DEFINIZIONE DI CORROSIONE

DEFINIZIONE DI CORROSIONE
Si dice che il materiale è soggetto a corrosione quando degradandosi subisce
una modificazione di spessore dovuta a distacco di materia o rigonfiamento
interno del materiale e/o ad una modificazione delle sue caratteristiche
fisiche, che si traduce in una perdita di proprietà meccaniche e strutturali .
SCALA DEI
POTENZIALI
DI CORROSIONE
(l’anodico si ossida,
il catodico si riduce)
Corrosione in acciaio inox 304:
(a) uniforme, (b) pitting, (c) crevice,
(d) stress corrosion cracking (SCC)
CORROSIONE E PROTEZIONE
Per evitare il danneggiamento da corrosione, si usano metodi di
protezione (superficiali o intrinseci).
La corrosione può anche essere evitata riformulando il materiale
(p.es. modificando quantità e tipo di additivi) e si può ridurne
l'effetto fissando adeguati coefficienti di sicurezza meccanici e
strutturali per il servizio.
In altri casi, la corrosione mirata e controllata può essa stessa
esercitare un effetto protettivo (anodi sacrificali).
Infragilimento da permeabilità all'idrogeno
nell'acciaio (hydrogen induced cracking)
Una copertura sostituibile di vetroresina coperta di
zinco (che si dissolve gradatamente formando
ossidi) protegge i ferri d’armatura del pilastro dallo
sviluppo della corrosione.
ESEMPIO DI PROTEZIONE: SCHERMATURA
ELETTROMAGNETICA (SHIELDING)CON FILM SOTTILI



Film sottili (spessore 1-100 micron)
Messa a terra più facile
Buona schermatura soltanto sopra alcune decine di MHz (es. per cellulari)
Tecnica di rivestimento
Resistività superficiale ρ Spessore (micron)
[ohm/ ]
Placcatura chimica col nichel 0.01--0.03
(ENP)
Verniciatura conduttiva
0.02--0.05
Metallizzazione a vuoto
0.05--0.1
Deposizione elettrolitica
0.007--0.02




1--100
10--75
5--10
10--25
Nichelatura chimica (ENP) su un substrato
per contatto con conduttori d'oro
Placcatura chimica: rame (interno) e nichel (esterno) .
Verniciature conduttive: resine epossidiche, acriliche o uretaniche,
diluite in solvente od in acqua, e particelle di argento, rame o miste.
Metallizzazione a vuoto: alluminio o rame, quest'ultimo rivestito con
uno strato di cromo, di nichel o di stagno.
Placcatura elettrica: rame
SILVERSHIELD PER
TELEFONINI
FORME DI CORROSIONE NEI METALLI
Corrosione chimica (con reazione di ossido-riduzione):
Per pitting (vaiolatura) o interstiziale (per crevice): zona anodica di dimensioni ridotte e
quindi a scarso contenuto di ossigeno
Intergranulare (acciai Ni-Cr: precipitazione carburi di cromo ai bordi dei grani, spesso per
zona termicamente alterata)
Per attacco chimico (di solito per pH molto basso)
Filiforme o lamellare (in presenza di strati di metalli diversi, o rivestimenti, p.es. di vernici,
od in presenza di contaminazione)
Infragilimento da idrogeno (blistering)
Corrosione meccanica (per effetto del carico applicato):
Stress corrosion (corrosione sotto sforzo)
Corrosione per fatica
CORROSIONE IN ACQUA DI MARE
Corrosione biologica (per attività metabolica di batteri) PER EFFETTO DEI SALI CON
SVILUPPO DI SOLFURO DI IDROGENO
In qualche caso,
p.es. qui carbonatazione
nei calcestruzzi, gli
effetti chimico e meccanico
possono essere combinati.
ESEMPI DI CORROSIONE
PITTING SU RUOTE DENTATE
CORROSIONE INTERGRANULARE SU FILO D’ACCIAIO
PIT DI CORROSIONE
CORROSIONE FILIFORME SU ALLUMINIO
PASSIVAZIONE
In metalli come l'alluminio ed il titanio si ha, in particolari condizioni ambientali (per
l'alluminio per pH compresi tra 4.5 e 9), la formazione di ossidi protettivi e
fortemente aderenti. Tali ossidi possono essere resi più spessi e resistenti con
trattamenti elettrolitici (anodizzazione).
