Buongiorno, sono lo zinco. È vero, sono meno nobile di quell’acciaio a cui rivolgi costantemente i tuoi pensieri, eppure posso esserti molto utile.
Ti immagini una storia che inizia così?
E poi non è mica tanto una “storia”! Lo zinco è in effetti meno elettronegativo dell’acciaio. a differenza di potenziale che si instaura tra zinco e acciaio fa in modo che quando si verificano rotture o porosità del film protettivo, lo zinco svolge una funzione protettiva, diventando l’anodo sacrificale nella corrosione elettrolitica .
Di cosa sto parlando? Vorrei dedicarmi a quei processi nei quali lo zinco ha un ruolo significativo, e diventa un tuo alleato contro la corrosione dell’acciaio. Lo zinco non protegge in eterno, ma prolunga in maniera molto consistentemente la vita del materiale.
Le condizioni ambientali, naturali o tecniche (quelle cioè che si determinano negli ambienti di lavorazione), possono diminuire la durata della protezione, ma esiste un’amplissima quantità di situazioni in cui l’efficacia della verniciatura supera i trent’anni di vita del pezzo.
Parliamo quindi dell’opportunità di rivestire oggetti in ferro o acciaio con uno strato di zinco. Questo risultato si ottiene immergendo i pezzi in un bagno di zinco fuso, per cui si chiama anche zincatura a caldo, o galvanizzazione.
In passato si chiamava invece “zincatura a fuoco” per i fuochi di carbone che si accendevano attorno al recipiente dello zinco fuso. Si tratta del più antico, semplice e diffuso di rivestimento di zinco su ferro: già nel 1741 il chimico francese Melouin aveva scoperto che l’acciaio poteva essere protetto dalla ruggine mediante un rivestimento di zinco. Ma solo nel 1837, osservando come la differenza di potenziale tra zinco e acciaio fosse in grado di proteggere quest’ultimo, l’ingegnere francese Sorel brevettò la tecnica della zincatura a caldo.
In Italia il primo impianto di zincatura a caldo viene aperto nel 1883 a Milano da Luigi Origoni, che per primo intuì la necessità di preservare l’acciaio dalla corrosione per aiutare l’industria lombarda a svilupparsi. Per riuscire nel progetto dovette chiamare dall’Inghilterra tecnici in grado di avviare un impianto primo nel suo genere a Milano.
Oltre a zincare strutture e oggetti metallici, Origoni iniziò anche la produzione di lamiere piane in acciaio pre-zincate, estendendo progressivamente la propria gamma di produzione e commercializzazione a tutti i metalli resistenti alla corrosione, destinati ai mercati della lattoneria e dell’idraulica in genere
Una notevole evoluzione è stata registrata grazie all’invenzione dell’ingegnere americano, di origini polacche, Tadeusz Sendzmir, che per primo nel 1937 mise a punto un laminatoio per la fabbricazione in continuo di laminati d’acciaio come rotoli e grandi fogli. Il “procedimento Sendzmir” prevede il passaggio della lamiera in un bagno di zinco fuso a 700 °C contenuto in una vasca ceramica. Al bagno si aggiungono, di solito, il piombo come elemento fluidificante e l’alluminio che favorisce l’aderenza dello zinco all’acciaio. I vari tipi di acciaio zincati a caldo in continuo ottenuti con questo processo sono elencati nelle normative UNI EN 10042 e UNI EN 10147 che indicano inoltre caratteristiche meccaniche e vari spessori di rivestimento ottenibili.
Applicare un rivestimento di zinco su un manufatto metallico, generalmente di acciaio, significa proteggerlo dalla corrosione galvanica. Lo zinco, infatti, limita la formazione di micro-celle elettrolitiche ad azione anodica nei bordi di grano.
Nel tempo, il metodo si è modificato e perfezionato e viene declinato in varie modalità. È possibile effettuare infatti diversi tipi di zincature, che qui elenco brevemente:
La zincatura a caldo, in particolare, ha un mercato solido in Italia. Il nostro Paese è da anni ormai il primo produttore europeo, con una grande molteplicità dei campi di applicazione della zincatura: dalle costruzioni in generale, all’ arredo stradale, dalle utility (trasporto e produzione di energia elettrica, linee aeree per trasporti ferroviari) ai mezzi di trasporto, dalle insediamenti industriali alle installazioni agricole.
Vale quindi la pena di approfondire questo processo, a partire dalle modalità di effettuazione fino a vederne, sotto la lente d’ingrandimento, i vantaggi.
Posso zincare qualsiasi pezzo di acciaio? Immergere i manufatti in un bagno di zinco fuso sembra un’idea semplice e geniale… ma è un’impressione ingannevole. A suggerire qualche cautela c’è la complessità delle reazioni metallurgiche che stanno alla base della costituzione del rivestimento.
Ci sono, insomma, delle condizioni da rispettare, dei prerequisiti da soddisfare.
Posto di avere a disposizione il bagno di zinco fuso – tenuto mediamente alla temperatura di 450 °C – bisogna tenere presente che non basta immergerci un manufatto per ottenere che l’acciaio venga ricoperto da un sottile e resistente strato di zinco.
