Testare la Passivazione: Curve di Polarizzazione
Abbiamo visto, nei precedenti articoli, come misurare la passivazione dell’acciaio inossidabile sia possibile tramite diverse metodologie, siano queste qualitative (nebbia salina, test al solfato di rame, ferrocianuro di potassio / acido nitrico, cloruro di palladio) o quantitative (AES, XPS)
Tra tutti i metodi per testare la passivazione, con la prova di polarizzazione si ottiene una visione più completa e precisa sulla qualità della passivazione dell’inox preso in esame, non solo inteso come dato di passivazione e resistenza a corrosione (relativo ad un determinato ambiente), ma anche come capacità di ri passivarsi, di ricreare cioè autonomamente – in presenza delle condizioni necessarie – lo strato di passivazione.
Quest’ultimo punto viene da molti sottovalutato con conseguenze nei campi applicativi reali (edilizia, carpenteria, impiantistica, ecc.) critiche se non catastrofiche certe volte, con ripercussioni non solo tecniche ma soprattutto economiche d’impatto notevole.
Le curve di polarizzazione permettono di ricavare il comportamento di un acciaio inossidabile in funzione del potenziale a cui è sottoposto quando è immerso nell’ambiente di prova, pertanto permettono di studiare una protezione adeguata ad ogni situazione (utilizzo di un tipo di lega di acciaio inossidabile piuttosto che un altro, anodi sacrificali, correnti imposte ecc)
Le prove di polarizzazione si eseguono ponendo il metallo in un sistema elettrochimico costituito da un controelettrodo inerte (solitamente di platino) e da una soluzione elettrolitica che simula l’ambiente in cui il componente di acciaio inossidabile sarà posto in opera. Al sistema si impone un potenziale (espresso in millivolt) che varia in modo controllato mediante un potenziostato: viene impostata, ad esempio, una legge temporale di incremento, il valore minimo da raggiungere, il massimo, ecc.
Simultaneamente si misura la corrente (espressa in mA) che fluisce tra il campione ed il controelettrodo.
Di solito è presente un terzo elettrodo (riferimento) rispetto al quale i potenziali di polarizzazione a cui il campione è sottoposto vengono misurati con maggiore precisione, non essendo direttamente coinvolto nel passaggio di corrente al variare del potenziale.
Come si misura la passivazione dell’acciaio inossidabile tramite queste prove?
Da questo tipo di test di si ottengono, graficando l’andamento della corrente (espressa in scala logaritmica) contro l’incremento di potenziale nel tempo, curve definite ‘di polarizzazione’, dalle quali si ricavano essenziali informazioni sullo stato di passivazione dell’acciaio inossidabile e, cosa altrettanto importante, sulla sua capacità di recuperare la passivazione.
Il loro andamento dipende dalla composizione della soluzione elettrolitica utilizzata, da quella dell’acciaio inossidabile testato, dalla sua microstruttura, dalla temperatura e da altri fattori che sono stabiliti e descritti con precisione da norme tecniche appositamente formulate. La velocità di corrosione (proporzionale alla corrente del processo) aumenta con il potenziale imposto, secondo una legge logaritmica.
Come evidenziato in figura, sono presenti diverse zone e punti caratteristici della curva di polarizzazione:
- Zona di attività: in questa regione l’acciaio inossidabile si comporta come se fosse un materiale non passivato; partendo da un punto avente potenziale ECorr e corrente i0, il metallo è attivo e si corrode formando prodotti solubili. ECorr è il potenziale di equilibrio dell’acciaio nel mezzo in cui si sta lavorando; innalzando il potenziale il campione si corrode con velocità crescente. La maggiore velocità di corrosione si registra quando la corrente raggiunge il suo valore massimo icr, detta corrente critica, a cui corrisponde un potenziale Epp, chiamato potenziale di passivazione. Il punto (icr, Epp) si raggiunge quando si formano dei prodotti di corrosione molto protettivi (ossido di cromo) ed è denominato picco di attivazione.
- Zona di passività: il potenziale a cui si iniziano a formare i prodotti di corrosione protettivi si chiama potenziale di passivazione dell’acciaio inossidabile; la conseguenza immediata è che, a valori di potenziale superiori, la velocità di corrosione diminuisce molto velocemente, fino a raggiungere il minimo in corrispondenza del punto caratterizzato dal potenziale Ep e dalla corrente ip, corrente di passivazione.
- Zona di transpassività: quando il potenziale raggiunge il valore Et, inizia la cosiddetta zona di transpassività al di sopra della quale l’acciaio comincia a corrodersi nuovamente, con correnti crescenti che possono anche superare il valore di icr. Il potenziale Et è detto potenziale di breakdown o di transpassivazione. Raggiunto tale potenziale il fenomeno di ossidazione avviene distruggendo l’ossido protettivo. Tale valore, in assenza di polarizzazione esterna, può essere raggiunto in presenza di ossidanti molto energetici (uno di questi è l’O2, che ha un potenziale di 23 V).
La resistenza di un acciaio inossidabile alla corrosione è determinata dalle caratteristiche in termini di potenziale e corrente della sua zona di passività. Un acciaio inox sarà tanto più resistente alla corrosione (tradotto in termini di passivazione, un inox sarà meglio passivato) se in un determinato ambiente presenta valori di ip e di icr più piccoli possibili ed un intervallo di trans passivazione (Et –Ep) molto ampio. Come già sottolineato, Ep, icr, Epp, Et dipendono dall’ambiente nel quale si testa l’acciaio inox.
Infine, che nel caso in cui si sottoponessero ad una prova di polarizzazione materiali che non presentano passivazione (quindi non il caso dell’acciaio inossidabile), si ricaverebbero delle curve del tipo mostrato nella seguente figura:
