ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
27-lug-2017
2016/2017
Gli acciai inossidabili sono molto utilizzati sia in ambienti naturali sia in applicazioni industriali a causa della loro resistenza alla corrosione generalizzata, dovuta alla formazione sulla loro superficie di un ossido (chiamato film di pasività) che riduce la velocità di corrosione a valori trascurabili (ordine di grandezza di 1 µm/anno). Nel caso degli acciai inossidabili il comportamento passivo è dovuto alla presenza di cromo (in concentrazione almeno pari al 12% in massa) e ad altri elementi come il molibdeno, l’azoto o il nichel.
La presenza di cloruri in concentrazione superiore a un valore critico (concentrazione critica di cloruri) può provocare la rottura locale del film passivo e l’innesco di corrosione localizzata per vaiolatura (pitting), che in presenza di ossigeno si propaga a velocità elevate, a causa dello sfavorevole rapporto tra area catodica e anodica. La corrosione localizzata degli acciai inossidabili è influenzata da fattori relativi al materiale, all’ambiente e alla geometria del sistema, come: la composizione chimica e la struttura metallurgica della lega, la finitura superficiale, la concentrazione di cloruri, la temperatura, il pH, la velocità di flusso, la presenza di fessure (crevice) e di discontinuità.
Per comprendere e prevedere il comportamento di acciai inossidabili in ambienti contenenti cloruri, si propone l’applicazione dei diagrammi Pedeferri. Questo diagramma è una mappa di corrosione che riporta il potenziale rispetto al contenuto di cloruri nell’elettrolita. Pietro Pedeferri propose questo diagramma nei primi anni ’90 per l’applicazione della prevenzione e della protezione catodica delle armature nel calcestruzzo. Il diagramma riporta le condizioni di corrosione definite dal potenziale di corrosione localizzata, al di sopra del quale la corrosione può innescarsi e propagare, e due zone di passività: una perfetta e una imperfetta, così come definite da Pourbaix. Nella regione di passività imperfetta la corrosione non si innesca ma può propagare se già innescata, mentre la zona di passività perfetta è quella dove la corrosione non si innescare né propaga. Queste due regioni sono separate dal potenziale di ripassivazione.
Per estendere il diagramma Pedeferri agli acciai inossidabili, è essenziale trovare la modalità di prova elettrochimica più affidabile per determinare il potenziale di innesco della corrosione localizzata e il potenziale di ripassivazione, il valore dei quali dipende dalla metodologia di prova. In questa tesi sono state paragonate prove di polarizzazione potenziodinamica e potenziostatica anodica per definire il metodo di prova più adatto per la costruzione dei diagrammi Pedeferri. Le prove sono state realizzate su un acciaio inossidabile austenitico UNS 304000 in soluzione aerata a pH neutro contenente diverse concentrazioni di cloruri (da 100 a 20.000 mg/kg). Le prove di polarizzazione potenziodinamica sono state realizzate a diverse velocità di scansione (10 mV/h, 100 mV/h, 600 mV/h).
Stainless steels are widely adopted in corrosive environments and their resistance to corrosion due to the presence of a superficial layer composed by mixed oxides, called passive film. In the case of passive film the passive behaviour is granted by the presence of chromium, at least 10,5% defined by the standard, and the presence of smaller fraction of other elements to enhance this behaviour. Nonetheless, they may suffer of localized corrosion attack, i.e. as pitting and crevice, and practical tools are needed to select materials for specific corrosive environments as a function of chlorides contents, temperature and other parameters.
Crucial is the evaluation of the breakdown potential, Eloc, and repassivation potential, Erep, by varying the chlorides content of the solution. This can be achieved using potentiodynamic polarization test (to evaluate both potential respect a chloride content) and potentiostatic polarization tests (to evaluate the critical chloride content respect to the polarization potential).
The data collected have been used to build a corrosion map with Potential (vs SSC) vs Chloride. This map have been proposed by Pietro Pedeferri for the application of cathodic protection or prevention in a concrete in presence of chloride.
The importance of Pedeferri diagram stays in its capability of predict pitting and protection potentials ranges where pitting corrosion and repassivation occur for a certain potential and for certain environmental parameters. The data deviation of Eloc and Erep was studied, along with that of corrosion potential, Ecorr.
In line with the theoretical explanation, the results showed that the mean values and the data deviation of the three mentioned potentials was decreasing with increasing chloride contents.