Corrosione e ossidazione delle superfici metalliche: perche’ succede?

Corrosione e ossidazione interessano la maggior parte dei metalli e le loro leghe e le superfici metalliche: ma come funziona il meccanismo alla base della corrosione?

Alcune caratteristiche fisico-chimiche dei metalli contribuiscono in maniera determinante a modificare, nel corso del tempo, l’aspetto esteriore e in particolare quello cromatico dei materiali metallici. Si tratta di fenomeni naturali che agiscono in tempi relativamente lunghi. Uno di questi è la corrosione.

I meccanismi secondo i quali la corrosione si verifica possono essere due: la corrosione chimica e la corrosione elettrochimica.

La corrosione chimica è una reazione eterogenea tra il materiale metallico e un’altra fase che può essere liquida o gassosa.

Un esempio tipico è la reazione che il ferro produce ad alte temperature con l’ossigeno presente nell’atmosfera. Questo processo porta alla formazione di uno strato più o meno aderente di prodotti della corrosione sulla superficie del metallo, strato che separa fisicamente il metallo dall’ambiente.

Il processo non è accompagnato da passaggio di corrente elettrica ed è piuttosto raro che non si verifichi in concomitanza con altri tipi di corrosione.

La corrosione elettrochimica è il tipo di corrosione più comune a temperatura ambiente.

Per l’innesco di un processo corrosivo non occorre il contatto di due metalli diversi in quanto i materiali metallici di uso industriale sono sempre leghe (quindi non sono costituiti da un’unica fase) e pertanto si possono formare aree anodiche e catodiche a causa di inclusioni, imperfezioni superficiali, sollecitazioni superficiali ecc.

Quando un metallo viene a contatto con un elettrolita (la soluzione acquosa di un sale, un acido o una base) diventa sede di corrosioni elettrochimiche.

In questi metalli esiste una eterogeneità che determina il cosiddetto effetto pila: una corrente elettrica circola tra l’anodo e il catodo e la zona dell’anodo viene attaccata.

Gli ioni metallici dell’anodo e gli ioni del catodo, avendo cariche rispettivamente positive e negative, si muovono nell’elettrolita in direzioni opposte. Quando si incontrano possono reagire formando dei prodotti di corrosione.

La disposizione di questi prodotti condiziona la velocità della corrosione stessa. In certi casi i prodotti di corrosione possono andare in soluzione o trasformarsi in gas, in altri possono dar luogo a un composto insolubile che non è in grado di proteggere la zona corrosa. Spesso si formano dei composti insolubili che vanno a ricoprire la superficie del metallo con uno strato aderente e continuo che rallenta notevolmente, o addirittura arresta, la corrosione. Quest’ultimo processo viene definito passivazione, e il metallo viene detto passivato o passivo.

Alcuni metalli, come ad esempio l’alluminio, il ferro, il cromo e il titanio, quando sono esposti all’azione di un ambiente ossidante tendono a diventare più nobili, cioè meno soggetti alla corrosione di quanto non lo fossero in origine.

Sulla superficie del metallo si forma una sottile pellicola di ossido che, entro certi limiti, protegge il metallo dalla corrosione. Questa patina ha solitamente un colore diverso da quello del metallo originale, e con il tempo tende a cambiare ulteriormente, in genere diventando più chiara o più scura. In questo caso si parla di superficie ossidata (o patinata), una superficie che, dal punto di vista cromatico, è in continua trasformazione.

Tra gli esempi più noti vi è sicuramente il rame delle coperture, che a contatto con l’umidità diventa opaco assumendo un colore bruno e dopo molto tempo si ricopre di uno strato di ossido verde. Più o meno in questo modo si comportano i materiali metallici che derivano dal rame, alcuni acciai, il piombo e, in misura inferiore, anche l’alluminio e lo zinco. La patina di ossido ha un colore diverso per ogni metallo.

Se per qualche ragione la patina protettiva si deteriora, la corrosione prosegue fino a bucare il metallo. Quando la patina viene lacerata dal movimento dell’elettrolita o da particelle solide in esso contenute, si innesca un altro processo di corrosione: la corrosione-erosione, caratterizzata da una progressione in direzione preferenziale.

In genere questi processi non avvengono mai singolarmente, pertanto i processi corrosivi sono sempre più complessi di quanto possa essere descritto. Vi sono tuttavia alcuni accorgimenti, che vanno integrati durante la fase di progettazione, per limitare gli effetti della corrosione.