Corrosione per vaiolatura (Pitting Corrosion)

Corrosione per vaiolatura

Corrosione per vaiolatura in prossimità della saldatura di un tubo soggetto ad alta temperatura.

Corrosione per vaiolatura

Acciaio inossidabile soggetto a corrosione per pitting

Corrosione per vaiolatura

Cassa di orologio realizzata in acciaio inossidabile soggetta a corrosione per pitting.

La  corrosione per “pitting” (pit=cavità), o per vaiolatura, è una forma che fa parte della corrosione localizzata, che può determinare in brevissimo tempo il deterioramento della parte metallica interessata attraverso la formazione di cavità molto profonde che possono perforare il materiale mantenendo una forma affusolata o creare delle caverne molto larghe. Questo tipo di corrosione è ritenuta tra le più pericolose in quanto, a differenza della corrosione generalizzata, non è molto visibile a occhio nudo sulla superficie del materiale, si estende all’interno di esso e le caratteristiche meccaniche, ottiche ed elettriche studiate per quella determinata attività decrescono ad una velocità impressionante.

Corrosione per vaiolatura

Pitting Perforante

Corrosione per vaiolatura

Pitting Cavernitizzante

Il fenomeno è caratterizzato dalla formazione di aree anodiche localizzate. Queste aree sono molto più piccole rispetto all’area catodica che può essere considerata come l’intera superficie del pezzo. Questa tipologia è simile alla corrosione per contatto galvanico perché crea delle condizioni di flusso di correnti anodiche localizzate di densità notevole e quindi un rapido effetto perforante. La formazione di pitting si verifica solo su particolari tipi di materiali metallici sottoposti a determinate condizioni di corrosione. Questi metalli sono denominati a comportamento “attivo-passivo” e comprendono ferro, nichel, alluminio, magnesio, zirconio, zinco, rame, stagno, leghe di ottone e gli acciai inossidabili. Il processo di corrosione viene attivato quando il materiale è presente in soluzioni che contengono ioni specifici (alogenuri, perclorati, ecc.) come ad esempio l’acqua di mare, ambiente molto favorevole a questa tipologia di corrosione. Il pitting si genera attraverso due stadi differenti: l’innesco e la propagazione/accrescimento. L’innesco si verifica in corrispondenza di difetti sulla superficie del metallo come ad esempio le inclusioni di solfuri di ferro o assenza/rottura localizzata dello strato passivo che protegge la superficie da eventuali attacchi corrosivi. Quest’ultima affermazione non può essere considerata una regola generale in quanto l’innesco può anche accadere attraverso la formazione di film adsorbiti che producono un rallentamento della corrosione generalizzata e determinano le condizioni per il processo di pitting. L’innesco può accadere anche su metalli purissimi con una distribuzione dei pit del tutto casuale rispetto alla struttura metallografica. La distribuzione dei pit dipende molto da:

  • Dalla concentrazione e natura degli ioni presenti nella soluzione;
  • Dalla natura del processo catodico.

Visivamente si può notare aree del tutto prive di pit (aree catodiche) che alimentano le reazioni anodiche dei pit in sviluppo. Dopo l’innesco, il pit si sviluppa con effetto autostimolante. Il processo di accrescimento può conferire al pit aspetti morfologici diversi e imprevedibili. Il pit può seguire la gravità con una direzione di accrescimento verticale oppure tende ad evitare superfici molto resistenti meccanicamente (incrudite).

Corrosione per vaiolatura

Accrescimento dei pitting in base all’effetto delle pareti del metallo.

Corrosione per vaiolatura

Accrescimento pitting verticale

Dal punto di vista cinetico, la formazione del pitting è rappresentato dalla seguente figura:

Corrosione per vaiolatura

Stadi di sviluppo del pitting

Come si può vedere dal grafico, una volta che il pitting è innescato la velocità di corrosione arriva a valori molto alti determinando un deterioramento del pezzo in poco tempo. Può succedere che alcuni pit una volta innescati, non proseguono nella loro azione penetrante; si estinguono perché non hanno più le condizioni necessarie per il loro accrescimento come ad esempio la formazione di un altro pit di maggiore attività che assorbe tutta la corrente fornita dall’area catodica circostante.  La velocità di corrosione per pitting è molto influenzata dalla riduzione di ioni metallici rispetto all’intervento dell’ossigeno il quale è limitato dalla solubilità in soluzione e da parametri diffusivi. Principalmente, il processo per pitting è molto influenzato da:

  • Temperatura;
  • Concentrazione di ioni specifici (Cl-): All’aumentare della concentrazione di questi ioni, l’intensità del pitting diventa più marcata. Le soluzioni sature di cloro determinano una diminuzione del processo di pitting in quanto i punti di innesco si moltiplicano rapidamente e quindi la corrosione assume un aspetto generalizzato con bassa velocità di penetrazione. In queste condizioni, il processo di pitting si blocca anche in seguito alla diminuzione della solubilità dell’ossigeno che non stimola sufficientemente l’azione anodica dei cloruri stessi che in questa situazione si trovano a percentuali altissime. L’acqua di mare che ha una percentuale di contenuto salino pari al 3% rappresenta le condizioni ottimali di corrosione per pitting;
  • pH della soluzione;
  • Prodotti di corrosione: sono insolubili e possono determinare altri processi di corrosione localizzata (crevice corrosion);
  • Presenza di ioni ossigenati: la loro presenza inibiscono la corrosione per pitting;
  • Interstizi, asperità superficiali, fattori geometrici;
  • Fattori metallografici: strutture martensitiche e ferritiche sono più favorevoli al pitting rispetto alle strutture austenitiche che contengono al loro interno sostanze quali molibdeno, cromo, nichel che abbassano la suscettibilità alla corrosione per pitting.

Il processo di propagazione è dovuto all’instaurazione di una coppia galvanica rappresentata dalla figura in basso.

Corrosione per vaiolatura

Formazione del pit

Per un metallo a comportamento attivo-passivo esposto in una soluzione areata di cloruro di sodio (NaCl), la reazione catodica ha luogo su tutta la superficie del metallo con la formazione di ioni OH- che rendono ancora più catodiche le superfici all’esterno del pit. La reazione anodica di dissoluzione del metallo avviene all’interno del pit con formazione di ioni metallici e sviluppo di fenomeni diffusivi che portano a un graduale arricchimento di ioni cloro. L’azione dei cloruri e l’aumento di acidità (in seguito alla formazione di ioni H+) assicurano lo stato di attività del metallo all’interno della cavità; in contemporanea si ha la formazione di prodotti di corrosione che, dato il loro alto peso specifico, favoriscono il processo di corrosione nel senso verticale aumentando il potere penetrante del processo. I meccanismi di prevenzione da questa forma di corrosione possono essere di vario tipo:

  • Rimozione dei cloruri e degli ossidanti
  • Utilizzare materiali idonei all’aggressività dell’ambiente
  • Evitare condizioni stagnanti
  • Progettare un corretto drenaggio dell’acqua
  • Utilizzare inibitori di corrosione
  • Utilizzare adeguati trattamenti superficiali

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