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Corrosione negli impianti

Guida di Alexhwoc | Per questo articolo ci sono 15 commenti | Permalink

L'abbinamento nei nostri circuiti di raffreddamento a liquido di materiali diversi può avere ripercussioni come la corrosione. Ecco tutto quello che dobbiamo sapere.

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Cap 2.0: Corrosione in ambiente acquoso

Verranno presi in considerazione i metalli usati frequentemente negli impianti di raffreddamento a liquido, quindi:

• Rame (Cu) e ottoni (lega Rame-Zinco)
  
• Argento (Ag)
  
• Leghe Stagno (Sn) Piombo (Pb) da saldatura (60/40)
  
• Alluminio (Al) e leghe
  
• Nichel (Ni)

Come già accennato, gli ioni metallici che si formano nella zona anodica nelle reazioni di corrosione possono formare prodotti diversi che influenzano il procedere o l'arrestarsi della corrosione. Quest'ultimo caso si verifica quando il composto formato risulta insolubile e va a ricoprire la superficie del metallo anodico con uno strato aderente e continuo: questo processo viene chiamato passivazione e il metallo viene detto passivato. Il film protettivo è nella maggior parte dei casi un ossido del metallo che isola il metallo stesso dalla soluzione impedendone un ulteriore aggressione. Va ricordato però che lo stesso ossido ha una resistenza propria nei confronti dell' ambiente acquoso, quindi può anch'esso reagire se posto in determinate condizioni e la sua degradazione porterà di nuovo a contatto il metallo che, sprovvisto di ogni protezione, sarà soggetto a corrosione.
Quindi la passivazione indotta (anodizzazione) non è da considerarsi un sistema protettivo universale ma la sua efficacia è funzione dell' ambiente in cui si pone.

Cap 2.1: Tipi di corrosione acquosa
L'immersione in un elettrolita di due metalli diversi in contatto elettrico, può provocare corrosione acquosa di uno dei due, la cui velocità è associata ad una corrente I ed è proporzionale ad essa. La tensione V (e quindi il potenziale E) dipende dalla concentrazione dei sali in soluzione e dalla azione di schermo esercitata dai prodotti di reazione. Questo fenomeno è detto polarizzazione e può essere di tre tipi: all'elettrodo (interfaccia metallo soluzione), di concentrazione e dell' elettrolita (ohmica).
La polarizzazione all'elettrodo è, ad esempio, la formazione di un film di ossidi compatti che isolano il metallo dalla soluzione (passivazione) o anche la formazione di bolle di gas (Idrogeno o altro) che riducono la superficie di contatto tra metallo (elettrodo) e soluzione creando di fatto un impedimento all'avanzamento della corrosione. Ogni fattore che riduce la polarizzazione catodica e aumenta quella anodica (come la passivazione) riduce la velocità di corrosione, questo perché riduce la tensione V, cioè sia ha una cosiddetta caduta di tensione e quindi anche la corrente I tende a ridursi fino a che con V=0 (non è mai uguale a zero ma si può avvicinare molto) essa si annulla e la corrosione si arresta.

La polarizzazione di concentrazione invece riguarda l'accumulo disomogeneo di ioni metallici nella prossimità del metallo soggetto a corrosione rispetto al resto della soluzione questo riduce la tensione di corrosione in quanto il potenziale E è legato alla concentrazione dalla formula:

E = E0 + (0.059/z) * log(Mz+) a T = 25°C

Dove z è il numero di ossidazione del metallo in soluzione (Es: Cu2+ allora z = 2), E0 è il potenziale del metallo immerso in una soluzione di concentrazione 1 mol/litro di Mz+, Mz+ è la concentrazione degli ioni metallici in soluzione espressa in mol/litro. La formula ha buona validità per soluzioni diluite, per soluzioni concentrate intervengono altri fattori cinetici che riducono l' influenza di Mz+ sul potenziale E inoltre non è detto sempre che il prodotto della corrosione sia sufficientemente solubile in acqua, in questo caso la polarizzazione di concentrazione sarà già di partenza non possibile.
E' subito verificato che in acqua in quiete gli ioni si muovono solo per una differenza di concentrazione e quindi il processo di polarizzazione risulterà favorito mentre per un acqua in ricircolo forzato questo fenomeno sarà nettamente più blando specialmente se il flusso di acqua nella zona dove avviene la corrosione si trova in regime turbolento. Gli impianti di raffreddamento, come è facile intuire, appartengono alla seconda categoria, questo significa che, in caso di corrosione, i fenomeni di polarizzazione per concentrazione sono molto esigui e quindi difficilmente riescono a influenzare il potenziale del metallo sopratutto se si utilizzano parecchi litri d'acqua.

La polarizzazione dell'elettrolita è molto più semplice e immediata da definire essa aumenta la resistenza della soluzione e causa una diminuzione della tensione, questo perché la resistenza è legata alla concentrazione degli ioni (sali disciolti) ma in quanto dotati di carica sono attratti dai poli opposti della "pila di corrosione", questo crea nel mezzo delle due aree, catodica e anodica, una concentrazione più bassa degli ioni e quindi un aumento della resistenza in quell'area. Come è facile intuire anch'essa è influenzata dal moto o meno dell' acqua in maniera identica alla polarizzazione per concentrazione. Per ultimo va ricordato che le polarizzazioni per concentrazione e dell'elettrolita si manifestano in maniera significativa per densità di corrente alte (A/cm2).

Le superfici, anodica e catodica, sono spesso diverse in estensione (una maggiore dell'altra) questo fattore è importante in quanto influenza in maniera significativa la velocità di corrosione soprattutto se l'acqua ha una conducibilità alta.
Se si prendono due piastre di superficie identica, tipo Zinco e Rame, immerse in una soluzione acquosa e misuriamo la corrente e quindi la velocità di corrosione troveremo un certo valore. Se invece riduciamo la superficie dello Zinco e aumentiamo quella del Rame la corrosione aumenta proporzionalmente, quindi se il rapporto tra le superfici Zinco e Rame è 1 a 100 la corrosione dello Zinco sarà 100 volte più veloce rispetto a un rapporto tra le superfici unitario.
Va ricordato quindi che la condizione migliore per ridurre le conseguenze della corrosione è anche quella di avere aree catodiche piccole e aree anodiche grandi.