Corrosione per vaiolatura PDF

Preview

Summary

Download Corrosione per vaiolatura PDF

Description

Corrosione per vaiolatura (pitting)

C’è sempre un po' di distanza tra una zona di pitting e un’altra, però il problema è che la corrosione spesso va in profondità con geometrie diverse anche ramificanti, può anche avere una piccola sporgenza in superficie e un aspetto corrosivo esteso al di sotto. Il problema è che non vedo cosa succede sotto la superficie, l’aspetto superficiale potrebbe anche non preoccupare. Il materiale risulta sicuramente danneggiato in superficie, risulta poroso, non levigato oppure no. Bisogna sempre considerare che il pitting o vaiolatura possano andare in profondità, perché potrebbero causare il collasso della struttura a causa della corrosione che può attraversare tutta la parete ad esempio di un serbatoio, quindi si vedono perdite o collasso della struttura se l’acciaio viene utilizzato per resistere a carichi importanti, l’azione di consumo del materiale si può anche associare con il comportamento meccanico e si parla di tensocorrosione in cui la formazione di cricche e il consumo del materiale è combinato con l’effetto chimico e meccanico. Per gestire queste situazioni è necessaria una strumentazione per vedere cosa accade in profondità (ecografi o macchine radiografiche) rilevando le cavità sotto la superficie calcolando il rischio di cedimento del materiale. Questo tipo di corrosione si caratterizza perché va in profondità, si può anche associare a sollecitazioni meccaniche (tensocorrosione) quindi c’è possibilità di rottura per schianto oppure a causa di un carico meccanico (perdita di liquido), perché spesso gli acciai sono utilizzati come contenitori di liquidi anche pericolosi. Affinchè si inneschi il processo corrosivo si deve formare la coppia anodo catodo. Nel momento in cui studiamo in fenomeno della corrosione dobbiamo individuare la zona anodo catodo. La zona anodica dove il ferro si ossida è sulla superficie perché si genera man mano che aumenta la corrosione, gli elettroni attraverso il canale stesso vanno in superficie dove incontrano l’ossigeno che li ossida. Avremo anche un ispessimento dello strato superficiale che perde le sue capacità di resistenza alla corrosione. Gli elementi che in soluzione liquida favoriscono il pitting o vaiolatura sono le soluzioni di cloro che fanno si che il potenziale di transpassivazione della zona anodica sia superato dalla zona catodica che si viene a formare tra gli elettroni e l’ossigeno. Andiamo nella zona di transpassivazione quindi non abbiamo più la formazione di ossido resistente alla corrosione. Le superfici risultano separate, più o meno estese, possono anche non rappresentare un problema se restano in superficie, per sapere se vanno in

profondità, bisogna utilizzare raggi x o ecografia (onde sonore), per capire quanto e in che direzione è avvenuta la corrosione in profondità. Il PREN È un dato Pitting Resistance Equivalent Number, che a parità di condizioni ambientali pH, temperatura e composizione della soluzione che sta attaccando l’acciaio, in base alla soluzione chimica dell’acciaio (%Cr + 3,3 %Mo + 16 %N) ci da un valore comparativo (qualitativo) sulla potenziale resistenza alla corrosione di quell’acciaio in quelle condizioni.

Esempio: la soluzione NaCl 0,5M con pH 6,6. rappresentati diversi materiali da quelli a quelli ferritici a quelli austenitici sono rappresentati su una scala del potenziale di rispetto al PREN. Il potenziale che deve essere dalla soluzione NaCl cresce in funzione della anodica rappresentata dal tipo di acciaio base alla composizione chimica del cromo, l’azoto.

Sono martensitici Pitting (E) raggiunto resistenza calcolabile in molibdeno e

Prove standard in laboratorio E’ possibile anche condurre delle prove standard in laboratorio, quantitative sulla resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili, gli standard (ASTM G48-2003) sono quelli utilizzati in Europa e si basano su una normativa Americana, e permette di classificare i materiali in funzione della temperatura a cui si manifesta la corrosione per vaiolatura. La temperatura e in particolare la CPT (Critical Pitting Temperature) temperatura critica di pitting, sarà determinata in laboratorio in maniera da poter avere informazioni utili sull’impiego di questi acciai in diverse condizioni corrosive. Dal punto di vista acciaio e la soluzione che lo aggredisce, avremo indicazioni sulla CPT che si può ottenere eseguendo prove secondo la normativa sopra citata. Il risultato può essere usato come indice della resistenza alla corrosione del materiale. Osserviamo in verticale gli intervalli di temperatura critica per diversi tipi di materiale. La CPT è data da range di temperatura e non da singoli valori. Assegnato un certo PREN, con riferimento al terzo acciaio rappresentato (inox austenitico, X1NiCrMoCu25-20-5), avremo una CPT tra 45 e 55° che si associa ad un PREN di circa 36. Possiamo accoppiare il dato del materiale con il CPT che rappresenta un indice delle condizioni in cui l’acciaio dovrà funzionare. La performance di un materiale quindi la sua possibilità di impiego non è legata solo alle sue condizioni, alla sua composizione chimica e alla resistenza meccanica, ma anche alle sollecitazioni a cui andrà incontro durante la vita utile, in questo caso stiamo analizzando la possibilità di corrodersi in presenza di soluzioni di cloruro ferrico (ioni cloro sono i più aggressivi e fanno si che il potenziale di anodo superi quello di transpassivazione e quindi le capacità di resistere alla corrosione dello strato di ossido sono annullate riconducendolo ad un acciaio normale).