Superficie di film
di ossido di titanio
anodizzato con due diverse
soluzioni elettrolitiche
Sull'acciaio Corten
(bassolegato per
applicazioni in esterno),
si forma un ossido protettivo
con elementi di lega
(in particolare silicio e cromo)
Colori alluminio anodizzato
(ottenuti per assorbimento nei pori dell’ossido
oppure per via elettrolitica)
LIMITE DI FATICA (curve di Wöhler)
ED EFFETTO DELLA CORROSIONE
Alcuni materiali, come l'acciaio, presentano
un limite di fatica, quindi hanno una vita
teoricamente infinita in assenza di difetti,
se la sollecitazione applicata è inferiore a
tale limite. La presenza di corrosione riduce
(o annulla) il limite di fatica, oltre ad
innalzare le sollecitazioni reali applicate.
Rottura a fatica
di un albero in acciaio
partente da corrosione
intergranulare
Fatica per alti cicli sull'acciaio
Fatica nei polimeri (effetto della viscoelasticità)
TIPI DI SALDATURE
SALDATURA AD ARCO
(fusione omogena)
SCHEMA SALDATURA
PER FUSIONE OMOGENEA
A PRESSIONE
A FREDDO
A CALDO
A CALDO CON FUSIONE
ETEROGENA
(metallo di base non fonde)
BRASATURA
(eterogena)
PER FUSIONE
OMOGENA
PRODOTTI BRASATI
SALDATURE AD ARCO IN ATMOSFERA GASSOSA
(per protezione dagli ossidi)
Le saldature MIG e MAG, entrambe con elettrodo fusibile, si distinguono dal gas di protezione
(argon, quindi inerte, per la MIG, ed anidride carbonica, quindi attivo, per la MAG), mentre
la TIG, sempre con argon, ha un elettrodo non fusibile di tungsteno, che disossida per
inversione della polarità.
SALDATURA TIG DI UN
PRODOTTO OSPEDALIERO
SALDATURA MIG DI UN
TELAIO DI BICICLETTA
FATICA PER SFREGAMENTO SUI POLIMERI
(fretting corrosion)
EFFETTO DELLO SFREGAMENTO DI VETRO
SU UN FILM DI POLISTIRENE PROTETTIVO
PER SUPERFICIE DI PMMA
Le prove di sfregamento sono particolarmente diffuse sui polimeri molto plastici
(es. polimeri siliconici per lenti a contatto morbide) al contatto con superfici più dure
(es. vetro, per simulazione di un non uniforme contatto con la cornea)
ESEMPI DI PROCESSI DI SALDATURA SUI POLIMERI
Saldatura ad ultrasuoni
Saldatura per trasmissione Laser
Saldatura a barra calda
La saldatrice ad ultrasuoni può servire
anche a tornire pezzi cilindrici.
Nel caso della saldatura ad ultrasuoni, si usa un sonotrodo, di solito in titanio,
che amplifica l'onda di pressione creata, che permette la formazione di
microcavità nel materiale viscoelastico (il sonotrodo serve anche per
omogeneizzare la distribuzione di una fase in un'altra).
Il problema della saldatura dei polimeri, è ridurre il più possibile l'area termicamente
alterata, per evitare che diventi un punto di debolezza della giunzione
DIFETTI E ROTTURA
La maggior parte dei polimeri sono omogenei a livello macroscopico e di
conseguenza rispondono ad un carico applicato gradatamente con una
deformazione più o meno omogenea, che col procedere della sollecitazione si
trasforma in un fenomeno di rottura duttile o fragile. Tipicamente la rottura fragile
è localizzata, mentre quella duttile coinvolge un'area più estesa e avviene con uno
snervamento con o senza strizione, e tramite scorrimento.
CONTAMINAZIONE BOTTIGLIA
IN POLIPROPILENE
I siti più probabili per la propagazione della rottura
sono le irregolarità nella struttura polimerica
o i concentratori di sforzo già presenti
(difetti, inclusioni, o graffi superficiali)
derivanti dal processo di produzione adottato
DIFETTI PEZZI STAMPATI AD INIEZIONE
e dall’inefficace controllo dei parametri relativi.
