La galvanizzazione consiste nel rivestire il ferro e l’acciaio con uno strato di zinco per ottenere una protezione superiore dalla corrosione. Questo metodo di galvanizzazione è stato una pietra miliare nelle applicazioni industriali grazie alla sua economicità e alla natura duratura del rivestimento. Offrendo decenni di durata, l’acciaio zincato si distingue da altre tecniche anticorrosive, bilanciando l’efficienza dei costi con le considerazioni ambientali.
In questo articolo esploreremo questa tecnica di finitura superficiale e la sua capacità di migliorare una serie di proprietà benefiche dell’acciaio.
Cos’è la zincatura?
La galvanizzazione, è un processo di placcatura dei metalli in cui un componente in ferro o acciaio viene rivestito con un sottile strato di zinco. Lo zinco agisce come uno strato protettivo che protegge la superficie sottostante dalla corrosione e ne prolunga la durata. Il processo può essere a volte guidato dall’elettricità fino a quando non si sviluppa uno strato di zinco di spessore sufficiente. Questo strato non è discreto, cioè lo zinco si fonde con l’acciaio in superficie e forma un forte legame metallurgico.
La zincatura è comunemente utilizzata in luoghi in cui il metallo deve resistere ad ambienti difficili o in applicazioni strutturali in cui il metallo deve mantenere la sua resistenza per molti decenni. Il rivestimento protettivo assicura che il metallo di base resista a condizioni difficili senza compromettere le sue proprietà critiche, come la resistenza alla trazione, l’elasticità e la durata. L’ampio utilizzo dell’acciaio zincato si può osservare nella costruzione di ponti, guardrail e attrezzature in acciaio negli impianti chimici.
Perché zincare l’acciaio?
La ragione principale della zincatura dell’acciaio è quella di aumentarne la durata. I normali componenti in acciaio, se non zincati, possono subire attacchi di corrosione e deteriorarsi rapidamente.
Anche se incorporati nel calcestruzzo, i prodotti in acciaio possono corrodersi a causa della carbonatazione (esposizione all’anidride carbonica), dell’umidità e degli elevati livelli di cloruro. L’applicazione di un rivestimento di zinco migliora la protezione dalla corrosione del metallo di base, aumentandone la durata.
I processi di zincatura forniscono anche i rivestimenti più duri, in grado di resistere ai danni meccanici durante il trasporto, lo stoccaggio e l’installazione. Anche il costo dell’installazione è ridotto, perché i componenti zincati sono già pronti all’uso. L’acciaio zincato non richiede alcuna preparazione superficiale, verniciatura o ispezione prima dell’installazione.
Una volta installato, ha una durata di vita di oltre 50 anni nelle aree rurali e di almeno 20-25 anni nelle aree urbane e costiere. Il rivestimento protettivo offre una protezione senza precedenti, coprendo anche gli angoli vivi, le rientranze e altre aree inaccessibili. Questa caratteristica è difficile da trovare in altri processi di rivestimento.
Anche quando il rivestimento viene perso in una determinata area, non si verifica la corrosione perché lo zinco ha un potenziale di riduzione negativo più elevato. Questo fa sì che lo zinco si ossidi al posto del ferro, garantendo la sicurezza dell’applicazione. Per ispezionare il rivestimento, si valutano solo le condizioni fisiche dello strato. È sufficiente un’attenta ispezione visiva. Se il rivestimento appare intatto, possiamo essere certi che non si sono verificati danni all’acciaio sottostante.
L’acciaio zincato è generalmente un’alternativa conveniente rispetto ad altri metodi, tranne che per alcune applicazioni su larga scala. Nel settore delle costruzioni, l’acciaio zincato può diventare così costoso che i costruttori possono abbandonare del tutto l’idea di utilizzarlo quando il budget è limitato. Un secondo svantaggio è che, sebbene lo strato di zinco sia resistente alla ruggine rossa, può comunque svilupparsi ruggine bianca se esposto continuamente all’umidità.
Metodi di zincatura
Esistono diversi processi di zincatura, ognuno con i propri vantaggi e limiti. Vediamo alcuni dei metodi di galvanizzazione più comuni oggi in uso.
Zincatura a caldo
La zincatura a caldo è uno dei metodi di zincatura più semplici ed economici. È in grado di rivestire una varietà di forme complesse con relativa facilità. La superficie del materiale viene pulita da contaminanti e ossidi prima di essere immersa in un bagno di zinco fuso. Il bagno di zinco fuso applica uno strato di rivestimento di zinco sul componente in acciaio. La qualità del legame metallurgico è determinata dall’efficienza con cui le superfici sono state pulite in precedenza.
Zincatura elettrolitica
La zincatura elettrolitica, nota anche come elettrozincatura, è il secondo metodo di zincatura più diffuso. Utilizza l’elettrolisi per applicare uno strato di zinco su un metallo di base, diventando così una forma di galvanizzazione. In questo processo, il pezzo di acciaio viene posto in una soluzione di zinco con un secondo elettrodo e poi viene attraversato da corrente continua. La corrente ionizza la soluzione di zinco, depositando un rivestimento di zinco puro sul metallo di base. Questo processo consente un maggiore controllo sulla velocità di deposizione e sullo spessore dello strato.
