La
Metallurgia Italiana
International Journal of the Italian Association for Metallurgy
n. 10 ottobre 2021 Organo ufficiale dell’Associazione Italiana di Metallurgia. Rivista fondata nel 1909
La Metallurgia Italiana International Journal of the Italian Association for Metallurgy Organo ufficiale dell’Associazione Italiana di Metallurgia. House organ of AIM Italian Association for Metallurgy. Rivista fondata nel 1909
Direttore responsabile/Chief editor: Mario Cusolito Direttore vicario/Deputy director: Gianangelo Camona Comitato scientifico/Editorial panel: Livio Battezzati, Christian Bernhard, Massimiliano Bestetti, Wolfgang Bleck, Franco Bonollo, Bruno Buchmayr, Enrique Mariano Castrodeza, Emanuela Cerri, Lorella Ceschini, Mario Conserva, Vladislav Deev, Augusto Di Gianfrancesco, Bernd Kleimt, Carlo Mapelli, Jean Denis Mithieux, Marco Ormellese, Massimo Pellizzari, Giorgio Poli, Pedro Dolabella Portella, Barbara Previtali, Evgeny S. Prusov, Emilio Ramous, Roberto Roberti, Dieter Senk, Du Sichen, Karl-Hermann Tacke, Stefano Trasatti Segreteria di redazione/Editorial secretary: Marta Verderi Comitato di redazione/Editorial committee: Federica Bassani, Gianangelo Camona, Mario Cusolito, Carlo Mapelli, Federico Mazzolari, Marta Verderi Direzione e redazione/Editorial and executive office: AIM - Via F. Turati 8 - 20121 Milano tel. 02 76 02 11 32 - fax 02 76 02 05 51 met@aimnet.it - www.aimnet.it Immagine in copertina: Shutterstock
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La
Metallurgia Italiana
International Journal of the Italian Association for Metallurgy
n. 10 ottobre 2021 Organo ufficiale dell’Associazione Italiana di Metallurgia. Rivista fondata nel 1909
Editoriale / Editorial Editoriale
A cura di E. Angelini............................................................................................................................. pag.04
Memorie scientifiche / Scientific papers Corrosione / Corrosion
Caratterizzazione di manufatti in ferro di epoca fenicio-punica mediante spettroscopia Raman
A.Vietti, N. Donato, E. Angelini, S. Grassini......................................................................................... pag.08
Comportamento elettrochimico di bronzi archeologici arsenicali in funzione della concentrazione dell'arsenico in lega
n.10 ottobre 2021
Anno 113 - ISSN 0026-0843
A.Salanitro, G. Ghiara, S. Trasatti, M. Moedlinger ............................................................................... pag.13
Grandi tappe nello studio della corrosione delle armature
F. Bolzoni, M. Ormellese, E. Proverbio, MP. Pedeferri........................................................................ pag.24
Risultati preliminari di caratterizzazione dei prodotti di corrosione in calcestruzzo armato soggetto a corrosione da cloruri per oltre 20 anni
N. Russo, F. Lollini, E. Rossi, T. G. Nijland, R. Polder...................................................................................... pag.35
Superfici superidrofobiche biomimetiche su lega di alluminio 6082 con migliorata resistenza alla corrosione
indice
A. Khaskhoussi, L. Calabrese, E. Proverbio..................................................................................................... pag.40
Sviluppo ed ottimizzazione di un rivestimento PEO su titanio per applicazioni ortopediche in differenti regimi di trattamento
M. Pavarini, M. Moscatelli, L. De Nardo, R. Chiesa............................................................................... pag.46
Studio sulla delaminazione di ossidi PEO immersi in acido solforico mediante spettroscopia elettrochimica ad impedenza
L. Casanova, M. Gruarin, M.P. Pedeferri, M. Ormellese....................................................................... pag.52
Modellazione di processi di corrosione con il software COMSOL Multiphysics
E. V. Ghiggini, M. Baricco, C. Errigo, R. Ardino.................................................................................... pag.63
Attualità industriale / Industry news Intervento di ispezione sulle strutture metalliche del Ponte sul fiume Po “Della Gerola”
a cura di: M. Carsana, M. Gastaldi, F. Lollini, E. Redaelli................................................................................ pag.18
Rivestimenti epossidici fotopolimerizzati derivati da oli vegetali
a cura di: L. Iannucci, C. Noè, M. Sangermano, S. Grassini, S. Malburet, A. Graillot............................. pag.58
Effetti di un trattamento idrofobizzante sulla propagazione della corrosione in strutture in calcestruzzo armato carbonatate
a cura di: M. Gastaldi, F. Lollini........................................................................................................................... pag.30
Atti e notizie / AIM news
75° AIM......................................................................................................................... pag.70 Eventi AIM / AIM events........................................................................................ pag.107 Comitati tecnici / Study groups ......................................................................... pag.108 Normativa / Standards........................................................................................ pag.110
“
editoriale - editorial
Garantire il miglioramento dei sistemi di gestione della corrosione aiuta a ridurre i guasti alle apparecchiature, gli incidenti sanitari e ambientali e a ridurre lo spreco di risorse economiche, ed aiuta anche a garantire che tutte le misure che possono essere prese dalla progettazione allo smantellamento di impianti e strutture evitino lo spreco di risorse (materiali, persone e denaro) e contribuiscano al concetto di Economia Circolare.
Ensuring the improvement of corrosion management systems helps reduce equipment failures, health and environmental accidents and reduce wasted economic resources, and also helps guarantee that all measures that can be taken from design to decommissioning of facilities and structures avoid wasting resources (materials, people and money) and contribute to the concept of Circular Economy.
