La rappresentazione della reazione chimica di questo fenomeno mostra perché ogni metallo richiede una specifica strategia di protezione. Con Boda TechLa propensione all'ossidazione è uno degli aspetti critici da considerare nella produzione di componenti lavorati con macchine CNC.
Esempi di ossidazione
L'ossidazione dei metalli avviene in vari modi durante le interazioni quotidiane con essi. Sull'argento, la reazione chimica si manifesta come una patina nera sulle parti metalliche. L'alluminio è soggetto a ossidazione, formando uno strato grigio opaco di ossido di alluminio. In natura passivazione Durante questo processo, si forma una barriera protettiva che previene ulteriori danni.
Passivazione dell'alluminio
L'ossidazione si manifesta anche sulle parti in acciaio e ferro con una patina bruno-rossastra. Il magnesio, la cui reazione chimica è indicata sopra, forma un rivestimento polveroso di colore bianco-grigiastro. Oltre alle diverse manifestazioni estetiche, queste ossidazioni hanno effetti variabili sulla funzionalità e sulla durata dei componenti.
Definizione di corrosione
La corrosione è il lento deterioramento dei metalli causato da sostanze chimiche, microrganismi, umidità, ossidazione e contatto con metalli diversi. La corrosione è un fenomeno più ampio del processo di ossidazione per trasferimento di elettroni descritto in precedenza, poiché coinvolge molteplici fattori ambientali e di altra natura. La combinazione di questi fattori accelera il processo di degradazione del metallo. Questa differenziazione è importante perché, sebbene l'ossidazione sia presente in tutti i processi di corrosione, non è necessariamente distruttiva. Alcuni processi di ossidazione sono benefici in servizi di lamiera.
Quali sono i due tipi di corrosione?
I due tipi più comuni di corrosione nei pezzi lavorati a CNC sono la corrosione galvanica e la corrosione per vaiolatura. Tuttavia, esistono altri tipi di corrosione, come elencato di seguito;
- fessura
- Intergranulare
- Attacco al curriculum
- erosione-corrosione
- Corrosione biologica
- Corrosione da stress
- Lisciviazione selettiva
Il tipo di corrosione dipende dall'ambiente e dalla composizione del materiale. Ogni tipo di corrosione agisce sul metallo attraverso un meccanismo differente.
Di seguito verranno forniti maggiori dettagli sui meccanismi.
Corrosione galvanica
La corrosione galvanica si verifica quando due tipi di metalli vengono esposti a un ambiente corrosivo. Si forma un potenziale di elettrodo, che porta alla corrosione. Un collegamento elettrico tra due di questi metalli fa sì che quello più attivo diventi l'anodo.
Corrosione galvanica
Questo tipo di corrosione si manifesta, ad esempio, quando si utilizzano bulloni in acciaio per fissare lastre di rame. Esistono diversi rimedi contro la corrosione galvanica, ma il più efficace è evitare l'utilizzo di metalli diversi.
Corrosione per vaiolatura
La corrosione per vaiolatura è un tipo di corrosione che genera fori nel metallo, soprattutto se quest'ultimo presenta uno strato protettivo di ossido. L'acciaio inossidabile è particolarmente suscettibile a questo tipo di corrosione. Questa corrosione distruttiva è spesso innescata da forze secondarie, come ad esempio la corrosione interstiziale, i graffi o l'attacco chimico.
Corrosione nelle fessure
Corrosione interstiziale
La corrosione interstiziale è associata ad attacchi localizzati nelle fessure delle giunzioni sovrapposte. Questo tipo di attacco può verificarsi quando l'area è esposta ad ambienti corrosivi. Anche le sezioni metalliche parzialmente protette sono soggette a corrosione interstiziale.
Corrosione intergranulare
Corrosione intergranulare
I bordi dei grani in un metallo possono impoverirsi o ospitare impurità, alterazioni che possono favorire la corrosione intergranulare. Questo tipo di corrosione è comune nell'acciaio inossidabile saldato. Anche il trattamento termico può accentuare questo fenomeno.
