Ossidazione delle superfici zincate

19.02.2020

Come tutti i metalli, lo zinco si ossida quando è esposto all'aria e all'umidità. Tuttavia, questo elemento non arrugginisce come la maggior parte degli altri metalli.

Il ferro, ad esempio, reagisce con l'acqua e l'ossigeno nell'atmosfera formando ossido di ferro idrato (III) sulla superficie del metallo. Questo sottoprodotto, chiamato "ruggine", è noto per il suo colore bruno-rossastro e per i suoi effetti dannosi. Gli ossidi di ferro idratati sono fragili e si sfaldano facilmente, esponendo così il metallo sottostante all'atmosfera per ulteriore corrosione. Questo ciclo si ripete fino a quando il ferro non viene completamente consumato dal processo di corrosione.
Lo zinco, invece, reagisce con l'ossigeno per formare uno strato di ossido sottile. Questo strato reagisce quindi con l'umidità per produrre idrossido di zinco (ruggine bianca), che reagisce ulteriormente con l'anidride carbonica per creare carbonato di zinco. A differenza degli ossidi di ferro, che si sfaldano facilmente, il carbonato di zinco è resistente, chimicamente stabile e aderisce saldamente alla superficie del metallo. Questo strato funge da barriera protettiva che impedisce all'aria e all'umidità di entrare in contatto con il substrato sottostante e impedisce ulteriori corrosioni e deterioramenti.
L'idrossido di zinco è superficiale ed ha un aspetto bianco e polveroso, mentre lo strato di carbonato ha proprietà protettive e permette alle superfici di zincate di corrodersi molto lentamente nel tempo. E' per questo che esiste il processo di zincatura, per prevenire la corrosione e aumentare le caratteristiche fisiche delle superfici trattate. La zincatura assicura una protezione barriera alla superficie trattata (ferro o acciaio), rendendola impermeabile all'aria e all'umidità, inoltre garantisce la cosiddetta protezione galvanica (o catodica). Essendo lo zinco un elemento altamente reattivo ed elettronegativo, esso si corroderà al posto della superficie sottostante, finchè esso sarà totalmente consumato.
Vediamo ora alcuni tipi di zincatura:

Zincatura a caldo
La zincatura a caldo (o hot -dip) è una delle forme più comuni di zincatura. Questo processo comporta il rivestimento di un oggetto di ferro o acciaio immergendolo in un bagno di zinco fuso a temperature di circa 450°C. Una volta rimosso dal bagno, il rivestimento di zinco sull'esterno del ferro o dell'acciaio reagisce con l'ossigeno nell'atmosfera formando ossido di zinco (ZnO).
L'ossido di zinco reagisce ulteriormente con l'anidride carbonica per formare lo strato protettivo noto come carbonato di zinco (ZnCO3). Questo film grigiastro opaco è relativamente stabile e aderisce perfettamente alla superficie del ferro o dell'acciaio. Nella zincatura a caldo, lo zinco si lega chimicamente e diventa parte dell'acciaio da proteggere.
Per permettere questo processo, i manufatti vengono preventivamente sottoposti a vari step di trattamento: sgrassaggio, decapaggio e flussaggio. Lo sgrassaggio viene utilizzato per rimuovere sporco, olio e altri residui organici; il decapaggio pulisce ulteriormente l'acciaio rimuovendone gli ossidi e infine il flussaggio ricopre l'acciaio con uno strato protettivo salino (a base di sali di zinco e di ammonio) che promuove la bagnabilità del processo successivo della zincatura.
Una volta completato il processo di pulizia e asciugatura, si procede con l'immersione nello zinco fuso. Esso scorre dentro e intorno all'oggetto in ferro o acciaio, rivestendolo in modo completo per proteggere tutte le superfici. Il materiale rivestito viene quindi rimosso dal bagno ed essiccato all'aria prima dell'ispezione.

Zincatura a freddo
La zincatura a freddo è semplicemente l'applicazione di una vernice ricca di zinco sulla superficie.
Le vernici di zinco possono essere applicate con spazzole, rulli, pistole a spruzzo, ecc. I rivestimenti possono anche essere applicati con mezzi elettrozincanti. Le vernici ricche di zinco utilizzate nella zincatura a freddo sono diverse dai rivestimenti convenzionali a causa della presenza di un composto legante. Questi leganti consentono allo zinco di legarsi meccanicamente all'acciaio per offrire un livello di protezione efficace.
Come la zincatura a caldo, la zincatura a freddo può fornire protezione barriera e anche un certo grado di protezione catodica. Tuttavia, la polvere di zinco presente nella vernice o nel rivestimento deve essere sufficientemente concentrata da favorire la conduttività elettrica tra l'acciaio e lo zinco.
La preparazione della superficie richiesta per l'applicazione di rivestimenti ricchi di zinco è meno impegnativa delle tecniche di immersione a caldo. Prima di iniziare le operazioni di rivestimento, la superficie dell'acciaio deve essere pulita e asciutta. Di solito, una spazzola metallica viene prima utilizzata per rimuovere la ruggine o altri prodotti di corrosione che possono essere presenti. Anche sporco, grasso, sostanze chimiche e altri composti organici devono essere rimossi di conseguenza.
Dato che la zincatura a freddo è semplicemente un rivestimento, non può legarsi al metallo a livello chimico e, come tale, non ha la stessa durata, resistenza all'abrasione e capacità di protezione catodica della zincatura a caldo tuttavia permette un'applicazione rapida e conveniente su strutture e componenti più piccoli.

Zincatura galvanica
Avviene mediante immersione in soluzione elettrolitica contenente sali di zinco.
La zincatura elettrolitica a freddo permette un controllo di deposizione a livello micrometrico, un buon risultato estetico e un ottimo rapporto di qualità e prezzo. Un ulteriore vantaggio del trattamento è la sua reversibilità: può essere rimosso e applicato nuovamente senza compromettere alcuna caratteristica del substrato. La procedura comporta un passaggio di corrente elettrica continua attraverso una soluzione zinco-salina, dove sono immersi un anodo ed un catodo (oggetto da zincare, che funge da conduttore).L'impiego principale è la protezione di elementi di piccole dimensioni e leggeri, come viti, chiodi, fili metallici, bulloni, minuterie in genere e mezzi di collegamento.