L'acciaio inossidabile può corrodersi se il ferro libero o sostanze chimiche aggressive compromettono il film di ossido di cromo. È qui che entra in gioco la passivazione. Questo trattamento chimico migliora ulteriormente la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile e ne prolunga la durata.
Contenuti
Cos'è la passivazione?
La passivazione è un trattamento chimico superficiale per acciaio inossidabile e altre leghe che necessitano di resistenza alla corrosione. La passivazione rimuove il ferro libero dalla superficie metallica con acido nitrico o citrico, consentendo la formazione di uno strato di ossido stabile e ricco di cromo che migliora la resistenza alla corrosione.
Storia della passivazione
La storia della passivazione risale al XIX secolo circa. Nel 1800, durante un esperimento elettrochimico, il chimico James Keir notò che il ferro non si corrodeva se immerso in un bagno di acido nitrico forte. Tuttavia, notò anche che quando la stessa soluzione veniva diluita con acqua, il ferro in essa contenuto si corrodeva. Nel 1790, un chimico svizzero di nome Christian Friedrich Schönbein concordò con Keir sul fatto che se il ferro veniva immerso in un acido forte, poteva resistere a un acido debole.
Il famoso elettrochimico britannico Michael Faraday formulò un'ipotesi in risposta a Schönbein. Spiegò che l'acido forte formava una pellicola di ossido che avrebbe potuto causare la condizione passiva. In seguito, chimici e metallurgisti esplorarono l'idea per promuovere ulteriormente la passivazione.
Processo di passivazione: come funziona
Il processo di passivazione solitamente consiste nella seguente suddivisione graduale:
1. pulizia
La prima cosa da fare per garantire una passivazione fluida ed efficace è pulire a fondo il materiale, rimuovendo oli, grassi, polvere e altri contaminanti utilizzando un detergente alcalino.
2. Passivazione chimica
In questo caso, il componente viene immerso nella soluzione di passivazione, che può essere acido citrico o nitrico. La soluzione di acido citrico è solitamente preferita per questioni di sicurezza ambientale, sebbene sia più lenta dell'acido nitrico, tranne quando utilizzata con macchine a ultrasuoni. Il componente viene lasciato nel bagno per un certo tempo e a una temperatura specifica per consentire la formazione dello strato di ossido. L'acciaio inossidabile viene tipicamente trattato in un bagno di acido nitrico a 35-65 °C per 20-30 minuti.
3. Risciacquo e asciugatura
Una volta completata la passivazione chimica, il componente viene risciacquato accuratamente e asciugato all'aria per eliminare tutta la soluzione acida e qualsiasi altro residuo.
Tipi di passivazione
I due principali tipi di passivazione chimica sono i seguenti:
1. Passivazione dell'acido citrico
Si tratta di un acido di origine biologica, ricavato dagli agrumi, che lo rende sicuro da maneggiare per l'uomo e non tossico per l'ambiente. La passivazione con acido citrico è molto efficace con quasi tutti i tipi di acciaio ed è conforme a tutti gli standard del settore.
2. Passivazione dell'acido nitrico
L'acido nitrico è particolarmente efficace nel ridurre il rischio di corrosione, noto come flash attack, durante la passivazione di acciai inossidabili meno resistenti alla corrosione. A questo scopo, vengono aggiunte alcune sostanze chimiche, ad esempio il bicromato di sodio, aumentando al contempo la concentrazione e la temperatura dell'acido nitrico. Tuttavia, questo rende l'acido nitrico estremamente pericoloso per l'atmosfera e i lavoratori, poiché il bicromato di sodio è notoriamente cancerogeno.
Passivazione dell'acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è una lega di ferro, nichel e cromo; il cromo in esso contenuto gli conferisce la capacità di autopassivarsi. Si lega all'ossigeno formando una pellicola o strato passivo, naturalmente resistente alla corrosione.
