Guida alla prevenzione della ruggine con la granigliatrice

Le indicazioni dello spaventoso costo della corrosione sono ovunque: oleodotti rotti, ponti crollati, navi mercantili sul fondo del mare.

3,1%

di PIL

       Il costo previsto per i danni da corrosione negli USA nel 2015:

          oltre

            $ 500.000.000.000

La riparazione delle infrastrutture cadenti è una delle sfide più grandi dell’America
e, secondo i politici, per questo stanno destinando dei fondi a tale scopo.

Questa è una notizia positiva per il settore della sabbiatura abrasiva.

La preparazione della superficie e il rivestimento protettivo sono tra i pochi settori che traggono beneficio da tale 
deterioramento a livello mondiale. Ciò rappresenta un’opportunità di crescita per gli operatori della sabbiatura che
sanno come preparare le superfici ai fini della prevenzione della ruggine.

 

 

 

1.760 dollari

a persona

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COS’È LA RUGGINE?

COME SI FORMA LA RUGGINE?

COME SI PUÒ PREVENIRE LA RUGGINE?

 

 

COS’È LA RUGGINE?

Tutti i metalli si corrodono a causa delle reazioni chimiche con l’ambiente – tranne quattro metalli rari: iridio, niobio, osmio e tantalio.

Quando il ferro e le leghe di ferro si corrodono, si parla di arrugginimento.

Il prodotto della corrosione è la ruggine, detta anche ossido di ferro idrato:

OSSIDO DI FERRO: FE203

iron-III-oxide-molecule-fe2o3-notext.png

Fe2O3.xH2O

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L’ossigeno si
lega con
questi due
elettroni

PERCHÉ SI FORMA LA RUGGINE?

L’ossigeno (O) è un elemento molto reattivo. Solo un elemento (il fluoro) ha una maggiore elettronegatività , essendo più incline a sottrarre elettroni rispetto all’ossigeno. L’ossigeno forma legami stabili praticamente con tutti gli elementi per formare gli ossidi.

Il ferro
cede questi
due elettroni

oxygen-iron2-notext.png

 

 

Il ferro (Fe) è un metallo non nobile, ciò significa che è incline a cedere elettroni (diversamente dai metalli nobili come oro e platino, che non cedono elettroni, non reagiscono e non si corrodono in normali condizioni). Il ferro è l’elemento più abbondante sulla Terra, in termini di massa.

Quando l’ossigeno e il ferro si incontrano, l’ossigeno prende gli elettroni del ferro e si uniscono formando l’ossido di ferro.

Questa reazione, l’ossidazione, avviene ogni volta che l’ossigeno incontra la superficie creando uno strato sottile sul substrato (spessore inferiore a 0,005 micron / 0,0002 mil). Questo strato di passivazione impedisce ad altro ossigeno di entrare in contatto e di reagire con il metallo.

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L’ossigeno e il ferro formano uno strato superficiale di passivazione dell’ossido di ferro che previene l’ulteriore ossidazione. 

Quasi tutti i materiali formano degli strati di ossido di passivazione. Il rame ha la sua patina verde. L’argento si annerisce. Sull’acciaio inossidabile, uno strato passivato di ossido di cromo protegge l’acciaio dalla corrosione.

Tuttavia, nel caso del ferro e dell’acciaio al carbonio, lo strato passivato di ossido non è utile. L’ossido di ferro, friabile e spesso, non solo non aderisce al substrato – non fornendo così alcuna protezione per il sottostante ferro – ma è anche igroscopico , cioè attira l’umidità dell’aria.

La presenza di sola acqua pura sulla superficie non è sufficiente per causare la corrosione.* Ma quando l’acqua contiene sali disciolti, o è acida o basica, le condizioni sono idonee per la formazione delle cellule di corrosione.

*Se l’acqua pura entra in una fessura o in una crepa, la privazione di ossigeno può causare un accumulo di ioni di idrogeno, creando una soluzione acida che può portare alla corrosione.

 

Dentro una cellula di corrosione

Una cellula di corrosione si forma quando c’è una soluzione elettrolitica, ad esempio il sale sciolto in acqua, che incapsula due posizioni su una superficie metallica con diversi potenziali elettrici, come i seguenti:

  • Il punto di incontro tra due metalli dissimili, tra due particelle all’interno dello stesso materiale, o tra due sacche di impurità nella lega
  • Lungo i margini e gli angoli delle strutture deformate dei cristalli

[1] In queste condizioni, il ferro (Fe) nell’anodo cede i suoi elettroni scomponendosi in ioni di Fe2+.