Prof.ssa Emma Angelini Politecnico di Torino
L’ATTUALITÀ DELLA CORROSIONE: SFIDE ED OPPORTUNITÀ
THE TOPICALITY OF CORROSION: CHALLENGES AND OPPORTUNITIES
I lavori che vengono pubblicati sono stati presentati alla
The papers that are published were presented at the 14th
14a edizione delle Giornate Nazionali sulla Corrosione e
edition of the National Corrosion and Protection Days,
Protezione che si è tenuta in modalità virtuale dal 29 giu-
which was held, in virtual mode, from 29 June to 2 July
gno al 2 luglio 2021, coordinata da Emma Angelini, docente
2021, coordinated by Emma Angelini, professor at the
del Politecnico di Torino.
Polytechnic of Turin.
Il successo delle Giornate che hanno visto un’ampia partecipazione sia del mondo industriale che del mondo acca-
The success of the Days, which saw a wide participation
demico sta a dimostrare che le tematiche relative alla cor-
of both the industrial world and the academic world,
rosione e protezione dei materiali sono di grande attualità.
demonstrates that the issues relating to corrosion and
In un mondo in rapida evoluzione, si devono cercare modi
protection of materials are highly topical. In a rapidly
innovativi per supportare l'economia circolare, orientati a
changing world, innovative ways must be sought to
raggiungere una vita migliore con meno risorse, al fine di
support the circular economy, oriented towards achieving
evitare il rischio di un pianeta insostenibile dal punto di vi-
a better life with fewer resources, in order to avoid the
editoriale - editorial
sta ambientale.
risk of an environmentally unsustainable planet. There
Ci sono nuove sfide ed opportunità per la comunità scien-
are new challenges and opportunities for the scientific
tifica che si è da sempre occupata di corrosione e protezio-
community that has always been concerned with corrosion
ne dei materiali.
and material protection. Ensuring the improvement of
Garantire il miglioramento dei sistemi di gestione della cor-
corrosion management systems not only helps to reduce
rosione non solo aiuta a ridurre i guasti alle apparecchiatu-
equipment failures, health and environmental accidents,
re, gli incidenti sanitari e ambientali e a ridurre lo spreco di
and to reduce the waste of economic resources, but also
risorse economiche, ma aiuta anche a garantire che tutte le
helps to ensure that all measures that can be taken from
misure che possono essere prese dalla progettazione allo
design to decommissioning of plants and structures avoid
smantellamento di impianti e strutture evitino lo spreco
wasting resources (materials, people and money) and
di risorse (materiali, persone e denaro) e contribuiscano
contribute to the concept of Circular Economy. As a matter
al concetto di Economia Circolare. Sono infatti molti gli
of facts, there are many aspects of the new economic and
aspetti del nuovo modello economico e di sviluppo che
development model that must be considered from the
devono essere considerati dal punto di vista dell'integrità
point of view of the integrity of the materials. Companies,
dei materiali. Le aziende, i governi, le università e la società
governments, universities and society in general require
in generale richiedono il rafforzamento delle attività rela-
the strengthening of activities related to the protection
tive alla protezione e corrosione dei materiali, compreso
and corrosion of materials, including an enhancement
un potenziamento delle ricerche nel settore sugli aspetti
of research in the sector on fundamental and applicative
fondamentali ed applicativi e lo sviluppo dal punto di vista
aspects and the development , from the didactic point of
didattico di percorsi curriculari specifici, che dovrebbero
view, of specific curricular paths, which should lead to a
portare ad una maggiore consapevolezza dei manager in-
greater awareness of industrial managers. Global warming,
dustriali.
increased pollution and many other phenomena affecting
Infatti il riscaldamento globale, l'aumento dell'inquina-
our planet are all interconnected. For example, energy
mento e molti altri fenomeni che affliggono il nostro pia-
consumption and water scarcity are directly related to the
neta sono tutti interconnessi. Ad esempio il consumo di
extraction, consumption, use and disposal of materials, an
energia e la scarsità d'acqua sono direttamente correlati
area in which appropriate and responsible efforts can lead
all'estrazione, al consumo, all'uso e allo smaltimento dei
to the development of redesign concepts in function of a
materiali, ambito nel quale sforzi appropriati e responsabili
more extensive reuse and / or recycling of the materials
possono portare allo sviluppo di concetti di riprogettazio-
themselves, in quantitative and also temporal terms.
ne in funzione di un più esteso riutilizzo e/o riciclaggio dei
Knowledge in the field of corrosion and protection of
materiali stessi, in termini quantitativi ed anche temporali.
materials is becoming increasingly important to maximize
Le conoscenze nell’ambito della corrosione e protezione
the use of materials in industrial processes and minimize
dei materiali acquisiscono sempre maggiore rilevanza per
the use of raw materials, time and energy consumption.
massimizzare l'utilizzo dei materiali nei processi industria-
They are irreplaceable in contributing to a more rigorous
li e ridurre al minimo l'uso di materie prime, il tempo e il
and adequate selection of materials, to the development of
consumo di energia. Si rivelano insostituibili nel contribu-
eco-sustainable and effective maintenance programs, and
ire ad una selezione dei materiali più rigorosa e adeguata,
to the definition of possible options for recovery, aimed at
allo sviluppo di programmi di manutenzione ecososteni-
extending the times for the use of the material, its reuse, its
bili ed efficaci, e alla definizione delle possibili opzioni per
recycling with little or no waste production. The topicality
il recupero, orientate ad estendere i tempi per l’utilizzo del
of knowledge in the field of corrosion and protection lies
materiale, il suo riutilizzo, il suo riciclaggio con una produ-
precisely in the contribution to the reconfiguration of
zione minima o nulla di rifiuti.
product life cycles, with targeted approaches, and which
L’attualità delle conoscenze nell’ambito della corrosione
can ultimately lead to an improvement in the financial
e protezione risiede proprio nel contributo alla riconfigu-
performance of companies.
razione dei cicli di vita dei prodotti, con approcci mirati, e
The works presented concern research of industrial
che può portare in ultima analisi ad un miglioramento delle
interest, characterization of materials and monitoring and
prestazioni finanziarie delle aziende.
works relating to protective coatings too. Finally there
I lavori presentati riguardano ricerche di interesse indu-
are works concerning the characterization of artefacts
striale, di caratterizzazione dei materiali e di monitoraggio
belonging to the Cultural Heritage, whose conservation is
ed anche lavori relativi ai rivestimenti protettivi. Vi sono
a difficult and complicated process due to the multiplicity
inoltre lavori che riguardano la caratterizzazione di reperti
of methods, styles, cultures, traditions and materials that
afferenti al Patrimonio Culturale, la cui conservazione è un
have characterized their production over time and space.
processo difficile e complicato a causa della molteplicità di
In this sector, knowledge in the field of corrosion and
metodi, stili, culture, tradizioni e materiali che ne ha carat-
protection is indispensable for the protection of cultural
terizzato la produzione nel tempo e nello spazio. Anche in
heritage, which belongs to the whole humanity.
questo settore le conoscenze nell’ambito della corrosione e protezione si rivelano indispensabili per la salvaguardia dei beni culturali, che appartengono all’umanità tutta.
premio
edizione 2019
aldo
Dacco
L’AIM è lieta di indire il bando per l’edizione 2021 del prestigioso Premio Aldo Daccò, con l’obiettivo di stimolare i tecnici del settore e contribuire allo sviluppo e al progresso delle tecniche di fonderia e di solidificazione con memorie e studi originali. L’Associazione invita tutti gli interessati a concorrere al Premio “Aldo Daccò” 2021, inviando a mezzo email (info@aimnet.it), il testo di memorie inerenti le tematiche fonderia e solidificazione, unitamente al curriculum vitae dell’autore concorrente, entro il 30 novembre 2021. Saranno presi in considerazione e valutati i lavori riguardanti le varie tematiche di fonderia e di solidificazione, sia nel campo delle leghe ferrose che in quello delle leghe e dei metalli non ferrosi. Il premio, pari a Euro 5000 lordi, è offerto dalla Fondazione Aldo e Cele Daccò, istituita dalla signora Cele Daccò, recentemente scomparsa, per onorare la memoria del marito Aldo Daccò, uno dei soci fondatori dell’AIM e suo encomiabile Presidente per molti anni. Le memorie verranno esaminate da una Commissione giudicatrice designata dal Consiglio Direttivo, il cui giudizio sarà insindacabile. Nel giudicare, la Commissione terrà conto, in particolar modo, dell’originalità del lavoro e dell’argomento in relazione alla reale applicabilità dei risultati. Non sono ammesse candidature da chi abbia già ottenuto riconoscimenti, anche per lavori diversi, dalla Fondazione Aldo e Cele Daccò. Le memorie premiate e quelle considerate meritevoli di segnalazione, potranno essere pubblicate sulla rivista La Metallurgia Italiana. La cerimonia di premiazione avrà luogo in occasione dell’Assemblea dei Soci AIM, che si terrà a Milano nella primavera del 2022. Per informazioni e candidature:
Via Filippo Turati 8 · 20121 Milano Tel. 02-76397770 · E-mail: info@aimnet.it
Memorie scientifiche - Corrosione
Caratterizzazione di manufatti in ferro di epoca fenicio-punica mediante spettroscopia Raman A. Vietti, N. Donato, E. Angelini, S. Grassini
I manufatti archeologici metallici vanno incontro a naturale corrosione, sia durante l’interramento che dopo l’estrazione dallo scavo. Quando si studiano i meccanismi di corrosione, bisogna tener conto che sia la composizione iniziale del manufatto sia le condizioni di interramento hanno un ruolo fondamentale nella velocità e nel tipo di degrado del materiale. L’identificazione dei prodotti di corrosione, tendenzialmente ossidi ed idrossidi di ferro, permette di ipotizzare i meccanismi di degrado a cui è stato sottoposto il manufatto durante l’interramento in modo da pianificare trattamenti di consolidamento e di protezione. Nel presente studio, alcuni chiodi di età fenicio-punica provenienti dallo scavo archeologico di Tharros (Sardegna) sono stati analizzati mediante spettroscopia Raman al fine di caratterizzare i prodotti di corrosione del ferro.
PAROLE CHIAVE: PRODOTTI DI CORROSIONE, FERRO ARCHEOLOGICO, SPETTROSCOPIA RAMAN INTRODUZIONE I manufatti archeologici metallici vanno incontro a naturale corrosione, sia durante l’interramento che dopo l’estrazione dallo scavo. Lo studio dei prodotti di corrosione e dei meccanismi che hanno portato al degrado del manufatto sono fondamentali per lo sviluppo di metodologie ad hoc per la conservazione preventiva del manufatto stesso e per la predisposizione di eventuali sistemi di monitoraggio delle condizioni microclimatiche ed atmosferiche a cui sarà esposto [1]–[3]. Quando un oggetto in ferro rimane interrato per lungo tempo, inizia a formarsi in primis la “ruggine verde” (una serie di composti di Fe2+ e Fe3+); in base alle condizioni di interramento, si formano successivamente diverse fasi mineralogiche: magnetite (Fe3O4), maghemite (γ -Fe2O3), lepidocrocite (γ-FeOOH), akaganèite (FeO0.883(OH)1.167Cl0.16), goethite (α-FeOOH) ed ematite (α-Fe2O3) [4]-[5]. Il processo di degrado è complesso e giocano in esso un ruolo fondamentale diversi
Amina Vietti
Politecnico di Torino, Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
Nicola Donato
Università di Messina, Dipartimento di Ingegneria
Emma Angelini, Sabrina Grassini Politecnico di Torino,
Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia
parametri come il tipo di suolo e la permeabilità all’ossigeno, il pH, fattori idrologici e geologici, la composizione chimica, la presenza di determinati composti organici e di micro-organismi, la quantità di acqua e la temperatura [6]. Tutti questi fattori influiscono sul meccanismo di corrosione e sulla formazione dei diversi prodotti di corrosione, determinando a seconda dei casi la formazione prevalente delle fasi più stabili o delle fasi maggiormente attive nei La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
pagina 8
Scientific papers - Corrosion confronti del procedere dei fenomeni di degrado, influen-
tuite da centinaia di tombe a camera e a fossa corredate sia
do conseguentemente sullo stato di conservazione dei
da oggetti preziosi come gioielli, ceramiche di importazio-
manufatti.
ne ed armi metalliche, sia da oggetti di uso comune come
Numerosi manufatti metallici sono stati recuperati dal-
chiodi e monete [9]. Molti di questi oggetti fanno oggi parte
lo scavo archeologico di Tharros, città ubicata nella parte
di importanti collezioni museali, ed il loro studio e la loro
meridionale della penisola del Sinis sulla costa occidentale
conservazione sono di fondamentale importanza storica.
della Sardegna. Tharros venne fondata dai Fenici nel VIII secolo a.C. su di un insediamento nuragico preesistente.
MATERIALI E METODI
La città venne successivamente dominata dai Cartaginesi,
Tra i numerosi manufatti metallici provenienti dallo scavo
diventando una delle più grandi città puniche del Mediter-
archeologico, per la caratterizzazione mediante spettro-
raneo fino alla conquista romana, attorno al III secolo a.C.
scopia Raman sono stati selezionati tre chiodi in ferro di
[7]. Trovandosi in una posizione strategica, la Sardegna è
epoca fenicio-punica. I chiodi sono stati innanzitutto puliti
stata un crocevia importante per il commercio, anche gra-
meccanicamente mediante microsabbiatura, per elimina-
zie alle numerose risorse minerarie del territorio [8]. Di
re le incrostazioni di terreno. Successivamente sono stati
conseguenza, Tharros divenne una città economicamente
inglobati in resina epossidica; mediante l’utilizzo di lama
potente, nel mezzo della rotta commerciale tra Marsiglia e
diamantata sono stati tagliati longitudinalmente. Una pri-
la Penisola Iberica. Nel 1071 d.C. la città venne completa-
ma osservazione è stata effettuata utilizzando una micro-
mente abbandonata dopo un lento e progressivo spopola-
camera IDS UI-1460SE, ottenendo così delle immagini ad
mento dovuto sia alla crisi dell’Impero che alle numerose
alta risoluzione della sezione dei chiodi. In questo modo
incursioni Saracene. Nel corso degli anni sono state effet-
sono stati selezionati i punti di misura, analizzando in pri-
tuate diverse campagne di scavo che hanno restituito la
mis il cuore del manufatto e spostandosi successivamente
complessa stratigrafia dell’area archeologica. Sono tuttora
verso l’esterno. In questo modo è stato possibile definire
presenti i resti di numerosi edifici ascrivibili alle diverse fasi
una stratigrafia dei prodotti di corrosione (Fig.1).
costruttive della città, nonché numerose necropoli costi-
Fig.1 - I tre chiodi in ferro analizzati, indicati con CH_01, CH_02, CH_03; dettaglio delle zone di analisi. M=Magnetite, G-M= miscela goethite-magnetite, G=Goethite, E=Ematite, L=Lepidocrocite, C=carbonati / The three iron nails, indicated as CH_01, CH_02, CH_03; details of the analysed areas. M = Magnetite, G-M = Goethite-Magnetite mixture, G = Goethite, E = Haematite, L= Lepidocrocite, C = Carbonates. La Metallurgia Italiana - October 2021
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Memorie scientifiche - Corrosione Le analisi di spettroscopia Raman sono state effettuate
è più presente il ferro metallico, il quale è stato comple-
utilizzando uno spettrometro BWTEK i-Raman Plus dota-
tamente sostituito da prodotti di corrosione ben cristalliz-
to di una sorgente laser a diodo con emissione a 785 nm;
zati, rappresentati soprattutto dalla magnetite (Fe3O4), più
lo strumento, collegato ad un microscopio ottico Opteka
compatta e presente nella parte più interna del chiodo, e
permette di focalizzare, utilizzando una serie di obiettivi, il
dalla goethite (α-FeOOH) più porosa. In alcune aree, an-
laser sul campione. In questo studio, è stato utilizzato un
dando verso la superficie, è stata identificata la presenza di
obiettivo 20x che consente di focalizzare il laser con uno
miscele complesse magnetite-goethite.
