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Che cos’è la corrosione e i 10 tipi più comuni

La corrosione è un fenomeno distruttivo in cui la superficie del metallo si deteriora a causa di reazioni chimiche o elettrochimiche. La sua natura pervasiva ha un impatto praticamente su tutti i settori: infrastrutture, elettronica e industria automobilistica, per citarne alcuni.

Approfondiamo la natura della corrosione, i tipi di corrosione e come combatterne gli effetti.

Che cos’è la corrosione dei metalli?

La corrosione dei metalli si verifica quando la superficie metallica reagisce con un ambiente corrosivo o è soggetta ad altre condizioni sfavorevoli che causano la corrosione della superficie. L’ossidazione o la formazione di ruggine si verifica sulla superficie esposta del metallo e provoca l’indebolimento del materiale nel tempo, portando a danni strutturali. La corrosione non è specifica dei metalli, ma può verificarsi anche in altri materiali, come i polimeri e le ceramiche, ad esempio. Tuttavia, per questi materiali, il termine degradazione è più comune.

La corrosione è un processo naturale che converte un metallo raffinato in un ossido metallico più stabile. Si verifica uno scambio di elettroni tra il metallo e l’ambiente, con il metallo che perde elettroni nel processo. I metalli si corrodono naturalmente nel tempo, ma il tipo di ambiente a cui il materiale è sottoposto può accelerare il processo di corrosione. I metalli stabili, come l’oro e il platino, hanno meno probabilità di corrodersi grazie alla loro natura chimica stabile. Le leghe che contengono alcuni elementi, come il ferro, sono più inclini ad arrugginire se esposte all’aria e all’umidità.

La corrosione localizzata forma crepe e buchi, ma la corrosione può estendersi sull’intera superficie di un metallo. La corrosione delle superfici metalliche è influenzata da una serie di fattori, come i livelli di acidità dell’ambiente, la temperatura, le sollecitazioni meccaniche e l’umidità. Questi fattori possono indurre un deterioramento accelerato della superficie metallica o accelerare rapidamente il processo di corrosione, portando infine al fallimento.

I rivestimenti protettivi, la zincatura e il trattamento termico sono metodi generali per ridurre il rischio di corrosione. Tuttavia, la corrosione può ancora verificarsi in condizioni specifiche, a causa della sua natura complessa.

Tipi di corrosione

Esistono diversi tipi di corrosione, tutti influenzati da una varietà di meccanismi e condizioni. Esploriamo ogni tipo e capiamo come si verifica.

Corrosione generale

La corrosione generale o uniforme è il tipo di corrosione più comune. in quanto si verifica su tutta la superficie di un metallo. In genere è causata dall’assenza di un rivestimento protettivo, che lascia il metallo esposto agli agenti corrosivi. Si verificano reazioni elettrochimiche e chimiche che causano la dissoluzione del metallo, consentendogli di assottigliarsi formando ossidi.

L’esposizione continua a questi agenti corrosivi finirà per dissolvere l’intera struttura metallica. Esempi di metalli interessati dalla corrosione uniforme sono l’alluminio, il ferro, il piombo, l’acciaio e lo zinco. Questo tipo di corrosione è prevedibile e rilevabile a occhio nudo, in quanto è visibile sotto forma di ruggine su tutta la superficie.

Corrosione per vaiolatura

Corrosione per vaiolatura e difetti passanti su tubi d'acciaio e apparecchiature di processo

La corrosione per vaiolatura è un tipo imprevedibile di corrosione localizzata, in cui si formano delle fosse di ruggine sulla superficie del metallo. Queste fosse si trasformano in cavità o fori, che penetrano nella superficie in direzione verso il basso. Questo tipo di corrosione è causato da difetti strutturali, cattiva applicazione del rivestimento, non uniformità, umidità o danni allo strato di ossido protettivo del metallo. Le fasi iniziali della corrosione per vaiolatura hanno diametri dei fori di ≤20 µm.

La corrosione per vaiolatura è un tipo di corrosione insidiosa, poiché si perde solo una piccola quantità di materiale in superficie, mentre la struttura metallica profonda viene danneggiata. Il cedimento dovuto al pitting può essere improvviso e spesso devastante. Il pitting può essere osservato nell’alluminio, nelle leghe di nichel e nell’acciaio. Le superfici metalliche lucidate sono più resistenti alla vaiolatura, grazie alla loro superficie più uniforme.

Corrosione interstiziale

La corrosione interstiziale è un altro tipo di corrosione locale che si verifica nelle fessure o nelle aree confinate, di solito tra due metalli (comunemente presenti negli assemblaggi), un metallo e un non metallo, o da detriti. Queste aree ristrette di solito consentono l’accumulo di fluidi corrosivi e hanno un apporto limitato di ossigeno, che impedisce la schermatura del materiale. Lo squilibrio del livello di pH rende acido il fluido all’interno delle fessure, che a sua volta rompe lo strato di ossido passivo, lasciando la superficie vulnerabile all’attacco della corrosione.

Il rischio di corrosione interstiziale può essere ridotto attraverso un assemblaggio migliore o un design del giunto che elimini gli spazi vuoti tra le saldature e i giunti. La protezione dall’umidità o dai fluidi che favoriscono un ambiente elettrolitico può ridurre ulteriormente il rischio di questa forma di corrosione.

Corrosione galvanica

Corrosione galvanica tra tubi di rame e ferro

La corrosione galvanica o corrosione bimetallica è un tipo di corrosione in cui due metalli dissimili in contatto fisico e/o elettrico sono sottoposti a un ambiente elettrolitico. Il metallo attivo (anodo) subisce una corrosione più rapida rispetto all’altro metallo (catodo), che è più stabile. Può anche verificarsi in un metallo esposto a un elettrolita con vari gradi di concentrazione.

La corrosione galvanica è comune nelle imbarcazioni marine, dove l’acqua salata agisce come elettrolita tra i due metalli dissimili. Può verificarsi anche in ambienti tossici, come nella manipolazione del metallo fuso o nei laboratori chimici.

A anodo sacrificale o anodo galvanico più attivo del pezzo metallico viene utilizzato per prevenire/ridurre la corrosione galvanica. Questi anodi consumabili impediscono ai metalli principali di ossidarsi fornendo i loro elettroni, corrodendo invece l’anodo consumabile.

Corrosione da fretting

La corrosione da fretting si verifica quando due metalli a contatto subiscono piccoli movimenti causati da slittamenti e vibrazioni. Queste oscillazioni portano al fretting che rimuove il film di ossido protettivo e consente alle asperità superficiali dei metalli appena esposti di aderire l’una all’altra. Questa connessione viene successivamente interrotta dalle vibrazioni, causando l’accumulo di detriti da usura.

Questi detriti e le superfici metalliche appena esposte sono inclini all’ossidazione. Poiché le particelle non possono sfuggire al contatto, innescano un’ulteriore usura abrasiva e la successiva ossidazione, e il processo continua con volumi di usura elevati.

I metalli morbidi reattivi hanno una minore resistenza alla corrosione, in quanto lo strato di ossido è facile da rimuovere sotto carico ciclico e si verifica un trasferimento di materiale.

Corrosione intergranulare

La corrosione intergranulare è una forma di corrosione che si verifica in corrispondenza o in prossimità dei confini dei grani del metallo. I confini dei grani fungono da interfaccia tra i grani del materiale e sono considerati imperfezioni nella struttura cristallina del materiale. Questi confini dei grani derivano da una crescita irregolare o da impurità presenti durante la cristallizzazione della lega metallica. Ogni grano può variare da 1 µm a 1 mm di dimensione.

La corrosione intergranulare o attacco intergranulare si manifesta quando i confini del grano hanno una differenza di reattività rispetto al grano. Può verificarsi quando i metalli sono sottoposti a temperature elevate (precipitazione di carburi) o a causa di una saldatura difettosa. Questo abbassa la resistenza alla corrosione del materiale, rendendolo incline a subire danni quando viene esposto a un agente corrosivo.