[2] Fe2+ e OH si legano in una serie di reazioni che alla fine producono la ruggine, detta anche ossido di ferro idrato.

[3] Gli ioni di OH sono attratti tramite la soluzione elettrolitica verso i nuovi ioni di Fe2+ con carica opposta, nell’anodo.

Corrosion Cell Callouts

Gli elettroni [4] scorrono dall’anodo [6] al catodo [7], dove reagiscono con le molecole d’acqua e ossigeno per produrre ioni idrossidi [5], OH.**

**Questa è la reazione in una soluzione basica o neutra. In una soluzione acida, due ioni di idrogeno si riducono in una molecola di gas di idrogeno.

TIPI DI CORROSIONE

La NACE riconosce dieci tipi di corrosione.
I più importanti per la sabbiatura abrasiva sono i seguenti:

 

La corrosione generica

La corrosione che appare uniforme su gran parte o su tutte le superfici, a causa del movimento “danzante” degli anodi e dei catodi sulla superficie. La corrosione uniforme causa una perdita di metallo maggiore rispetto a tutti gli altri tipi, ma con probabilità inferiori di causare un cedimento strutturale rispetto ai tipi localizzati di corrosione, tuttavia esso è possibile qualora non si intervenga.

 

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Corrosione a fessura

La corrosione che si verifica in spazi stretti tra le superfici. La forma della fessura impedisce l’ingresso dell’ossigeno e la proliferazione degli ioni di idrogeno (un processo chiamato idrolisi) creando una soluzione acida che accelera la corrosione. La velocità di corrosione nelle fessure può arrivare fino a 400 volte quella che avviene sulle superfici piatte.
 

Accumulo di ruggine

Se non si interviene, la ruggine accumulatasi in una fessura può creare una massa di ruggine che deforma le superfici, allontana le piastre e logora le strutture.
 

Rottura dovuta a corrosione da tensione

Questa corrosione difficile da individuare può avere effetti disastrosi. Dato che le tensioni strutturali creano delle fratture nel substrato, la ruggine si forma nelle fratture, indebolendo la struttura tramite la perdita di metallo. Dato che gli ossidi di ferro occupano più volume rispetto al ferro, la ruggine in una fessura produce una pressione aggiuntiva che peggiora il problema.

crevice-corrosion thumb.jpg

Corrosione galvanica

La corrosione che avviene al bordo tra due diversi metalli a contatto. A causa della differenza di tensione dei metalli, si forma un anodo nel metallo meno nobile, con il catodo nel metallo nobile. Occorre ricordare che i metalli non nobili sono inclini a cedere elettroni, diventano ioni e si ossidano.

galvanic-corrosion-thumb.jpg
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Ad alveoli

Con la corrosione ad alveoli, la perdita di metallo nell’anodo corrode creando un buco nel substrato, che può portare alla perforazione del metallo. È facile che venga sottovalutata la gravità degli alveoli dopo un’ispezione visiva, perché l’alveolo può formare una cavità sotto la superficie, e l’apertura della cavità può essere oscurata dalla ruggine. Se non viene controllata la corrosione ad alveoli può causare il cedimento strutturale.

La corrosione ad alveoli è una caratteristica degli attacchi della corrosione localizzata. È accelerata quando sono presenti degli ioni aggressivi nella soluzione, come gli ioni cloruro (Cl-), ad esempio con il sale sciolto in acqua (NaCl), perché gli ioni aggressivi attaccano e sciolgono lo strato di passivazione.

chloride-attack-notext.png

Gli ioni di cloruro penetrano lo strato di passivazione, scomponendo le molecole di ossido di ferro ed esponendo il metallo sottostante. 

Il modo in cui il cloruro attacca uno strato passivato

Dopo l’ossigeno, il cloruro è l’elemento più reattivo (elettronegativo). Gli ioni di cloruro cedono elettroni, e subiscono una forte attrazione dagli ioni con carica opposta sulla superficie.

Spinti verso la superficie, gli ioni di cloruro penetrano attraverso lo strato di ossido di ferro passivato, reagendo con esso e causando il suo scioglimento finché la superficie metallica viene esposta alla soluzione elettrolitica e si forma una cellula di corrosione.