spot di analisi di circa 90 μm. La potenza del laser è stata
È importante sottolineare che la magnetite presenta de-
modulata per evitare eventuali modifiche dei prodotti di
boli picchi caratteristici che, talvolta, ne impediscono una
corrosione. Tutti gli spettri sono stati acquisiti nell’inter-
corretta identificazione, soprattutto se presente in minima
vallo 150 cm e 4200 cm con una risoluzione di 5 cm . Gli
quantità all’interno di una miscela con la goethite. Infatti, in
spettri sono stati confrontati con quelli disponibili in lette-
accordo con precedenti studi [13], si evidenzia il problema
ratura al fine di identificare i principali prodotti di corrosio-
della sovrapposizione dei picchi: in particolare, si potrebbe
ne presenti [10]–[12].
avere una sovrapposizione tra il picco caratteristico della
-1
-1
-1
magnetite posizionato attorno a 670 cm-1 ed un picco caRISULTATI E DISCUSSIONE
ratteristico della goethite posizionato attorno a 685 cm-1
Le analisi Raman hanno permesso l’identificazione dei di-
(Fig.2). In questo caso, si identificano entrambi i picchi,
versi ossidi ed idrossidi di ferro, restituendo una stratigrafia
presupponendo una sufficiente quantità di magnetite tale
di corrosione dei chiodi (Figura 1). In tutti i campioni, non
da essere correttamente identificata.
Fig.2 -Spettro Raman della miscela magnetite-goethite identificata sul campione CH_02 / Raman spectrum of the magnetite-goethite mixture identified on the sample CH_02. Nella matrice di magnetite-goethite sono presenti alcu-
una zona di transizione, dove si trovano alcuni prodotti di
ne zone in cui si evidenzia inoltre la presenza di ematite
corrosione meno cristallizzati assieme a dei markers pro-
(α-Fe2O3). La lepidocrocite (γ-FeOOH), invece, è stata iden-
venienti dal suolo, come ad esempio cristalli di quarzo (Fi-
tificata in quella che viene definita da Neff et al. [14] come
gura 3).
Fig.3 - Campione CH_03 in cui si evidenzia la zona di transizione con la lepidocrocite (L) ed i cristalli di quarzo (Q); a fianco, lo spettro puntuale (spot: 90 μm) caratteristico della lepidocrocite / Sample CH_03, transition zone with lepidocrocite (L) and quartz crystals (Q); on the right, the characteristic spectrum (spot: 90 μm) of lepidocrocite. La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion Sono state identificate delle zone biancastre in corrispon-
mata dall’analisi XRD del suolo (Tab.1). Per quanto riguar-
denza di alcune fratture all’interno della struttura dei chiodi.
da la composizione del terreno e la sua correlazione con
Si tratta probabilmente di carbonati misti precipitati all’in-
i prodotti di corrosione, in accordo con quanto riportato
terno delle fessure. L’analisi Raman però non permette di
da Angelini et al. [6], le caratteristiche del suolo di Tharros
discriminare tra la calcite (CaCO3) e la siderite (FeCO3), che
sono quelle tipiche di un terreno costiero, ricco in calcite,
presentano entrambe un picco caratteristico tra 1084cm
quarzo ed elementi come lo zolfo ed il cloro (Tab.1) parti-
-1
e 1088cm . La presenza di calcite è stata quindi confer-1
colarmente aggressivi.
Tab.1 - Caratteristiche del suolo di Tharros da Angelini et al. / Tharros soil composition, from Angelini et al..
pH (H2O)
wt% CaCO3
wt% CCaCO3
wt% Corganico
Ioni metallici
wt% Ptotale
wt% Sitotale
Tessitura
Analisi XRD
8.7
31.7
3.8
4.5
Ca,Fe,Mg,Pb
3.2
2.65
Sabbioso limoso
Calcite, quarzo, halite, görgeyite
Bisogna tenere in conto che la composizione del suolo po-
nienti dallo scavo di Tharros. Tuttavia, in fase preliminare,
trebbe aver subito dei cambiamenti durante l’interramento
si è suggerito agli archeologi di conservare i gli oggetti
del manufatto, accelerando o decelerando il degrado. Vista
evitando il più possibile il contatto diretto con l’aria umi-
però l’influenza che può avere la composizione del suo-
da al fine di evitare ulteriori modificazioni della natura dei
lo sul processo di corrosione, non si esclude del tutto la
manufatti. Si suggerisce inoltre, se possibile, di conserva-
presenza di akaganèite, una fase contenente cloro, che è
re alcuni manufatti in atmosfera controllata, per esempio
stata plausibilmente identificata assieme alla goethite; il fat-
sotto azoto, per preservare almeno una parte di essi nelle
to che si trovi in una miscela complessa rende più difficile
condizioni di ritrovamento.
l’identificazione. CONCLUSIONI I campioni analizzati si presentano quasi del tutto mineralizzati. Non è più presente l’iniziale cuore metallico, completamente sostituito dai prodotti di corrosione. Questo è ascrivibile al lungo periodo di interramento, che ha permesso la completa mineralizzazione degli ossidi ed idrossidi di ferro. Questo permette una buona discriminazione delle fasi mineralogiche, cosa che risulta più difficile nella zona di transizione dove le fasi sono meno cristallizzate. In questo studio, la spettroscopia Raman si rivela essere una tecnica analitica versatile per quanto riguarda lo studio preliminare dei prodotti di corrosione, permettendo rapidità di analisi e facile applicazione anche a numerosi campioni. Questa tecnica non necessita di alcuna preparazione del campione e, potenzialmente, può essere utilizzata anche per analisi in situ effettuabili sullo scavo che possono quindi essere di aiuto agli archeologi per custodire correttamente i manufatti subito dopo l’estrazione. Attualmente lo studio è ancora in corso e si stanno analizzando altri manufatti in ferro (chiodi, asce, ecc…) proveLa Metallurgia Italiana - October 2021
pagina 11
Memorie scientifiche - Corrosione BIBLIOGRAFIA [1] [2] [3]
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Characterization of phoenicianpunic artefacts by means of Raman spectroscopy Archaeological metal artefacts naturally corrode both during burial time and after the excavation. In the study of cor-
rosion mechanisms, the initial chemical composition and the burial conditions play an important role in the corrosion rate and in the typology of the degradation. The identification of the corrosion products, ferrous oxides and hydroxi-
des, allows the determination of the degradation mechanisms during long-term burial time, in order to plan consolidation treatments and protective strategies. In the present study, several iron nails from the archaeological site of Tharros (Sardinia) were analysed by means of Raman spectroscopy in order to characterize the iron corrosion products.
