5 tipi principali di corrosione dell'alluminio

La corrosione del metallo può comprometterne la resistenza funzionale, portando a un significativo degrado strutturale, tra cui cricche, fratture parziali dei componenti e, in casi estremi, la rottura totale del materiale. L'alluminio e le sue leghe sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali grazie al loro elevato rapporto resistenza/peso e alla loro intrinseca passività. In questo articolo, analizzeremo i 5 principali tipi di corrosione dell'alluminio e come prevenirli.

Che cosa è la corrosione dell'alluminio?

La corrosione dell'alluminio è la graduale degradazione delle molecole di alluminio nei loro ossidi, che diminuisce le proprietà fisiche e chimiche del materiale. L'alluminio è intrinsecamente un metallo reattivo, ma è anche un metallo passivo. Ciò significa che, mentre l'alluminio nascente reagisce con l'ossigeno e l'acqua presenti nell'ambiente, i composti risultanti formano uno strato protettivo sulla superficie che protegge il materiale sottostante da ulteriore degradazione. Questo strato di ossido non reattivo aderisce bene alla superficie e non si stacca facilmente, come accade per l'acciaio inossidabile. A differenza di processi intenzionali come l'incisione laser e l'anodizzazione dell'alluminio , la corrosione è un processo lento che può richiedere mesi o anni.

Tipi di corrosione dell'alluminio

Il grado e la forma della corrosione dell'alluminio dipendono non solo dal mezzo corrosivo, ma sono anche strettamente correlati alla composizione e allo stato di conservazione della lega di alluminio. In ambienti di servizio tipici, le principali forme di corrosione dell'alluminio e delle sue leghe includono la corrosione per vaiolatura, la corrosione intergranulare, la corrosione per esfoliazione, la corrosione sotto sforzo (SCC) e la corrosione galvanica.

Corrosione per vaiolatura

La corrosione per vaiolatura è la forma di degrado più comune osservata nell'alluminio e nelle leghe di alluminio . Generalmente, la vaiolatura delle leghe di alluminio in atmosfera non è grave, ma è significativamente più aggressiva in acqua, potendo portare alla perforazione in un periodo di tempo relativamente breve. Le condizioni favorevoli alla vaiolatura includono la presenza di ioni che inibiscono la corrosione generale (come SO₄²⁻ _{, SiO₃²⁻} e _PO₄²⁻ ) ^{insieme a ioni} che distruggono localmente il film passivante (come Cl⁻ ⁾ , nonché la presenza di acceleranti (ossidanti) che promuovono la reazione catodica.

Per prevenire la corrosione puntiforme nelle leghe di alluminio, le misure di controllo ambientale spesso prevedono la rimozione degli ioni ossidanti, come gli ioni cloruro, dal mezzo. La presenza di ioni rame nell'acqua è una causa comune di corrosione puntiforme dell'alluminio, quindi è essenziale ridurre al minimo il contenuto di rame nell'acqua.

L'alluminio ad alta purezza è resistente alla vaiolatura. Tuttavia, il contenuto e la distribuzione delle impurità nell'alluminio commercialmente puro influiscono notevolmente sulla sua resistenza alla vaiolatura. Le leghe di alluminio contenenti rame presentano la minore resistenza alla vaiolatura. Le leghe di alluminio-manganese e alluminio-magnesio possono ottenere una migliore resistenza alla vaiolatura, a condizione che venga mantenuta la qualità di lavorazione.

Corrosione intergranulare

La corrosione intergranulare (IGC) si riferisce al danno da corrosione che si innesca e si sviluppa lungo o immediatamente adiacenti ai bordi dei grani di un metallo in uno specifico ambiente corrosivo. Lo stato fisico-chimico dei bordi dei grani differisce da quello dell'interno dei grani. In specifici ambienti corrosivi, questa differenza porta a danni da corrosione localizzati e selettivi a causa dell'azione di microcelle galvaniche. Nelle applicazioni pratiche, l'alluminio puro non è soggetto a IGC. Le leghe dei sistemi Al-Cu, Al-Cu-Mg e Al-Zn-Mg-Cu mostrano una significativa suscettibilità all'IGC. Un trattamento termico inadeguato può portare a una forte propensione all'IGC. In particolare, quando la fase CuAl₂ ricca di rame _precipita continuamente lungo i bordi dei grani, si formano simultaneamente zone impoverite di rame adiacenti ai bordi. Si instaura una cella di corrosione in cui la CuAl₂ _e la zona impoverita di rame formano rispettivamente il catodo e l'anodo. La zona impoverita di rame si corrode, dando luogo all'IGC.

