Via gli strati superficiali? Questione di chimica!

La presenza di ossidi e di impurità, vernici o coloranti sulle superfici metalliche si riscontra frequentemente. È un vero problema e finisce per pregiudicare seriamente la qualità dei manufatti e, quindi, il loro valore di mercato. È la chimica a venirci in aiuto.

Esiste un trattamento finalizzato a rimuovere lo strato di ossido superficiale, o di altri contaminanti, rendendo, mediante l’utilizzo di acidi o alcali diluiti in acqua, la superficie del metallo adatta ad essere ricoperta da un altro metallo: il suo nome è decapaggio.

Effetti del decapaggio sulle superfici metalliche

Il decapaggio può essere eseguito su qualsiasi materiale, ma nella stragrande maggioranza dei casi è utilizzato sui metalli e in particolare sugli acciai legati al carbonio, che sono più inclini all’ossidazione superficiale.

Solitamente, l’operazione di decapaggio dei metalli viene applicata a materiali ottenuti da lavorazioni a caldo, prevalentemente da laminazione o forgiatura, ma non soltanto. Può infatti applicarsi anche a manufatti precedentemente sottoposti ad altri trattamenti termici.

Dopo il decapaggio, la superficie metallica viene ripulita:

• dai residui della ruggine formata dai prodotti siderurgici laminati a caldo,
• dai tensioattivi (saponi che aumentano la bagnabilità) e
• dagli inibitori di corrosione o altre sostanze chimiche,
• dalla calamina, o scaglia di laminazione.

Il primo effetto osservabile e misurabile dopo l’esecuzione del decapaggio è la caratteristica della porosità che viene acquisita dalla superficie, che appare così pronta a ricevere altro metallo che le si legherà saldamente.

Prassi di esecuzione del decapaggio su acciaio

Il decapaggio è uno dei metodi a cui più comunemente si ricorre per la preparazione delle superfici di acciaio su cui si deve essere applicato il rivestimento protettivo anticorrosivo.

Normalmente nelle soluzioni di decapaggio si introducono anche inibitori di corrosione che facilitano la funzione del monitoraggio dell’attacco dell’acido sulle zone di metallo oramai nude perché private dello strato di ossido più rapidamente delle altre.

Il decapaggio dei pezzi di acciaio prevede che i pezzi vengano immersi in acido cloridrico o acido solforico, ma anche acido fosforico, acido nitrico e acido fluoridrico, a temperatura elevata.

Quando si devono preparare barre e tubi di acciaio nelle trafilerie, o pezzi in acciai con basso tenore di carbonio laminati a caldo, il decapaggio serve anche come operazione preliminare a garanzia di un migliore risultato finale. In questo particolare caso, si usa l’acido solforico per gli acciai basso-legati e l’acido cloridrico per gli acciai inossidabili.

Il decapaggio su acciaio inox

L’acciaio inossidabile, che è per sua natura ricoperto da un sottile layer di ossido di cromo che viene definito “strato di passivazione”, perde per svariate ragioni (basta, ad esempio, un trattamento di saldatura) le sue proprietà distintive rispetto alle altre leghe di acciaio (non inox).

Diventa quindi indispensabile effettuare un decapaggio sull’acciaio inossidabile. E ancora più indispensabile è ricordare che prima del decapaggio – soprattutto se decapaggio chimico o elettrochimico – bisogna eseguire il preliminare processo di sgrassaggio.

Le ragioni che consigliano di procedere al decapaggio sono svariate, come del resto svariati e significativi gli effetti del trattamento, che metto qui in elenco per un rapido ‘colpo d’occhio’:

• ripristino della pulizia superficiale e rimozione degli inquinanti prima della passivazione;
• rimozione degli ossidi di saldatura (fattore tecnico + estetico) e ripristino superficiale della zona termicamente alterata (ZTA);
• rimozione di inquinanti superficiali ed ossidazioni diffuse (fattore tecnico + estetico)
• uniformità di colore del manufatto (fattore estetico);
• decapaggio e passivazione dell’acciaio inossidabile sono normati dagli standard internazionalmente accettati ASTM A380 ed ASTM A967, utilizzati come riferimento anche per testare la passivazione dell’acciaio inossidabile.

1, 2, 3… tecnologie per il decapaggio dell’inox

Cosa voglio ottenere attraverso il decapaggio? È rilevante stabilirlo, per potersi orientare e scegliere tra 3 le principali tecnologie a disposizione:

Decapaggio meccanico

Quando è necessario appianare cordoni di saldatura, smussare angoli o rimuovere scorie particolarmente adese o inclusioni carboniose, bisogna forzatamente ricorrere al decapaggio meccanico. Come agenti abrasivi si possono usare sfere di vetro, corindone, ghiaccio secco, sabbie silicee, sfere di acciaio inossidabile, spazzole di acciaio inox o materiale inerte, dischi abrasivi.