Ruggine superficiale

La ruggine superficiale è un attacco corrosivo generico che rappresenta un problema importante per la sabbiatura abrasiva.

La sabbiatura danneggia meccanicamente lo stato passivato, che protegge il metallo dalla corrosione. In caso di sabbiatura abrasiva a nebulizzazione d’acqua, l’acqua è presente anche sulla superficie ed è a contatto diretto con il metallo attraverso lo strato passivato spaccato.

Se sulla superficie ci sono dei sali, questi si sciolgono nell’acqua per formare una soluzione elettrolitica e si formerà una cellula di corrosione. Questo attacco ad azione rapida può causare l’arrugginimento visibile in soli 30 minuti.

La ruggine superficiale è un problema anche per la sabbiatura a secco, e per qualsiasi tipo di preparazione della superficie. Quando l’umidità è elevata, i sali attirano l’umidità dall’atmosfera sulla superficie metallica, formando una cellula di corrosione. Il cloruro di sodio può rimuovere l’umidità dall’atmosfera fino al 75% di umidità relativa. Altri sali, meno abbondanti, attirano l’umidità a un livello inferiore del 25-35% di umidità relativa. Con aria pulita (e una superficie priva di sale) la corrosione atmosferica non avviene con un’umidità relativa inferiore al 45%. Ma al crescere dell’umidità relativa, il tasso di corrosione aumenta esponenzialmente.

Se si esegue la sabbiatura all’interno, l’umidità può essere controllata con i deumidificatori. Evitare la sabbiatura con la pioggia. Fare attenzione alla sabbiatura al mattino presto: la rugiada sull’acciaio appena sabbiato è un problema. Quando l’atmosfera si riscalda, il metallo rimane freddo più a lungo e si forma la condensa sull’acciaio.

 

Quanta ruggine superficiale è accettabile?

Sebbene livelli minimi di ruggine superficiale possono essere accettabili per alcuni rivestimenti, in tutti i casi peggiorano l’adesione. L’applicazione di un rivestimento su uno strato spesso di ruggine superficiale può causare il distacco del rivestimento, e anche il generare di nuove reazioni corrosive.

Controllare insieme al produttore del rivestimento quali sono i livelli accettabili di ruggine superficiale. Le specifiche del rivestimento possono indicare una finestra temporale accettabile tra la sabbiatura e l’applicazione del rivestimento.

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Basso Medio Alto
La superficie è visibile.
Sono visibili piccole quantità di ruggine. 
La superficie non è visibile. 
La ruggine è adesa bene.
La superficie non è visibile.
La ruggine è leggermente adesa.

Corrosione filiforme

Questo tipo di corrosione delle fessure si accumula sotto la vernice dopo che l’acqua ha permeato il rivestimento.La corrosione assume l’aspetto di filamenti, in quanto arrugginisce una superficie esposta a bolle osmotiche.

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Bolle osmotiche

I sali solubili, (corrosione filiforme,

Questo tipo di corrosione delle fessure si accumula sotto la vernice dopo che l’acqua ha permeato il rivestimento.La corrosione assume l’aspetto di filamenti, in quanto arrugginisce una superficie esposta a bolle osmotiche. cloruro, solfati e nitrati) già avevano una cattiva reputazione, ma sono anche responsabili di un tipo di danno dei rivestimenti chiamato bolle osmotiche.

Un rivestimento è una membrana semi-permeabile che consente il passaggio dell’acqua, limitando gli altri ioni solubili, come il sale o l’acido cloridrico. Quando l’acqua passa attraverso la membrana scioglie gli ioni sulla superficie metallica, riduce la pressione di vapore sotto il rivestimento, e l’acqua rimane bloccata sotto la bolla.Gli ioni non possono passare attraverso la membrana per compensare la pressione, ma questo non ferma l’azione dell’acqua. Il passaggio di acqua nella bolla in quantità maggiore rispetto a quella in uscita causa il distacco del rivestimento. All’interno della bolla, si forma una cellula di corrosione.

Punti di ruggine

Diversamente dagli altri tipi di corrosione, i punti di ruggine sono un modello, non un processo. Quando il profilo di profondità del piano di ancoraggio supera la profondità dello strato asciutto del rivestimento applicato, il rivestimento non riesce a coprire i punti più alti. Lì lo strato è molto sottile e si deteriora rapidamente, esponendo il substrato alla corrosione.