KEYWORDS: CORROSION PRODUCTS, ARCHAEOLOGICAL IRON, RAMAN SPECTROSCOPY
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Scientific papers - Corrosion
Comportamento elettrochimico di bronzi archeologici arsenicali in funzione della concentrazione dell'arsenico in lega A. Salanitro, G. Ghiara, S. Trasatti, M. Moedlinger
In questo studio si è voluto comprendere come la concentrazione di arsenico in lega influenzi i fenomeni di corrosione in leghe di rame archeologiche. Sono state condotte analisi elettrochimiche su tre leghe in triplicato (denominate CuAs-1, CuAs-3, CuAs-5 sulla base delle diverse percentuali in peso di As in lega). I risultati elettrochimici, confrontati con quelli di campioni di rame puro, indicano che la presenza di arsenico comporta un sostanziale miglioramento del comportamento a corrosione e la lega migliore è quella con il più alto contenuto di arsenico. Questi dati sono confermati dalle analisi spettroscopiche che indicano la formazione di uno strato di ossidi protettivi misti di rame e arsenico. La minore resistenza alla corrosione del rame è stata invece collegata alla presenza in superficie di sali solubili.
PAROLE CHIAVE: BRONZI ARCHEOLOGICI, ARSENICO, PASSIVAZIONE, OSSIDI PROTETTIVI
INTRODUZIONE
Le leghe a base di rame sono note per sviluppare, dopo un
lungo periodo di tempo e in condizioni relativamente stabili, una patina che si stabilizza e riduce le cinetiche di corrosione, come rilevabile soprattutto su reperti archeologi-
ci [1]. Tuttavia, l’influenza dell’arsenico come elemento in lega di rame, nonostante il suo uso durante l’Antica età del
Bronzo, non è stato oggetto di ricerche approfondite. Tali
leghe, note come bronzi arsenicali, hanno concentrazioni
in peso di arsenico tra l’1% e l’8%, la quale comporta cambiamenti delle proprietà meccaniche del materiale [2-5]. Nei bronzi arsenicali, inoltre, si possono formare prodotti
a base di ossidi misti di rame e arsenico, che rendono la patina più sottile, ma contemporaneamente più resistente di quelle dei bronzi allo stagno [6].
Lo studio elettrochimico di leghe archeologiche è vantaggioso nell’ambito della loro conservazione, poiché con-
A. Salanitro, G. Ghiara, S. Trasatti
Dipartimento di Scienze e Politiche Ambientali (ESP), Università degli studi di Milano, 20133 Milano
M. Moedlinger
Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale (DCCI), Università degli Studi di Genova, 16145 Genova
sente di caratterizzarne il comportamento nei confronti
dell’ambiente in quanto soggetti al fenomeno della degradazione. Per alcune leghe, il processo corrosivo può porta-
re a proteggere il manufatto, se lo strato di ossidazione che si forma è passivo nei confronti dell’ambiente circostante.
Tuttavia, tali analisi sono difficilmente attuabili su reperti di interesse archeologico poiché questi, oltre a necessitare di campioni di opportune dimensioni, hanno subito processi
di corrosione di lunga durata. Un’alternativa per preservare l’integrità dei beni culturali archeologici e comprenderne i
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Memorie scientifiche - Corrosione
meccanismi di corrosione è l’utilizzo di leghe prodotte in la-
boratorio dalle caratteristiche il più possibile simili alle leghe archeologiche.
Lo scopo di questo lavoro è valutare come il comportamen-
to elettrochimico di repliche di bronzi arsenicali varia in re-
lazione alla concentrazione di arsenico in lega e all’ambiente
di immersione. Le misure sono state condotte immergendo i campioni in soluzioni neutre (Na2SO4 0.1 M) e aggressive
(NaCl 0.1 M). Tale caratterizzazione è avvenuta monitorando il potenziale di libera corrosione (OCP) ed effettuando polarizzazioni potenziodinamiche (PDP). I prodotti di corrosione
sono stati successivamente caratterizzati tramite microsco-
pia elettronica a scansione (SEM) e analisi elementare (EDS). MATERIALI E METODI
Le analisi sono state condotte su più repliche (esperimenti in triplicati) di tre leghe di bronzi arsenicali: CuAs-1, CuAs-3 e CuAs-5. Il numero a loro assegnato indica la percentua-
le in peso di arsenico. Sono state prodotte con l’ausilio di un forno elettrico con crogiolo di grafite, dopo una colata in stampo di ghisa ed un raffreddamento all’aria. Per evitare
eterogeneità residue della soluzione solida sono state poi sottoposte a ricristallizzazione ad una T di 550°C per 2 giorni
e successivamente temprate in acqua non agitata. Le leghe sono state dapprima sottoposte ad analisi metallografica se-
guendo la procedura di pulitura e lucidatura ASTM e03-11 e ad attacco chimico tramite FeCl3 per evidenziarne la mi-
crostruttura [7]. Successivamente sono state passate a car-
ta a SiC a grana 1000 per uniformarne la rugosità. Le prove elettrochimiche sono state realizzate con la tipica configu-
razione a tre elettrodi con il seguente setup sperimentale:
elettrodo di riferimento a calomelano saturo (SCE), contro
elettrodo in platino, elettrodo di lavoro (campione metalli-
co). Le misure di PDP sono state condotte dopo un monito-
raggio dell’OCP fino a raggiungimento dell’equilibrio del sistema. La misura è stata effettuata a partire da -1.2 V vs. OCP
fino ad arrivare ad 1 V vs. OCP per entrambe le soluzioni. Le misure effettuate sulle repliche sono comparabili le une con le altre permettendo di fornire risultati utili a livello statistico. I prodotti di corrosione così ottenuti sono stati esaminati
mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) e analisi elementare (EDS). RISULTATI
In figura 1 sono mostrate le curve di polarizzazione poten-
ziodinamica registrate sui campioni più significativi. Un confronto tra le curve potenziodinamiche mostra che le curve
anodiche sono molto simili tra loro e che la percentuale di arsenico nelle leghe sembra influenzare principalmente la parte catodica della curva. In entrambe le soluzioni, la reazione catodica che sostiene il processo di corrosione è la
riduzione dell’ossigeno, come si evince dalla presenza di un
ampio campo di potenziali ove la semireazione è sotto controllo diffusivo. Si nota per entrambe le condizioni operative
un abbassamento delle correnti limite di diffusione dell’ossigeno in relazione alla presenza dell’arsenico. Per quanto
riguarda la semireazione anodica, vi è un cambiamento della curva in relazione alla soluzione di analisi e in alcuni casi il
fenomeno di trasporto di carica è seguito da una transizione attivo passiva e dalla rottura del film (transpassivazione).
Nel ramo anodico delle misure effettuate in 0.1M NaCl (Fig.1A) per le leghe CuAs si evidenzia una piccola zona di
passività nell’intervallo di potenziali da -0.27 V a -0.18 V. Essa è seguita da diversi picchi che possono essere associa-
bili alle reazioni di ossidazione del rame in ossido rameoso (I) e in rameico (II).
Fig.1 - PDP delle diverse leghe nelle differenti soluzioni: A) 0.1 M NaCl; V) 0.1 M Na2SO4 / PDP of the diverse alloys in the differents solutions: A) 0.1 M NaCl; B) 0.1 M Na2SO4
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Scientific papers - Corrosion
Ciò è confermato dalla curva anodica del rame elettrolitico
sizionali dei prodotti di corrosione nelle leghe i campioni
tre leghe, la curva del CuAs-5 è quella che presenta correnti
Dalle osservazioni condotte sui campioni immersi in 0.1 M
che ha un andamento simile a quello delle leghe CuAs. Tra le
sono stati analizzati al SEM-EDS dopo polarizzazione.
di passività più basse seguita da CuAs-1 e CuAs-3. Si ipotiz-
NaCl si può notare un’eterogeneità della superficie caratte-
za che queste zone di passivazione siano associate all’ossi-
rizzata da prodotti a diverso peso atomico medio (figura 2A,
dazione dell’As nei suoi composti. Come per le misure in
2B, 2C). Si osservano cristalli di varie dimensioni risultato di
NaCl, in Na2SO4 (Fig.1B) le leghe Cu-As presentano una zona
diverse cinetiche di cristallizzazione. Si possono distingue-
di passività (CuAs-1, CuAs-3 e CuAs-5). Si osservano, inol-
re: 1) cristalli globulari probabilmente nello strato più inter-
tre, le due semireazioni anodiche di ossidazione del rame e
no della patina di corrosione; 2) cristalli poligonali più su-
dell’arsenico. Al contrario della condizione precedente, in
perficiali, che ricoprono la maggior parte del campione. Dai
questa soluzione è la lega CuAs-3 a presentare correnti di
vari spettri EDS ottenuti si nota come a seguito di polarizza-
passivazione più basse, seguita in successione da CuAs-5 e
zioni in ambiente ricco di cloruri i prodotti di corrosione più
CuAs-1.
comuni sono ossidi di rame, cloruri e idrossicloruri di rame.
Per valutare eventuali modifiche morfologiche e compo-
A
B
C
D
E
F
Fig.2 - Micrografie SEM-SE dei campioni dopo polarizzazione: A) CuAs-1 0.1 M NaCl; B) CuAs-3 0.1 M NaCl; C) CuAs-5 0.1 M NaCl; D) CuAs-1 0.1 M Na2SO4 ; E) CuAs-3 0.1 M Na2SO4 ; F) CuAs-5 0.1 M Na2SO4SEM / SE micrographs of samples after polarisation: : A) CuAs-1 0.1 M NaCl; B) CuAs-3 0.1 M NaCl; C) CuAs-5 0.1 M NaCl; D) CuAs-1 0.1 M Na2SO4 ; E) CuAs-3 0.1 M Na2SO4 ; F) CuAs-5 0.1 M Na2SO4.