La scelta degli strumenti di decapaggio meccanico dev’essere ben ponderata, per evitare la contaminazione ferrosa dell’inox, fenomeno che potrebbe poi causare una scorretta passivazione dell’acciaio inossidabile. Nel caso in cui lo strato di ossido da rimuovere sia elevato e molto resistente, il decapaggio chimico od elettrochimico può precedere il decapaggio meccanico.

I pro del decapaggio meccanico:

• disponibilità in ogni officina di attrezzature per l’utilizzo di abrasivi;
• relativa velocità del processo;
• unica soluzione nel caso di scorie ed ossidi consistenti.

I contro del decapaggio meccanico:

• non garantisce passivazione dell’acciaio inossidabile;
• superficie del manufatto danneggiata;
• possibile inquinamento dell’acciaio inox;
• costo degli abrasivi;
• esposizione / emissione di polveri metalliche;
• elementi in movimento che possono provocare danni all’operatore.

Decapaggio chimico

Il decapaggio chimico dell’acciaio inossidabile può essere diviso in due categorie:

1. conimmersione in vasca: questo tipo di decapaggio dell’acciaio inossidabile è basato storicamente sull’utilizzo di bagni acidi concentrati a base di acido solforico (H2SO4), acido nitrico (HNO3) ed acido fluoridrico (HF).Tempi di permanenza e temperature dei bagni di decapaggio chimico vanno tarati a seconda della lega e della finitura da trattare e saranno funzione del tipo di ossido da rimuovere: più la scaglia è adesa e compatta, maggiore sarà il tempo necessario. Terminato il decapaggio il componente in acciaio inossidabile deve essere immediatamente raffreddato (se trattato a caldo) e risciacquato con getti ad alta pressione per rimuovere le ultime scaglie rimaste adese e l’eccesso di acido. I più comuni parametri dei bagni di decapaggio chimico sono indicati nella normativa ASTM A380.
2. localizzato con gel e paste decapanti: quando il decapaggio dell’acciaio inox immergendo il pezzo in una vasca, è possibile eseguire il trattamento solo nelle zone interessate dagli ossidi, come ad esempio i cordoni di saldatura, utilizzando gel o paste decapanti. Sono la versione gelificata dei liquidi utilizzati nei bagni di decapaggio, quindi si tratta anche in questo caso di gel acidi a base di acido solforico (H2SO4), acido nitrico (HNO3) ed acido fluoridrico (HF).Quando la rimozione della pasta o gel decapante è imperfetta, provoca la corrosione del manufatto. Se la rimozione avviene troppo presto abbiamo un decapaggio incompleto, se avviene troppo tardi abbiamo un inizio di corrosione dovuto all’ azione aggressiva della pasta o gel decapante sul manufatto. Ciò richiede un’attenta osservazione del processo da parte dell’operatore addetto (quindi molto tempo), ma che non può garantire un risultato apprezzabile. I tempi d’ azione della pasta o gel decapante variano anche in base alla temperatura atmosferica; trattandosi di un processo puramente chimico, minore è la temperatura di dell’ambiente in cui si esegue in decapaggio più lenta sarà l’ azione.

Il processo di lavaggio a seguito del decapaggio chimico (che sia decapaggio in vasca o decapaggio tramite gel) è fondamentale in quanto ogni residuo di acido sulla superficie dell’acciaio inossidabile continuerebbe ad agire portando ad una rapida corrosione del componente.

Questa necessità porta ad una considerazione: il decapaggio chimico dell’acciaio inox, che sia totale o localizzato, presenta problemi di grande rilevanza ecologico-sanitaria. I prodotti chimici decapanti sono altamente tossici e di difficile smaltimento; dovendo quindi risciacquare accuratamente ogni residuo di acido dal manufatto, si utilizzano enormi quantità di acqua inquinandola con residui acidi e di metalli pesanti.

I pro del decapaggio chimico:

• se eseguito in vasca e ben controllato, uniforma la superficie;
• utilizzando il processo a bagno, si riescono a raggiungere tutti i punti del manufatto;
• utilizzando il liquido, si possono decapare parti interne di tubi, serbatoi…

I contro del decapaggio chimico:

• non garantisce completa passivazione dell’acciaio inox;
• elevata pericolosità delle sostanze utilizzate;
• sviluppo di vapori tossici;
• smaltimento di grandi quantità di acqua inquinata da acidi tossici e metalli pesanti;
• esposizione degli operatori ad agenti chimici corrosivi e tossici;
• rischio di danneggiare e/o sbiancare la superficie;
• condizioni di lavoro disagiate (bisogna lavorare in esterno);
• processo di lavorazione lungo, da controllare e seguire;
• processi accessori da considerare nella lavorazione: risciacquo, raccolta reflui, smaltimento;
• elevati costi di smaltimento dei reflui inquinati.