Questo avviene solo se immergo un pezzo di acciaio perfettamente pulito e già predisposto per un corretto drenaggio dello zinco fuso. Il pezzo deve essere stato “pensato” in modo da far scorrere lo zinco sulla superficie senza ostacoli. Fori di drenaggio e corrette sagomature si rendono quindi necessari per evitare zincature imperfette e altri rischi di lavorazione.
E poi, il pezzo deve essere completamente privo di contaminazione da ruggine, da grassi, da morchia, da residui di lavorazione o da altri agenti estranei. Come fare per disporre di una superficie chimicamente pulita? Ci sono i trattamenti pre zincatura, gli step d’obbligo che introducono al cuore del nostro processo! Poiché si tratta di fasi che ci mettono in salvo dal commettere errori come rovinare i pezzi, e possiamo immaginare bene il seguito, meritano di esser viste bene e nel dettaglio.
L’acciaio può presentare strati superficiali contaminati da sostanze dovute alla natura stessa della lega, come ruggine e calamina causate dall’ossidazione, e da composti estranei, come oli, grassi, saponi, vernici, prodotti di precedenti lavorazioni e così via. Poiché gli strati estranei vengono eliminati con grande difficoltà e talvolta solo parzialmente dagli acidi decapanti, si rende indispensabile quello che può complessivamente essere indicato come trattamento chimico, e che si articola in:
Quando il trattamento chimico è concluso, tocca ad una nuova fase:
Dopo aver esaurito i passaggi del trattamento chimico e essersi accertati che i pezzi sono puliti e liberi da contaminazioni, si può passare alla zincatura a caldo vera e propria, che come sappiamo consiste nell’immersione dei pezzi in una vasca il cui livello della vasca è corretto costantemente aggiunta di zinco e leghe la cui qualità è in accordo alla UNI EN ISO 1461 e ai relativi rimandi.
Ferro e ghisa arrivano in stato di pulizia al bagno di zinco fuso, che li attende in una vasca di acciaio speciale rivestita di refrattario. Ma prima di venire a contatto diretto con lo zinco, i pezzi devono passare attraverso uno strato di condizionamento costituito da sale doppio di zinco e ammonio (ZnCl2.NH4Cl.2H2O) e che galleggia sopra lo zinco in fusione.
A cosa serve lo strato di condizionamento? La sua funzione è duplice:
Lo spessore del rivestimento è eseguito, di solito, in conformità alla norma UNI EN ISO 1461:2009. Grazie alla formazione di una lega superficiale Fe-Zn molto dura e all’instaurarsi di fenomeni di protezione di tipo elettrochimico tra lo zinco ed il substrato da proteggere, si ottiene una protezione meccanicamente molto resistente e durevole nel tempo contro la corrosione
Una volta estratto dalla vasca il manufatto zincato, il rivestimento si è già formato, la reazione procede, però, negli strati più interni della struttura, finché l’oggetto raggiunge temperature dell’ordine dei 200ƒC.
Per concludere, il materiale viene rimosso dall’attrezzatura, e posizionato in postazioni idonee all’effettuazione delle operazioni di finitura. Eccole:
Se necessario, i manufatti possono essere sottoposti a un’ulteriore pulitura per eliminare eventuali impurità e difetti del rivestimento, attraverso metallizzazione termica a spruzzo o stratificazione di polvere di zinco.
In questa fase vengono eseguiti i controlli finali: si controllano cioè gli spessori di zincatura in accordo con il piano di campionamento previsto dalla normativa di riferimento.
Forse hai sentito parlare di questo processo, simile in tutto alla zincatura a caldo, ma con la particolarità che permette di trattare in maniera continua e rapida grosse quantità di materiale. Per questa ragione, la zincatura a caldo continua è da preferire quando ci sono da trattare nastri o fili d’acciaio.
Una volta srotolato, il materiale vien fatto passare in vasche ove si svolgono i cicli di preparazione. Di seguito, lo si introduce in un forno per portarlo a una temperatura uniforme ed infine è collocato in una vasca contenente una lega di zinco. Nel liquido è disciolto anche l’alluminio, in percentuale dello 0,17-0,20%.
Questa vasca può essere riscaldata in tre diversi modi:
Rimuovere il materiale in eccesso e uniformare la distribuzione dello zinco si può fare seguendo uno o l’altro di questi due metodi:
Il materiale viene successivamente raffreddato e riavvolto in bobine (per il filo) o coils (per il nastro). La continuità del processo viene ottenuta saldando la coda di un nastro alla testa del successivo.
I rivestimenti ottenuti con la zincatura a caldo sono costituiti da più strati di leghe di zinco e ferro. Ed è contenuta in questa caratteristica la garanzia dell’eccezionale continuità che tutela l’integrità dei pezzi in acciaio, ricoprendo tanto le superfici esterne quanto le interne. Un risultato davvero molto interessante e impossibile da conseguire con metodi diversi, come la verniciatura.