Inoltre, la precipitazione ai bordi dei grani può verificarsi anche in altri sistemi di leghe. Ad esempio, precipitati grossolani della fase ricca di magnesio possono formarsi ai bordi dei grani delle leghe di alluminio ad alto contenuto di magnesio. Questa fase funge da anodo, viene danneggiata selettivamente e causa la formazione di IGC. Queste condizioni sono sensibili alla lavorazione e al trattamento termico della lega. Una lavorazione corretta può rendere le leghe sensibili meno sensibili, mentre una lavorazione inadeguata può causare gravi IGC anche in leghe inizialmente non molto sensibili.

Un trattamento termico adeguato per eliminare la precipitazione continua di fasi nocive lungo i bordi dei grani può attenuare efficacemente la tendenza all'IGC.

Corrosione da esfoliazione

La corrosione da esfoliazione è una forma specifica di corrosione che colpisce le leghe di alluminio. È caratterizzata dalla propagazione laterale lungo i bordi dei grani parallelamente alla superficie del profilo della lega. Questo danno si manifesta sotto forma di polverizzazione, distacco, formazione di bolle o persino delaminazione. L'esfoliazione riduce significativamente la resistenza e la duttilità della lega di alluminio, riducendo così la durata utile della struttura. La corrosione da esfoliazione si verifica spesso quando il materiale in lega di alluminio non è stato ricotto o lo è stato in modo insufficiente. Le leghe di alluminio sottoposte a trattamento di stabilizzazione presentano spesso una maggiore suscettibilità alla corrosione da esfoliazione. Quando si verificano condizioni ambientali, come la temperatura, si innesca la corrosione da esfoliazione, la corrosione localizzata accelera e la lega subisce gravi danni con una caratteristica morfologia di distacco strato per strato.

Le misure chiave per mitigare o eliminare la corrosione da esfoliazione nelle leghe di alluminio includono:

• Aggiunta di elementi di transizione affinanti il ​​grano, come Cr e Mn, per inibire o rallentare la precipitazione delle seconde fasi lungo i bordi dei grani e favorirne una distribuzione uniforme sia all'interno dei grani che ai bordi. Ciò interrompe il percorso anodico per lo sviluppo della corrosione.
• Incorporando elementi che riducono la differenza di potenziale tra le fasi, come l'aggiunta di una quantità controllata di Zn alle leghe Al-Mg.
• Utilizzando procedure di trattamento termico appropriate.
• Utilizzo della protezione catodica tramite anodi sacrificali.

Tensocorrosione

La corrosione sotto sforzo (SCC) si riferisce alla criccatura o frattura ritardata di materiali in lega di alluminio sottoposti a sollecitazione in specifici mezzi. Questo fenomeno è il risultato sinergico dell'azione combinata di un mezzo corrosivo e di sollecitazioni meccaniche.

La SCC si verifica principalmente nell'alluminio duro e nelle leghe di alluminio ultradure. L'alluminio puro e le leghe di alluminio a bassa resistenza generalmente non mostrano una propensione alla SCC. La SCC nelle leghe di alluminio è sempre intergranulare. Le leghe di alluminio sensibili alla IGC sono anche sensibili alla SCC. La SCC si verifica frequentemente quando le leghe di alluminio sono esposte all'atmosfera, in particolare in prossimità delle coste e all'acqua di mare. La sensibilità alla SCC aumenta con temperatura e umidità elevate, maggiore concentrazione di ioni cloruro e valori di pH più bassi.

Le misure per prevenire o eliminare la SCC nelle leghe di alluminio includono:

• Trattamento termico per alleviare le tensioni interne.
• Lega con oligoelementi quali Mn, Cr, V, Zr e Mo per migliorare la resistenza alla trazione SCC.
• Pallinatura per modificare lo stato di stress superficiale (introducendo stress residui compressivi benefici).

Corrosione galvanica

La corrosione galvanica colpisce l'alluminio quando è fisicamente o elettroliticamente connesso a un metallo più nobile (meno reattivo). Un metallo nobile è qualsiasi metallo che abbia una reattività inferiore rispetto all'alluminio. La reattività di un metallo è determinata dalla sua posizione nella serie elettrochimica. Maggiore è la distanza di un altro metallo dall'alluminio nella serie galvanica, più grave sarà la corrosione. L'intensità della corrosione è massima all'interfaccia tra i due metalli e diminuisce con l'aumentare della distanza da questa interfaccia. Ad esempio, se alluminio e ottone sono a contatto o anche in prossimità e immersi in acqua di mare, si forma una cella galvanica. Il componente in alluminio si corroderà perché funge da anodo. Questo può rappresentare un problema significativo nelle imbarcazioni in cui i raccordi in ottone possono essere vicini a quelli in alluminio ed entrambi sono immersi in acqua di mare. Gli elettroni fluiscono dall'alluminio (anodo) all'ottone (catodo) attraverso l'acqua di mare (elettrolita).