Attacco uniforme (Corrosione)
Nella corrosione uniforme, l'intera superficie del materiale subisce un attacco corrosivo pressoché omogeneo. Questo tipo di corrosione si origina dalle regioni del catodo e dell'anodo a contatto con l'elettrolita, e cambia continuamente.
Erosione-Corrosione
L'erosione-corrosione si verifica quando un elettrolita scorre ad alta velocità, creando un ambiente abrasivo che intensifica la corrosione. La corrosione è più grave se l'elettrolita contiene particelle solide. Per questo motivo, alcuni metalli hanno specifiche velocità limite dell'elettrolita.
Corrosione biologica
L'attacco ai metalli può derivare anche da elementi biologici. Questa corrosione può essere di natura microbiologica (MIC) o dovuta a macroincrostazioni.
Tensocorrosione
La tensocorrosione si osserva in alcune leghe quando si verifica una qualsiasi delle seguenti condizioni di soglia:
- Ambiente corrosivo
- Composizione metallica
- Struttura in metallo
- Trazione
- La temperatura
La tensocorrosione è un fenomeno comune nelle leghe di acciaio inossidabile e ottone.
Lisciviazione selettiva (delega)
Lisciviazione selettiva
La corrosione per lisciviazione selettiva si verifica nei metalli con superfici metallurgicamente diverse. Questo problema si può riscontrare nell'ottone, una lega di rame e zinco. Se esposto a un ambiente corrosivo, lo zinco può corrodersi lasciando dietro di sé il rame, con conseguente cambiamento di colore.
Effetti della corrosione
Il risultato finale di un'azienda risente della corrosione dovuta a una sicurezza compromessa, una minore affidabilità delle prestazioni, una durata ridotta dei componenti e una minore affidabilità. Il rischio di guasti improvvisi di parti o componenti è costante. Tali rischi possono essere mitigati attraverso l'applicazione corretta di finiture della lamiera e altri trattamenti di parti metalliche.
La presenza di questi effetti è già di per sé grave, ma ancor più preoccupante è il fatto che si aggravino con il passare del tempo. Un problema potrebbe iniziare come un semplice difetto superficiale, ma nel giro di pochi mesi potrebbe trasformarsi in un grave cedimento strutturale, come si è potuto constatare in ponti e altre strutture.
Corrosione in un ponte
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Materiali soggetti a corrosione
Tutti i metalli e le leghe possono corrodersi, ma la velocità e la gravità del processo dipendono dall'ambiente, dalla reattività del metallo e dalla sua composizione chimica. Mentre metalli resistenti alla corrosione Mentre il platino e l'oro sono eccezionali, lo zinco e il magnesio sono tra i metalli più soggetti a corrosione. Questa diversa resistenza può essere determinata o prevista in base al potenziale di elettrodo del metallo.
Il potenziale di elettrodo è una misura utilizzata in elettrochimica e nella teoria della corrosione. Rappresenta la capacità di un materiale di perdere o acquisire elettroni in una reazione elettrochimica.
Di seguito è riportata una tabella che mostra i potenziali degli elettrodi per alcuni dei metalli comunemente lavorati con macchine CNC.
|
Metallo |
Potenziale dell'elettrodo |
|
Magnesio (Mg) |
-2.37 |
|
Alluminio (Al) |
-1.66 |
|
Zinco (Zn) |
-0.76 |
|
Ferro (Fe) |
-0.44 |
|
Acciaio (acciaio al carbonio, circa Fe) |
-0.44 |
|
Nichel (Ni) |
-0.25 |
|
Titanio (Ti) |
-0.17 |
|
Rame (Cu) |
+0.34 |
|
Acciaio inossidabile (lega Fe-Cr-Ni) |
+0.40 (circa) |
|
Ottone (lega Cu-Zn) |
+0.45 (circa) |
Come prevenire la corrosione
Prevenzione efficace della corrosione in processi di fabbricazione della lamiera Ciò implica una combinazione di strategie, principalmente tecniche di protezione elettrochimica, un'adeguata selezione dei materiali, l'uso di inibitori di corrosione, trattamenti superficiali e finiture superficiali.
Queste strategie sono concepite per affrontare le diverse fasi dell'ossidazione-corrosione. I metodi più efficaci di inibizione della corrosione combinano diverse strategie, tenendo conto dell'ambiente, del tipo di materiale e dei costi.
La differenza tra ossidazione e corrosione
Ossidazione e corrosione si riferiscono a processi chimici distinti con effetti diversi sui pezzi lavorati a CNC, a seconda del tipo di processo, della capacità protettiva e della reversibilità.
Di seguito sono riportate le principali differenze in una tabella comparativa:
|
elemento |
Ossidazione |
Corrosione |
|
Definizione |
Reazione chimica che coinvolge l'ossigeno |
Degradazione distruttiva del metallo |
|
Materiali interessati |
Tutti i metalli |
Metalli specifici e loro leghe |
|
Effetto sul materiale |
Dannoso o protettivo |
Spesso degrada il materiale |
|
Reversibilità |
A volte può essere invertito |
Danni irreversibili |
|
Velocità |
Può essere veloce o lento |
Degradazione generalmente lenta |
|
Esempio |
strato di ossido di alluminio |
Ruggine dell'acciaio |
|
Marchio |
Può fornire una barriera protettiva |
Richiede protezione |
Cos'è la ruggine?
La ruggine è la corrosione specifica del ferro o dei metalli contenenti ferro, che si manifesta con la formazione di ossido di ferro a seguito di una reazione tra ferro, acqua e ossigeno. La formazione di ruggine è un processo progressivo e irreversibile. Per questo motivo, la prevenzione è sempre la misura raccomandata, anziché la riparazione.
Tre tipi di ruggine
La ruggine può presentarsi in tre forme diverse: ruggine nera, ruggine rossa e ruggine gialla. Ogni tipo si distingue per aspetto, livello di pericolosità e modalità di formazione.
Ruggine nera
ruggine nera
La ruggine nera è un sottile strato di ossido di ferro (II) (Fe3O4) che si forma in ambienti poveri di ossigeno. Solitamente, un metallo sviluppa questa ruggine se presenta una sorta di rivestimento che ne impedisce la rapida degradazione.
Ruggine Rossa
La ruggine rossa è un ossido idrato di Fe2O3•H2O, che si forma in ambienti esposti ad elevate concentrazioni di ossigeno e acqua. La corrosione è uniforme, come mostrato nell'immagine sottostante.
Ruggine rossa
Ruggine gialla
La ruggine gialla, o ossido-idrossido di ferro FeO(OH)H2O, si forma dove l'umidità è abbondante. La si trova principalmente in prossimità di acque stagnanti.
Ruggine gialla
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La ruggine è una trasformazione chimica?
Sì, la ruggine è una trasformazione chimica che avviene quando il ferro o una sua lega vengono esposti all'umidità e all'ossigeno. In questo processo, spesso lento, gli atomi di ferro si legano agli atomi di ossigeno formando ossidi di ferro. Di conseguenza, i legami tra gli atomi di ferro si indeboliscono.
Innanzitutto, il ferro reagisce con l'ossigeno e perde elettroni. La presenza di acqua favorisce questo processo. Segue la formazione di idrossidi di ferro. Quindi, cos'è l'ossido di ferro? Quando perdono acqua (essiccazione), gli idrossidi di ferro si trasformano in ossidi, ad esempio Fe₂O₃, che si presentano come ruggine di colore bruno-rossastro.
La reazione chimica complessiva per la formazione della ruggine è la seguente:
4Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)3
Che poi si asciuga e si disidrata formando ossido come indicato di seguito:
4Fe(OH)3→2Fe2O3⋅3H2O+3H2O
Come si forma la ruggine in base alle condizioni?
La ruggine si forma e il suo processo accelera in presenza di condizioni particolari, tra cui umidità, presenza di ossigeno, temperatura, ambiente e condizioni della superficie.
Disponibilità di acqua (umidità)
Ambiente umido
L'acqua è un elettrolita importante nella formazione della ruggine. Ospita le reazioni di ossidoriduzione necessarie per il processo di ossidazione.
Presenza di ossigeno
L'ossigeno è un elemento fondamentale nel processo di formazione della ruggine. Le zone più aerate sono le più pericolose a causa dell'elevata presenza di ossigeno.