Un criterio guida per prevenire i punti di ruggine è adottare un piano di ancoraggio che sia pari al 25-30% della profondità dello spessore dello strato asciutto dell’intero sistema di rivestimento. Consultare le specifiche dei rivestimenti per conoscere i profili di profondità consigliati dal produttore.
 

PARTE II

SOLUZIONI

Rimozione dei sali

L’acqua pura non crea corrosione su una superficie metallica piana pulita. La cellula di corrosione necessita di un’elettrolita, e il sale è il nemico numero uno.

Il sale non solo attira l’umidità dall’atmosfera, ma una volta sciolto in una soluzione, i suoi ioni aggressivi erodono lo strato passivato esponendo il metallo, e la risultante soluzione elettrolitica consente il flusso di ioni necessario per la formazione delle cellule di corrosione.

Quindi la prima linea di difesa contro la ruggine è rimuovere i sali solubili dalla superficie.

I metodi meccanici (attrezzi manuali ed elettrici, sabbiatura a secco) si sono dimostrati inefficaci nel rimuovere i sali. Ma siccome i sali sono solubili, il loro scioglimento con acqua è il metodo preferito.

È questo il caso in cui diventa centrale la sabbiatura abrasiva a nebulizzazione d’acqua. La sabbiatura con nebulizzazione d’acqua pressurizzata non solo trasporta gli elementi abrasivi, ma scioglie anche il sale rimuovendolo.

 

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L’azoto su una molecola di passivatore organico si lega agli ioni di Fe. La catena di idrocarburi impedisce il contatto dell’ossigeno e del cloruro con la superficie di ferro. 

Inibitori della corrosione

Gli inibitori della corrosione possono essere aggiunti all’acqua per la sabbiatura abrasiva a vapore per prevenire la ruggine superficiale, ma può anche avere degli effetti collaterali indesiderati.

I passivatori creano uno strato protettivo tra la superficie e l’ambiente. Le molecole organiche come le ammine hanno coppie di elettroni libere che si legano al metallo, e una lunga coda di idrocarburi che inibisce l’assorbimento degli ioni aggressivi in ingresso nella superficie metallica.

Tuttavia, i passivatori sono noti per interferire con l’adesione del rivestimento e per l’efficacia dei primer antiruggine, specialmente quelli che contengono zinco, che devono entrare in contatto con il metallo per produrre un effetto galvanizzante.

I prodotti per la rimozione dei sali sono chimicamente formulati per sciogliere i sali. Queste soluzioni disgregano lo strato di ossido per interagire direttamente con il metallo. Tuttavia, se non risciacquati, questi additivi, che sono spesso acidi, possono lasciare altri precipitati sulla superficie che possono causare le bolle osmotiche.

I tensioattivi diminuiscono la tensione superficiale dell’acqua rendendola “più umida”, permettendo all’acqua di penetrare meglio e sciogliere i depositi di sale. Possono anche aiutare l’evaporazione, e lasciare la superficie priva di contaminanti residui.

Esistono oltre 200 tipi di inibitori di ruggine. Molti rivestimenti non tollerano tali prodotti, non tutti sono compatibili con l’ambiente, e alcuni sono cancerogeni. Prima di usare un inibitore di ruggine, consultare il produttore del rivestimento.

 

Regola n.1 – Applicare il primer il prima possibile

Il modo più efficace per prevenire la ruggine è applicare il primer indicato dal produttore del rivestimento il prima possibile.

Ci sono primer che tollerano l’umidità che possono essere applicati per inumidire l’acciaio. I primer a base di zinco forniscono una protezione aggiuntiva contro la ruggine formando un legame superficiale di galvanizzazione.

Consultare le specifiche del rivestimento del produttore per i consigli sul primer.

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best-practices-thumb.png

PROCEDURE CONSIGLIATE

Per i migliori risultati di adesione del rivestimento e per la prevenzione della ruggine, seguire queste procedure consigliate:

  • Adottare un piano di ancoraggio idoneo.
  • Lasciare la superficie più pulita possibile.
  • Eseguire la sabbiatura in condizioni di minore umidità possibile.
  • Applicare il primer il prima possibile.
  • Lavorare seguendo le specifiche fornite dal produttore del rivestimento.

Contattate un esperto di sabbiatura

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