Decapaggio elettrochimico

Tutte le strategie di decapaggio elettrochimico descritte in precedenza possono essere applicate in linea (durante il passaggio nelle vasche del nastro di acciaio inossidabile) e rispetto al tradizionale decapaggio chimico utilizzano acidi meno pericolosi (solforico anziché fluoridrico e nitrico) e permettono di avere minori perdite di materiale (minor attacco corrosivo dell’acciaio). Esistono tre tipologie di decapaggio elettrochimico:

1. anodico: ossida e dissolve la scaglia di ossidi e passiva la sottostante superficie di metallo; quando il metallo risulterà passivato non sarà più attivo elettrochimicamente; su di esso inizierà ad ossidarsi l’ossigeno dell’acqua, determinando l’evoluzione di gas (O2) che garantirà un’agitazione della soluzione e l’allontanamento ‘meccanico’ dei frammenti di scaglia ancora presenti sull’acciaio inox (insieme all’allontanamento di altri contaminanti, quali composti organici presenti sulla superficie e derivanti da precedenti trattamenti).
2. catodico: il metallo (inox) è protetto catodicamente da ossidazione, mentre gli ossidi superficiali (scaglia) vengono ridotti e rimossi. Sulla superficie del metallo si sviluppa idrogeno gassoso (H2) per riduzione degli ioni H+ presenti in soluzione, generando un flusso di gas che, come l’ossigeno nel caso del decapaggio elettrochimico anodico, mantiene agitata la soluzione e favorisce l’allontanamento ‘meccanico’ dei frammenti di scaglia ancora presenti sulla superficie dell’acciaio inossidabile. Molto più veloce del decapaggio anodico, ha però due svantaggi:
   – non passiva la superficie dell’acciaio inossidabile
   – può determinare infragilimento da idrogeno nel manufatto trattato.
3. in AC (corrente alternata): i due metodi sopra descritti vengono alternati nel tempo (con una certa frequenza, generalmente quella di rete); sono possibili diverse strategie operative per alternare i due processi: si spazia dal passaggio in vasche diverse (anodiche e catodiche) al passaggio in regioni a diversa polarizzazione nella medesima vasca fino all’applicazione di corrente alternata nella medesima vasca / apparato portatile.

Decapaggio con l’alluminio

Dopo essere stato estruso, l’alluminio è sempre ricoperto da uno strato di ossido che può essere più o meno consistente, e viene in genere decapato in soda caustica.

L’operazione di decapaggio, oltre che di natura chimica, può essere anche di natura elettrolitica. In questa, l’’acciaio costituisce l’anodo o il catodo in un elettrolita acido, attraverso il quale passa la corrente.

Decapaggio con il rame e l’ottone

Il decapaggio si effettua anche durante la lavorazione industriale del rame (in acido nitrico) e degli ottoni. In questo caso, si procede una volta espletata la ricottura dei materiali, procedimento necessario per il recupero di una struttura metallografica apprezzabile andata perduta durante lo stress della laminazione. Il decapaggio si rende necessario poiché la ricottura provoca l’ossidazione dello strato superficiale, che viene asportato grazie ad un bagno di acido solforico (soluto in acqua al 10%) seguito da una lavatura e da una spazzolatura. Possiamo ricordare l’ottone che dopo il trattamento termico di ricottura viene decapato per riguadagnare la sua naturale lucentezza.

Sotto una luce più critica… rivolgiti a SteelBetter!

Poiché il decapaggio lascia la superficie nuda, solitamente si eseguonoulteriori trattamenti atti a proteggerla o ricoprirla, che dipendono dal materiale e dalla finitura richiesta.

Non dimentichiamo che ci sono casi in cui ildecapaggio dei metalli serve solamente per eliminare dalla superficie i tensioattivi presenti su di essa e che potrebbero influire su lavorazioni successive, pensiamo ad esempio a una ricopertura galvanica della superficie…

Insomma,in molti casi il decapaggio è solo l’inizio! Poi la storia prosegue bella o brutta a seconda di tanti fattori… e solo un esperto può aiutarti a considerarli tutti quanti. Eccomi qui! A questo puntoentro in gioco io, che mi occupo di trattamenti per professione – e anche per passione.

I trattamenti che possono essere eseguiti dopo il decapaggio , inoltre, sono davvero tanti:  passivazione, cromatura, ossidazione anodica e verniciatura… Come scegliere?

Meglioprendere insieme la decisione, per cui ti aspetto con il tuo ‘problema’ e garantisco che troveremo le vie per risolverlo.

Vieni a trovarmi, mandami una email o se vuoi far la cosa più semplice in assoluto chiamami. Non vedo l’ora di discutere con te anche di decapaggio!