Passivazione dell’acciaio Inox

Passivazione acciaio Inox

Acciaio inossidabile passivato per l’industria alimentare

La resistenza a corrosione degli acciai inossidabili e di altri metalli è strettamente dipendente dalle loro condizioni superficiali e in particolare dalla presenza o meno sulla loro superficie di uno strato di ossidi detto strato passivo.
Le modifiche superficiali che avvengono sull’acciaio inossidabile vengono definite come fenomeni di passivazione.
Se questi fenomeni determinano l’annullamento della velocità di corrosione, allora si può dire che portano in condizioni di passività l’acciaio inox.

Passivazione acciaio Inox

Fenomeno della ri-passivazione su acciaio inox

Lo strato passivo dell’acciaio inox presenta una composizione chimica che è particolarmente differente dalla composizione di base dello stesso:

  • Circa 65%Cr + ossidi di Cromo;
  • Circa 35%Fe + ossidi di Ferro;

Mentre il molibdeno e il nichel sono in percentuali molto basse all’interno dello strato passivo.

Non sempre l’intervento dei fenomeni di passivazione portano a condizioni di passività. Nel caso degli acciai inossidabili, le pellicole di ossido colorate che si osservano in fase di saldatura oppure la scaglie nere che si formano durante la laminazione a caldo sono meno protettive dei film di ossido di cormo che si forma sulla superficie del metallo.

Normalmente, lo strato di ossido protettivo è spesso all’incirca di 1.5-2.5 nm ed è facilmente visibile attraverso speciali e costosi microscopi (TEM). Il termine passivazione deriva dal fatto che il cromo ha una forte affinità con l’ossigeno. Quando l’acciaio è in contatto con un ambiente ricco di ossigeno, il cromo è molto reattivo e tende a formare ossidi e idrossidi molto stabili. Questi composti sono protettivi perché sopprimono reazioni indesiderate che possono portare a corrosione l’acciaio inox. Quindi la resistenza a corrosione dell’acciaio inox deriva dal fatto che, siccome ha una percentuale di cromo pari o superiore al 18% circa, l’acciaio inossidabile ha l’opportunità diffondere localmente sulla superficie una certa quantità di cromo per formare quegli ossidi responsabili dell’incremento della resistenza a corrosione dell’acciaio inox. Lo strato passivo che si forma sulla superficie dell’acciaio inox è dotato di conducibilità elettronica quindi si possono generare dei processi chimici di ossido-riduzione con l’ossigeno che possono fermare il circuito corrosivo.

La percentuale di cromo e delle altre sostanze presenti nell’acciaio costituisce uno dei parametri che influenzano la qualità dello strato passivo. Un acciaio AISI della serie 200 avrà una resistenza a corrosione inferiore rispetto a un AISI 304 perché avendo una concentrazione di nichel inferiore non ha la possibilità di riformare velocemente lo strato passivo in seguito, ad esempio, a processi di abrasione e/o decapaggio.

Un altro parametro fondamentale per determinare la qualità dello strato passivo è la finitura superficiale dell’acciaio. Molto spesso per aumentare la resistenza a corrosione dell’acciaio si esegue una lucidatura elettrochimica. Questo processo garantisce:

  • Una certa uniformità della microstruttura dei grani dello strato passivo;
  • Una diminuzione della rugosità che impedisce l’adesione degli agenti contaminanti sulla superficie dell’acciaio;
  • Un incremento della migrazione degli atomi di cromo sulla superficie;
  • Un incremento dello spessore dello strato passivo a causa di una migliore interazione chimica con l’ossigeno presente nell’ambiente.
Passivazione acciaio Inox

Acciaio inox elettrolucidato

Passivazione acciaio Inox

Struttura dello strato passivo di un acciaio elettrolucidato

Se la finitura superficiale è stata soggetta ad abrasione meccanica (satinatura):

  • La microstruttura non è omogenea;
  • Presenta delle sostanze abrasive contaminati che si incastrano sulla superficie costituendo punti di corrosione per pitting;
  • Riduzione dello spessore dello strato passivo.
Passivazione acciaio Inox

Sviluppo del pitting in seguito ad abrasione

Passivazione acciaio Inox

Strato passivo in seguito ad abrasione della superficie

La costruzione dello strato passivo dipende anche dalle caratteristiche termodinamiche (temperatura, ambiente ossidante, ecc….) che permettono di regolare lo strato passivo in modo tale da ottenere uno strato stabile e duraturo nel tempo.
Durante le operazioni standard, la qualità dello strato passivo è indipendente da:

  • In aria pura;
  • Acqua pura;
  • Passivazione in acido nitrico concentrato al 5%-30%.

Questi fattori appena elencati regolano il tempo di passivazione dell’acciaio inox:

  • In aria pura: 48-96 ore circa;
  • Acqua pura: 6-15 ore circa;
  • Passivazione in acido nitrico concentrato al 5%-30%: 30-120 minuti circa.

Per concludere la qualità dello strato passivo è determinata dalla percentuale di sostanze alliganti all’interno dell’acciaio e dalle condizioni termodinamiche dell’ambiente, favorendo uno strato compatto e stabile chimicamente. Il tempo di passivazione è determinato dai diversi ambienti nel quale l’acciaio è esposto. L’elettrolucidatura dell’acciaio inox risulta la migliore operazione per ottenere una superficie omogenea a livello cristallografico, esente da contaminazioni e passivata.

Passivazione acciaio Inox

Elettrolucidatura e passivazione di un componente in AISI 304

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