Sherardizzazione
La sherardizzazione è un tipo di processo di galvanizzazione che prende il nome dal suo inventore, Sherard Osborn Cowper-Coles. Utilizza la diffusione termica per creare un rivestimento di zinco sui metalli ferrosi. In questo processo, il metallo da rivestire viene posto in un contenitore con polvere di zinco metallico. La temperatura del pezzo viene portata a 400-450 °C in presenza di questa polvere. L’alta temperatura fa sì che la polvere si diffonda nel metallo, formando una lega zinco-ferro.
Pre-zincatura
La prezincatura può essere intesa come un tipo di processo di immersione a caldo adattato specificamente alle lamiere d’acciaio lunghe. In questo processo, la lamiera viene passata attraverso un agente pulente che prepara il materiale alla zincatura. Una volta pulita, la lamiera viene fatta passare rapidamente attraverso un bagno di zinco fuso. Il rapido movimento consente la formazione di un sottile rivestimento protettivo di zinco, più uniforme di quello ottenuto con il metodo convenzionale di zincatura a caldo. Questo metodo consente di ottenere i tempi di consegna più rapidi per le lamiere.
Processo di zincatura a caldo
Come accennato in precedenza, il processo di zincatura a caldo è il metodo più utilizzato per la galvanizzazione dei componenti in acciaio. È un metodo affidabile per rivestire varie forme e dimensioni, da dadi e bulloni a grandi travi strutturali. La complessità può variare da semplici barre d’acciaio a pezzi artistici dalle forme intricate.
In questa sezione spiegheremo il processo generale di zincatura a caldo per capire le sue fasi e il loro scopo. Il processo può essere suddiviso in quattro fasi principali:
- Rimozione dei contaminanti duri
- Pulizia chimica
- Applicazione del flusso
- Immersione in un bagno di zinco
Rimozione di contaminanti duri
Quando la superficie di un pezzo contiene contaminanti duri, come scorie di saldatura, grasso pesante e vernice, la pulizia chimica non è sufficiente. Queste impurità devono essere rimosse preventivamente con uno sverniciatore o con mezzi meccanici come la sabbiatura, la smerigliatura, ecc. perché influiscono sulla qualità finale dei prodotti zincati. Una volta che la superficie è priva di contaminanti duri, la pulizia chimica sarà sufficiente per preparare ulteriormente il pezzo all’immersione nel bagno di zinco.
Pulizia chimica
Nella fase di pulizia chimica, tutti i contaminanti, come sporco, grasso, scaglie e ossidi, vengono rimossi dalla superficie dell’acciaio.
Per ottenere questo risultato, vengono eseguite diverse operazioni in sequenza. La prima fase è lo sgrassaggio, in cui il componente viene immerso in una soluzione caustica, tenuto per un tempo predeterminato e quindi risciacquato.
Dopo aver rimosso il grasso superficiale, il pezzo viene immerso in una soluzione di acido cloridrico per eliminare le incrostazioni e gli ossidi. Viene quindi risciacquato un’altra volta. Questa fase è nota anche come processo di decapaggio acido.
Applicazione del flusso
Una volta terminato il decapaggio, l’esposizione del pezzo all’aria può portare alla formazione di uno strato di ossido molto sottile sulla sua superficie. Questo strato può interferire con l’adesione del rivestimento di zinco al componente in acciaio e, pertanto, deve essere rimosso.
A tal fine, il componente viene esposto a un flusso chimico (in genere cloruro di zinco e ammonio) che facilita la dissoluzione dell’ossido superficiale. La concentrazione varia da caso a caso. Il flussante contiene solitamente anche agenti umettanti, antischiuma e regolatori di viscosità. Il fondente viene lasciato asciugare prima di essere immerso nello zinco liquido.
Immersione nel bagno di zinco
Immersione di parti di acciaio in una vasca di zinco fuso
Dopo l’applicazione del flussante, prima del processo di immersione vero e proprio si controllano le aperture di sfiato e di drenaggio sul componente. L’aria uscirà dall’apertura di sfiato, mentre lo zinco fuso entrerà dall’apertura di scarico.
Una volta accertato che sono soddisfacenti, il componente è autorizzato a passare al processo di zincatura a caldo. Il componente viene immerso in un bagno di zinco fuso a 450°C. Il bagno non può essere riscaldato troppo, poiché una temperatura eccessiva può causare la bruciatura del flusso chimico sul componente. Il componente viene tenuto in posizione finché la sua temperatura non diventa uguale a quella del bagno.
L’immersione crea strati di leghe di zinco-ferro con composizioni diverse. Non c’è una netta demarcazione tra gli strati e il componente in acciaio si trasforma gradualmente in un rivestimento di zinco puro sulla superficie.
Una volta ottenuto il rivestimento, il componente viene raffreddato in una vasca di tempra per evitare l’esposizione all’aria.
Avvolgimento
La zincatura è un metodo eccellente per fornire una protezione efficace e a basso costo all’acciaio e ad altri metalli ferrosi. Il rivestimento ottenuto è forte, resistente alla corrosione e durevole. Di conseguenza, il processo ha trovato largo impiego in diversi settori, dalla produzione di elementi di fissaggio alla costruzione di interi stadi. È quindi importante assicurarsi che tutte le fasi necessarie della zincatura siano eseguite correttamente per ottenere una finitura affidabile e le prestazioni desiderate.