Erosione Corrosione

La corrosione per erosione è un tipo di corrosione causata dal movimento relativo tra la superficie metallica e un liquido corrosivo. Questo movimento provoca un’abrasione meccanica che danneggia la superficie e crea delle cavità.

Il fluido di solito scorre ad alta velocità lungo la superficie metallica, dissolvendo lo strato passivo di ossido e rimuovendolo durante la corsa del fluido. La corrosione per erosione si verifica soprattutto all’interno di tubi metallici utilizzati per trasferire liquidi corrosivi che deteriorano lentamente la superficie.

Corrosione ad alta temperatura

La corrosione ad alta temperatura o corrosione a caldo si verifica quando c’è una combinazione di temperature elevate (< 400°C) e contaminanti atmosferici. L’attacco chimico si verifica quando i metalli che operano a queste temperature reagiscono chimicamente con i contaminanti corrosivi.

La corrosione ad alta temperatura è comune negli ambienti industriali, dove vengono utilizzati forni e turbine a gas con contaminanti atmosferici e gas solforici. Questi contaminanti corrosivi possono anche lasciare depositi di cenere e sale fuso durante il funzionamento. Per evitare la corrosione ad alta temperatura, si utilizzano meccanismi di raffreddamento e leghe resistenti al calore.

Corrosione da stress (SCC)

cedimento da stress e corrosione dell'alluminio

La cricca da corrosione sotto sforzo o fatica da corrosione è causata dall’applicazione di una sollecitazione di trazione al materiale mentre si trova in un ambiente corrosivo. La cricca da tensocorrosione può essere particolarmente diffusa quando le sollecitazioni di trazione sono accompagnate da temperature estreme. L’espansione e la contrazione del metallo derivano da questi cambiamenti di temperatura che indeboliscono l’integrità strutturale del metallo.

I segni iniziali della cricca da corrosione da stress sono sottili crepe sulla superficie del metallo. Queste crepe si sviluppano nel tempo, portando a un cedimento strutturale. La corrosione da stress può verificarsi nei processi di produzione, come la lavorazione e la saldatura, ma viene accelerata quando viene esposta a un ambiente corrosivo. Ne sono un esempio gli acciai inossidabili in un ambiente di cloruro e le leghe di rame in ammoniaca.

Corrosione microbica

La corrosione microbica, chiamata anche corrosione microbiologicamente indotta (MIC), è un tipo di corrosione causata dalla presenza e dalle attività dei microrganismi sulle superfici metalliche. Questi microrganismi, che includono batteri, funghi e alghe, possono accelerare il processo di corrosione nei metalli e nelle leghe in vari ambienti.

La MIC è una preoccupazione significativa in settori come quello petrolifero e del gas, marino e della gestione delle acque reflue, perché può portare al rapido deterioramento dei materiali. Alcuni di questi organismi sono in grado di consumare olio e di espellere acidi che possono causare la corrosione dei recipienti utilizzati per lo stoccaggio.

La corrosione influenzata microbiologicamente può causare vari tipi di danni, tra cui vaiolatura, corrosione interstiziale e criccatura da corrosione sotto sforzo. Per evitare ciò, l’olio deve essere purificato il più possibile per rimuovere il contenuto di acqua. È necessario anche scaricare l’acqua a intervalli regolari dai serbatoi di carburante dopo la purificazione. Una gestione efficace del MIC comporta anche un monitoraggio regolare e l’utilizzo di biocidi per controllare la crescita microbica. La comprensione dei microbi specifici e delle condizioni ambientali coinvolte è fondamentale per sviluppare strategie di prevenzione e controllo mirate.

Come prevenire la corrosione

La prevenzione di diversi tipi di corrosione è fondamentale per mantenere la funzionalità e la longevità di gruppi e apparecchiature. L’applicazione di trattamenti superficiali, rivestimenti protettivi o finiture dei materiali sono ottime misure proattive per ridurre l’impatto della corrosione. L’utilizzo di materiali resistenti alla corrosione in un ambiente non corrosivo è una buona misura di prevenzione della corrosione contro la maggior parte dei tipi di corrosione.

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