La temperatura
La temperatura gioca un ruolo fondamentale nel processo di formazione della ruggine. In generale, le alte temperature accelerano le reazioni chimiche, inclusa quella della ruggine.
Ambiente
Sia le condizioni ambientali acide che quelle alcaline favoriscono la formazione di ruggine, ma quelle acide lo fanno in modo più intenso.
Condizioni superficiali
L'umidità può depositarsi sulle superfici sporche, favorendo così la formazione di ruggine. Detriti o la semplice conformazione della superficie possono contribuire al deposito di umidità.
Materiali comunemente soggetti alla ruggine
L'esposizione e la predisposizione determinano il modo in cui la ruggine influisce su un materiale.
In sintesi, ecco un elenco dei materiali più frequentemente interessati:
- Acciaio al carbonio (specialmente acciaio a basso tenore di carbonio)
- Ferro Battuto
- Ghisa
- Ferro puro
- Acciai legati a basso e medio tenore di carbonio
acciaio al carbonio ruggine
Testo alternativo: Tubi in acciaio al carbonio arrugginiti con depositi di ruggine e blu-verdi sulle superfici
Quali metalli non arrugginiscono?
Tra i metalli che non arrugginiscono ci sono:
- Acciaio inossidabile
- acciaio zincato
- Alluminio
- Rame
- Ottone
- Bronzo
- Titanio
- Platinum
- Gold
Come prevenire la ruggine
Le seguenti misure generali possono contribuire a prevenire la formazione di ruggine su componenti e attrezzature:
- Lavare regolarmente attrezzature e macchinari
- Conservare gli oggetti in un luogo asciutto.
- Ispezioni periodiche delle attrezzature soggette a ruggine
- Utilizzando materiali resistenti alla corrosione come lamiera zincata
- attrezzature per verniciatura o rivestimento
- Utilizzo di essiccanti
- Lubrificazione delle parti in movimento
- Applicazione di un inibitore di ruggine
La ruggine è sinonimo di corrosione?
No, e comprendere la differenza tra corrosione e ruggine è fondamentale per distinguere questi termini. La ruggine è un tipo di corrosione che colpisce il ferro e le sue leghe. In altre parole, la corrosione è un termine generico che indica il graduale deterioramento a cui i metalli sono soggetti a causa di reazioni chimiche o elettrochimiche.
Si può definire la ruggine un processo di ossidazione?
Sì, la ruggine può essere definita ossidazione. Nello specifico, si tratta dell'ossidazione del ferro o delle sue leghe con formazione di ossidi di ferro.
Tabella comparativa: corrosione vs ossidazione vs ruggine
Ecco una tabella comparativa dei vari elementi di corrosione, ossidazione e ruggine.
|
elemento |
Corrosione |
Ossidazione |
Ruggine |
|
Definizione |
Deterioramento dei metalli dovuto a reazioni chimiche |
Perdita di elettroni da un materiale |
Corrosione del ferro con formazione di ossidi. |
|
effetti |
Perdita di integrità strutturale |
Cambiamenti nella composizione del materiale |
Formazione di frammenti bruno-rossastri |
|
Materiali interessati |
Tutti i metalli |
Metalli e non metalli |
Ferro e leghe di ferro |
|
reagenti |
Metallo, ossigeno, umidità. |
Oxygen |
Ferro, ossigeno, umidità. |
|
Prevenzione e controllo |
Rivestimento, protezione catodica |
Prevenire l'esposizione all'ossigeno |
Zincatura, verniciatura |
Contattaci per saperne di più sulle strategie di prevenzione e protezione contro i problemi sopra menzionati.
Conclusioni
I tre fenomeni legati ai metalli possono presentare alcune somiglianze, ma, come ha rivelato questa discussione, ognuno ha cause ed effetti unici. I metalli e le leghe metalliche per la lavorazione CNC e i progetti correlati dovrebbero essere selezionati in base alla loro reazione a queste problematiche.
Esistono anche metodi per utilizzare diversi metalli nonostante la loro vulnerabilità alla ruggine, alla corrosione e all'ossidazione. Con i nostri esperti, potrete apprendere tutti i dettagli di questi fenomeni e come gestirli al meglio. Contatta Boda per maggiori dettagli e per Contattaci oggi stesso!