DEGRADAZIONE DEI POLIMERI
Foto-degradazione
D. termica
D. chimica
D. biologica
Riduzione proprietà meccaniche
Imperfetto aspetto superficiale
Minore tempo di vita del prodotto
I vari fenomeni di degradazione avvengono
in realtà in modo combinato nella situazione
reale del servizio del polimero.
Può essere desiderabile (fine vita del materiale
oppure applicazioni particolari: rilascio medicinali)
DEGRADAZIONE DI FLACONI IN ACIDO POLILATTICO
BIOPOLIMERI
DEFINIZIONE IDEALE: Polimeri ottenuti da sorgenti naturali rinnovabili,
biodegradabili e spesso /o compostabili, e non tossici da produrre.
Prodotti da sistemi biologici
Piante
Animali
Micro-organismi
Sintetizzati chimicamente da
molecole di origine biologica
Da zuccheri
(polisaccaridi)
Da oli o grassi
(trigliceridi)
L’obiettivo iniziale della produzione dei biopolimeri è la sostituzione delle
poliolefine derivate dal petrolio (polietilene, polipropilene).
Un’altra possibilità è per esempio la produzione di bio-polietilene da scarti agricoli
(fermentazione dell’etanolo)
APPLICAZIONI POLIMERI BIODEGRADABILI
Imballaggio (packaging)
Orticultura
Raccolta differenziata
Tessili (se formati in fibre)
Collanti per compositi (binder)
Resine per compositi (specie con fibre naturali: materiale interamente biodegradabile)
Applicazioni biomediche
(es. protesi, sistemi per il rilascio dei medicinali,
film antibatterici) (materiali biocompatibili, in qualche caso assorbibili)
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EROSIONE DEI BIOPOLIMERI
Lo sviluppo della biodegradazione si risolve in un’erosione che può
interessare, a seconda che l’acqua diffonda poco o tanto:
soltanto la superficie (surface erosion), per cui il biopolimero si
consuma,
oppure l’intero volume (bulk erosion), per cui il biopolimero si frantuma
per creazione di punti di debolezza.
“Bulk erosion” nell’acido polilattico (PLA)
INTRODUZIONE DI FIBRE NEL POLIMERO
ED EFFETTO SULLA BIODEGRADAZIONE
Fibre di palmito da frutto (Bactris gasipaes K.) (estratte dal cuore di palma) in una
matrice di poli-idrossibutirratovalerato (PHBV). Modificano le modalità di
degradazione in compost ed anche il profilo di degradazione termica della matrice.
Nota come l’introduzione delle fibre
renda più graduale la degradazione termica
TIPI DI BIODEGRADAZIONE
Nel caso del biopolimero, che è raramente e moderatamente reticolato,
ed ha già molti gruppi idrofili ed eteroatomi, gli effetti di tipo I e II sono più
rapidi, mentre l’effetto III è normalmente piuttosto raro
PRINCIPALI PRODOTTI BIO-DEGRADAZIONE
DEL BIO-POLIMERO
BIODEGRADAZIONE AEROBICA: anidride carbonica (CO2)
BIODEGRADAZIONE ANAEROBICA: metano (CH4)
Successo della
biodegradazione
Modificazione del bilancio
di anidride carbonica
(carbon footprint)
Riutilizzo dell’anidride
carbonica
(p.es. per fotosintesi)
In condizioni normali di smaltimento nell’organico, si ha biodegradazione aerobica,
mentre in condizioni di mescolanza con altra plastica, e quindi carenza di aria,
si ha biodegradazione anaerobica
CICLO DEL CARBONIO DEI BIOPOLIMERI
ORIGINE VEGETALE
ORIGINE ANIMALE
STAMPAGGIO ROTAZIONALE
PRODOTTI PER STAMPAGGIO ROTAZIONALE
Questa tecnologia permette di produrre
articoli in un solo pezzo in assenza
di saldature o setti, con buona costanza
dello spessore e senza tensioni interne.
Più recentemente lo stampaggio rotazionale viene applicato anche a miscele
di polimeri bio- e non bio-