I pezzi zincati a caldo vantano molte straordinarie proprietà. Vediamole in dettaglio:
Il substrato risulta, dunque, protetto rispetto alle minacce insite nell’atmosfera, nelle diverse casistiche:
Velocità di corrosione dello Zn in varie condizioni atmosferiche (norma ISO 9223)
Categorie di corrosione | Ambiente | Perdita media annuale dello spessore di Zn (µm) |
C1 – Molto bassa | Interni: Secchi. | 0,1 |
C2 – Bassa | Interni: condensazioni occasionali. | |
C3 – Media | Interni: umidità elevata e talune contaminazioni dell’aria. Esterni: urbano non marittimo e marittimo a bassa salinità. |
0,1 a 0,7 |
C4 – Alta | Interni: piscine, impianti chimici ecc.. Esterni: industriale non marittimo e urbano marittimo. |
2,1 a 4,2 |
C5 – Molto alta | Esterni: industriale molto umido o con elevato tasso di salinità. | 4,2 a 8,4 |
Per un elenco completo delle proprietà dei pezzi zincati a caldo non si possono dimenticare:
Nella combinazione tra acciaio e zinco, il secondo si ossida in favore del primo, fungendo da pellicola protettiva. Il principale vantaggio della zincatura consiste nell’aumentare la durata dei tubi nel tempo senza richiedere ulteriori costi di manutenzione: i tubi zincati infatti sono particolarmente resistenti alla corrosione e resta garantita anche nel caso in cui il rivestimento si scalfisca.
Se per le numerose ragioni che ho fin qui elencato, pensi che la zincatura faccia al caso tuo, procedi. Magari passando in SteelBetter, io ti aspetto sempre! Ma senza dimenticare, però, che il successo di ogni cosa dipende dal modo in cui la facciamo. Ogni tecnica svilupperà con esattezza i risultati attesi se chi l’avrà applicata avrà potuto esprimere un alto grado di competenza.
Per la vecchia ragione che ogni mestiere ha i suoi segreti, eccomi qui a metterti la classica pulce nell’orecchio… ma niente paura. Per ogni dubbio c’è una risposta, e le risposte noi di SteelBetter tendenzialmente le abbiamo. A te metterci alla prova.
Tanto per dire: ma hai mai pensato che….? Ti butto lì qualche osservazione, senza la pretesa di esaurire ogni punto di domanda, ma solo per ricordarti cosa può significare confrontarsi con l’interlocutore giusto.
Nella zincatura a caldo, ad esempio, la temperatura del bagno di zincatura è un fattore che incide non poco sull’aspetto dei manufatti e sulla riuscita dell’intero procedimento. Se è troppo elevata, darà luogo a scorie e a deposito ruvido ed opaco. Troppo bassa, lascerà uno spessore di zinco ineguale, fragile, facile a sfaldarsi. facilmente se si sottopone l’ oggetto zincato a qualsiasi lavorazione successiva. Mentre per la lamiera sottile consiglierei di stare tra i 455 e 465 °C, se c’è più spessore le temperature devono scendere.
Ogni manufatto in acciaio va protetto dalla corrosione sempre e comunque. Tocca poi a noi che lavoriamo con il metallo scegliere il miglior metodo di protezione, avendo cura che non “offenda” troppo le nostre tasche. E allora, se l’ultimo è il tasto “dolente”, la zincatura è la prima soluzione che può saltarci in testa. E in effetti si distingue, e non poco, per la leggerezza dei suoi costi.
Ma tengo a precisare che la zincatura a caldo non rappresenta per questa sola ragione una buona opportunità. Poiché siamo soliti esaminare l’efficienza del sistema protettivo in termini di qualità e durata, è pacifico che un argomento come il costo basso non vince da solo. Mi spiego con un esempio: se scegli un’antiruggine a poco prezzo, ma di scarsa efficacia e durata insufficiente, metti in forse l’integrità dell’opera e ne pregiudichi la fruibilità continuativa nel tempo.
La zincatura a caldo garantisce risultati durevoli perché rende le strutture in acciaio capaci di resistere agli agenti climatici e atmosferici allungando considerevolmente il tempo di vita del materiale. Come esperto mi sento di ricordarti che ricorrere a tecniche di protezione non durevoli, fossero pure più convenienti, ti espone invariabilmente a sostenere i costi della reintegrazione della protezione in situ. E se, peggio che andar di notte, si arriva al fermo operativo? Non c’è neppure bisogno di spiegare perché vogliamo evitarlo con ogni forza: è la più seria tra le cause di mancato introiti… una prospettiva da incubo.
Vediamo bene che il mercato della zincatura, in Italia, è decisamente solido. Il nostro Paese è da anni ormai il primo produttore europeo, con una grande molteplicità di ambiti di applicazione della zincatura: dalle costruzioni in generale, all’arredo stradale, dalle utility (trasporto e produzione di energia elettrica, linee aeree per trasporti ferroviari) ai mezzi di trasporto, dagli insediamenti industriali alle installazioni agricole.