Pitting di strumentazione chirurgica riutilizzabile La strumentazione chirurgica è fatta di acciai inox. Nel momento in cui lo strumento deve essere riutilizzabile, lo strumento rischia di corrodersi. Nel momento in cui deve essere riutilizzato va sottoposto ad un trattamento di decontaminazione, disinfezione e sterilizzazione in autoclave. Questi trattamenti usano soluzioni molto aggressive (ioni cloruro legate alla sterilizzazione). La procedura di recupero o di riutilizzazione deve evitare danneggiamenti al materiale stesso. Soluzioni: ammine piuttosto che cloruri o aggiunta di inibitori della corrosione. Corrosione in fessura Aggressione localizzata che si manifesta in condizioni particolari. Si crea una macro coppia che per aereazione differenziale avvia il deposito di sostanze corrosive e quindi la corrosione stessa del metallo. La zona anodica è quella a basso contenuto di ossigeno. La zona catodica si arricchisce di elettroni che saranno rilasciati dall’anodo ed è più ricca di ossigeno.

Esempio di interstizio: c’è una sezione di manufatto, quindi il materiale è stato idealmente tagliato e vediamo che c’è una zona in cui il liquido può entrare. La parte libera di essere di prendere aria, funge da catodo e quindi nella fessura dell’interstizio si ha la corrosione con la formazione di ossido di ferro pur essendo il materiale un acciaio inossidabile. In basso vi è la parete di una tubazione, la parte tratteggiata rappresenta la sezione, con la freccia si rappresenta il moto del fluido, se su una parte della parete si formano incrostazioni, sotto queste, il ferro non sarà più a contratto con l’ossigeno quindi il suo stato di ossido non si potrà rigenerare e ci sarà una zona anodica che si viene a formare, le zone limitrofe invece rappresenteranno le zone catodiche. Può succedere che la corrosione vada in profondità fino alla parete esterna della tubazione e il fluido uscirà attraverso la fessura con cedimento della struttura e interruzione del fluido. Il PREN può essere una valida indicazione soprattutto se la temperatura non è elevata, per decidere come scegliere l’acciaio per limitare la corrosione di fessura.

Corrosione intergranulare Non avviene sulla superficie dei pezzi, ma è una forma di degrado ambientale associata ad una discontinuità della composizione chimica della microstruttura del materiale. Tutto ciò accade all’interno dell’acciaio stesso in prossimità del bordo del grano. Questo fenomeno è detto sensibilizzazione e prevede la formazione di carburi e fasi intermetalliche in prossimità del bordo del grano quindi l’acciaio si dice sensibilizzato. Può generarsi in ambienti blandamente aggressivi. La rottura che si potrà creare sarà intergranulare, cioè la cricca avanzerà lungo i bordi del grano e potrebbe separare in due il pezzo creano la rottura intergranulare. Qui sono rappresentati gli effetti della corrosione intergranulare o sensibilizzazione per le diversi classi di acciai. Acciai austenitici: 450-900°C si verifica la corrosione intergranulare. La soluzione è ridurre i carburi o aggiungere elementi stabilizzanti per il cromo che impediscono la formazione di carburi come il titanio e il niobio. Nei limiti del possibile si potrebbe aumentare la % di cromo che se non controllata potrebbe annullare l’effetto austenitizzante del nichel e quindi avremo un acciaio ferritico. In alternativa si può effettuare un trattamento termico di solubilizzazione (1050°C) che scioglie i carburi di cromo e le fasi intermetalliche facendo riformare il cromo all’interno del grano stesso fortificando il bordo del grano. Questo vuol dire riscaldare il materiale a 1050°C, aspettare un tempo di stazionamento e successivamente è necessario raffreddare rapidamente in modo che il cromo rimanga all’interno del reticolo del ferro senza formare carburi o fasi intermettaliche. Esempio: acciaio martensitico corroso al bordo del grano. Le cricche avanzano. Ci sono dei grani omogenei per cui l’acciaio non è stato deformato, in alcuni percorsi il bordo del grano si è inspessito in alcuni percorsi.