Tuttavia, è importante passivare l'acciaio inossidabile quando viene utilizzato in processi come la lavorazione meccanica, la saldatura o la fabbricazione. Questo perché durante il processo vengono introdotti alcuni contaminanti, pertanto sarà necessario procedere con la passivazione per rafforzarne ulteriormente la resistenza alla corrosione. Passivare l'acciaio inossidabile significa trattarlo con una soluzione acida che rimuove il ferro libero e rafforza lo strato protettivo di ossido sulla superficie. La passivazione contribuisce a resistere alla corrosione puntiforme e allo scolorimento, rendendolo adatto ad applicazioni di alta precisione.
Passivazione vs. decapaggio
| caratteristica | passivazione | decapaggio |
|---|---|---|
| Missione | Migliora lo strato di ossido | Rimuovere calcare/ossidi |
| Forza acida | Delicato (citrico/nitrico) | Forte (fluoridrico, nitrico) |
| Impatto superficiale | Nessuna incisione | La superficie è incisa |
| Uso comune | Post-pulizia | Post-saldatura |
Vantaggi della passivazione
- Migliora la resistenza alla corrosione e previene il rischio di guasti causati dalla corrosione dei componenti metallici quando utilizzato in determinate applicazioni.
- Garantisce una maggiore durata dei componenti.
- Migliora la pulizia dei componenti, rendendoli adatti ad usi medici, alimentari e altri usi sensibili.
- Il processo è conveniente.
- Garantisce la sicurezza dei prodotti e l'igiene grazie alla conformità agli standard del settore, migliorando così la garanzia della qualità.
Limitazioni e considerazioni
- Non adatto a tutti i metalli (ad esempio acciaio al carbonio, alluminio).
- Per essere efficace, richiede un'adeguata pulizia preliminare.
- La contaminazione superficiale può ostacolare la formazione dello strato passivo.
- Dopo ripetute esposizioni a sostanze chimiche aggressive o dopo una nuova lavorazione potrebbe essere necessaria una nuova passivazione.
Applicazioni della passivazione
- Svolge un ruolo fondamentale nel garantire la garanzia della qualità nel settore farmaceutico.
- Utilizzato per la lavorazione e la conservazione degli alimenti.
- Importante per la produzione di componenti o parti in applicazioni aerospaziali in cui la resistenza alla corrosione è fondamentale.
- Nel settore medico, per realizzare impianti e altri strumenti medici.
- Protegge condotte e valvole nell'industria petrolifera e del gas.
FAQ
1. Con quale frequenza dovrebbe essere effettuata la passivazione?
Dipende dall'utilizzo. Generalmente si consiglia di ripetere la passivazione una volta all'anno, tuttavia i componenti esposti ad ambienti e condizioni di utilizzo estremi dovrebbero essere ripesivati più spesso.
2. La passivazione è migliore del rivestimento?
Entrambi i processi svolgono un ruolo importante; nessuno dei due è migliore dell'altro. La passivazione preserva la superficie naturale del metallo, mentre i rivestimenti aggiungono uno strato. La scelta migliore dipende dall'applicazione, dal costo e dalla durata desiderata.
3. Qual è la differenza tra decapaggio e passivazione?
Il decapaggio utilizza acidi più forti per rimuovere ossidi e incrostazioni mediante l'incisione del metallo.
La passivazione si concentra sul trattamento chimico della superficie per migliorare lo strato protettivo di ossido senza modificare le dimensioni del metallo.
4. Quali sono gli standard di settore che guidano la passivazione?
ASTM A967: ampiamente utilizzato negli Stati Uniti per la passivazione dell'acciaio inossidabile. Specifica i metodi di prova e le soluzioni acide accettate.
ASTM A380: Standard di pratica per la pulizia, la passivazione dell'acciaio inossidabile e le parti delle apparecchiature.
BS EN 2516: norma britannica per la passivazione degli acciai e la decontaminazione delle leghe a base di nichel.
ISO 16048: Norma internazionale che fornisce linee guida simili per la passivazione chimica.
5. La passivazione può essere rimossa?
Sì, può essere rimosso in due modi: il primo è la possibilità che lo strato passivo si deteriori da solo. Il secondo è rimuoverlo tramite lucidatura o saldatura.