Corrosione sotto tensione o Stress Corrosion Cracking (SCC) Il collasso della struttura può essere accelerato quando insieme alla corrosione (attacco chimico secco da parte di gas caldi o liquido da parte di soluzioni elettrolitiche, può andare in profondità o attaccare i bordi del grano), vi è lo stress o tensione. Il manufatto oltre a resistere a stress corrosivi, deve resistere a carichi meccanici (SCC) con formazioni di cricche a

volte ramificate. La cricca parte dalla superficie per l’azione delle forze e procede in profondità passando per i bordi del grano, non attraversano mai il grano. È un danneggiamento localizzato si verifica in ambienti non particolarmente aggressivi. Ha generalmente tempi di incubazione ovvero di formazione della cricca, brevi (pochi mesi). Le tre condizioni affinchè si abbia un acciaio sotto tensione sono: acciaio inox con specifica composizione chimica, uno specifico ambiente corrosivo e una sollecitazione meccanica di trazione maggiore di una specifica soglia. Corrosione e sollecitazione meccanica possono avere effetto negativo sulla durata e l’integrità del componente fatto da acciaio inossidabile portandolo a collassare o richiedere manutenzione a distanza di pochi mesi dall’installazione. La sollecitazione di fatica meccanica abbassa il limite di resistenza del materiale rispetto al carico statico. Corrosione a caldo Dipende dalla possibilità che gli acciai inossidabili siamo aggrediti da parte di gas caldi quindi abbiamo elevate temperature, contatto con aria, ossigeno, anidride carbonica e vapore surriscaldato. Si verifica per impianti chimici, farmaceutici o petrolchimici. Dobbiamo preoccuparci di questo fenomeno per T>300°C. La corrosione è detta a secco perché si viene a contatto con gas a caldo.

Le reazioni chimiche che si realizzano sono le stesse che si realizzano nel caso di corrosione liquida o elettrochimica però avvengono con gas ad alte temperature.

Negli acciai inossidabili la presenza di elevate percentuali di cromo garantisce la formazione di un ossido stabile che ha come limite di resistenza i 900°C. Elementi che possono migliorare questo limite sono il silicio, che genera ossidi protettivi e stabili fino a 1200°C (SiO2 diossido di silicio) e l’alluminio che forma ossidi fino a 1300°C con l’allumina (Al2O3). Andando oltre i 900°C non è sufficiente l’aggiunta di cromo ma si richiedono anche altre sostanze che a loro volta reagiranno con l’ossigeno e ci permetteranno di formare ossidi resistenti. La condizione fondamentale è che ci sia una sufficiente quantità di ossigeno per la formazione degli ossidi altrimenti non avremo la formazione dello strato di ossido protettivo. Anche il molibdeno forma ossidi stabili però a 750°C. Ad alte temperature si ha il fenomeno dello scorrimento viscoso per cui a parità di carico si ha un incremento della deformazione. Nella scelta del materiale non dobbiamo limitarci solo alla corrosione ma anche valutare il comportamento meccanico. Maggiore è il carico minore è la temperatura massima alla quale ci possiamo portare. Gli inox austenitici non possono andare oltre temperature di 850-

870°C (altrimenti si ha lo scorrimento viscoso), per gli inox martensitici il fenomeno dello scorrimento viscoso incomincia a 500-550°C, i ferritici hanno come limite 400°C. Breve schema riassuntivo: abbiamo affrontato la corrosione rispetto alla tipologia di acciaio (austenitico, martensitico, ferritico), rispetto alla tipologia di corrosione (a caldo liquida o intergranulare) e abbiamo la possibilità anche poi di valutare gli ambienti esterni (temperatura e curva potenziodinamica) e l’accoppiamento tra corrosione e sollecitazione meccanica (fatica e trazione) e il legame con lo scorrimento viscoso. La preparazione delle superfici dei manufatti inox Bisogna preparare le superfici affinchè si formi lo strato di ossido, questo fenomeno è detto passivazione. Per potersi realizzare, la passivazione deve essere preceduta dal decapaggio del materiale metallico che è una lavorazione meccanica o chimica della superficie, con il quale rimosso residui di ossido o di lavorazioni precedenti o qualsiasi cosa che possa ostacolare la formazione di un ossido continuo e regolare. Con la passivazione decidiamo lo spessore e quindi la capacità di passivazione di questo metallo che potrà poi essere impiegato. In questo caso si utilizzano soluzioni diluite di acido nitrico detti bagni passivanti (ASTM A-380 e ASTM A-967) questi sono standard americani su cui si basa la passivazione. Esempio: serbatoi prima e dopo decapaggio. Le zone che individuano la saldatura scompaiono perché con la saldatura si ha l’ossidazione localizzata. Solo dopo il decapaggio si può immergere il serbatoio nel bagno di passivazione.

Lo strumento chirurgico È necessario capire quali sono le proprietà e la composizione del materiale di partenza quindi struttura, proprietà meccaniche, resistenza termica e quindi capacità di mantenere le dimensioni anche in caso di riscaldamento (come nei processi di sterilizzazione). Le parti operative/ funzionali (come la lama o la presa) devono essere esenti da bave, ovvero qualsiasi residuo di lavorazione dell’oggetto stesso.

Ricorda: UNI EN ISO 7153-1:2001-30/04/2001

Proprietà degli strumenti chirurgici...