Nei campioni immersi in Na2SO4 la morfologia evidenzia le
del sale utilizzato per le misure elettrochimiche. Si rileva an-
zione che appare intergranulare (Fig. 2D, 2E, 2F). Inoltre,
do globulare in corrispondenza di cavità e zone di erosione.
caratteristiche microstrutturale della lega con una penetra-
si notano cricche da cui emergono, in rare aree, prodotti di corrosione globulare. I prodotti di corrosione ricchi in S (probabilmente solfati di Cu), si distribuiscono maggior-
mente sulla superficie del campione. Si evidenziano, in cor-
rispondenza di queste aree, percentuali significative di Na
che possono essere legate ad un adsorbimento superficiale
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che As, che potrebbe essere precipitato sotto forma di ossi-
La mappa elementare del campione CuAs-3 ha confermato
la natura dei prodotti di corrosione meno cristallini. Lo S si distribuisce in corrispondenza dei precipitati microcristallini che si dispongono sopra lo strato di ossidazione compatto
(Fig. 3). Le analisi EDS hanno rilevato una presenza marcata di Cu che porta a pensare alla formazione di ossidi e solfati.
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Memorie scientifiche - Corrosione
In corrispondenza delle aree di agglomerati globulari si evi-
mente presenti anche nelle tre leghe. Inoltre, contrariamen-
dati raccolti si può ipotizzare che in ambiente ricco di solfati
di conseguenza di suoi ossidi, è maggiore.
denzia la presenza di As e Cu, associabile a ossidi misti. Dai
il rame forma ossidi e solfati di rame. Essi sono probabil-
te ai campioni polarizzati in NaCl, la presenza di arsenico, e
Fig.3 - Micrografia SEM-BSE del campione CuAs-3 in 0.1 M Na2SO4 a 1000X e distribuzione degli elementi considerati: ossigeno; zolfo; rame; arsenico / SEM-BSE micrograph of sample CuAs-3 in 0.1 M Na2SO4 at 1000X and elements distribution: oxygen; sulphur; copper; arsenic. CONCLUSIONI
Le misure, condotte su repliche di bronzi arsenicali con diversa concentrazione in peso di arsenico (1%, 3% e 5%), hanno
evidenziato come la presenza dell’elemento influenzi il comportamento della lega. Infatti, questo modifica sia la semireazione catodica, limitando l’apporto di ossigeno all’interfaccia metallo soluzione, sia quella anodica, evidenziando regioni di
passività anche se limitate. Ciò in generale rende le leghe più resistenti alla corrosione rispetto al rame elettrolitico. Tuttavia,
il grado di protezione non dipende unicamente dalla concentrazione dell’arsenico in lega. Si è infatti osservato come nei diversi ambienti di immersione il grado di protezione delle leghe vari non linearmente. Al fine di comprendere più in detta-
glio questi risultati si procederà a effettuare nuove prove in entrambe le condizioni con campioni a concentrazione nota di As per confermare il trend ottenuto.
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Electrochemical behavior of archaeological arsenical bronzes according to the concentration of arsenic in the alloy Abstract: In this study, we aim to understand how arsenic concentration affects corrosion phenomena in archaeological copper alloys. Electrochemical analyses were performed in triplicate on three alloys, namely CuAs-1, CuAs-3,
CuAs-5, based on the different weight percentages of arsenic in the alloy. The electrochemical results, compared with
those of pure copper samples, indicate that the presence of arsenic leads to a substantial improvement of the corrosion behavior and the best alloy is the one with the highest arsenic concentration. These results are confirmed by spectro-
scopic analyses showing that a layer of mixed protective oxides of copper and arsenic is formed. The lower corrosion resistance of copper, on the other hand, was related to the presence of soluble salts on the surface.
KEYWORDS: ARCHAEOLOGICAL BRONZES, ARSENIC, PASSIVATION, PROTECTIVE OXIDES
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Attualità industriale - Industry news
Intervento di ispezione sulle strutture metalliche del Ponte sul fiume Po “Della Gerola” a cura di: M. Carsana, M. Gastaldi, F. Lollini, E. Redaelli
La conservazione dei ponti metallici esistenti in Italia, dopo anche cento o più anni dalla loro realizzazione, rappresenta attualmente un argomento di notevole interesse nazionale, sia perché molti di questi richiedono interventi di restauro a causa dei fenomeni di degrado subiti nel tempo, sia per la loro rilevanza architettonica e sociale che li contraddistingue come beni del patrimonio culturale. Tra questi rientra anche il ponte “Della Gerola”; costruito nel 1916, il ponte attraversa il fiume Po lungo la strada provinciale n° 206 Voghera - Novara che collega i comuni di Mezzana Bigli e Sannazzaro (a Nord) e Cornale (a Sud). Si tratta di un ponte ad arco a via inferiore in acciaio che si sviluppa su 8 campate per una lunghezza di 756 metri. A supporto dell’attività di manutenzione, il ponte è stato sottoposto nel 2019 ad un intervento di ispezione. Questa memoria presenta i risultati dell’ispezione effettuata per una preliminare valutazione delle condizioni di conservazione, in relazione alla corrosione dell’acciaio, e per fornire indicazioni atte a definire l’intervento di recupero.
PAROLE CHIAVE: PONTE METALLICO STORICO, ISPEZIONE, ACCIAIO, CORROSIONE
INTRODUZIONE I ponti storici in acciaio esistenti in Italia, realizzati anche più di 100 anni fa, appartengono per la loro rilevanza architettonica e sociale al nostro patrimonio culturale. La maggior parte di essi hanno richiesto negli ultimi anni interventi di restauro a causa anche dei fenomeni di degrado subiti nel tempo, in particolare, per effetto della corrosione atmosferica [1-2]. L’ispezione degli elementi metallici che costituiscono tali ponti è di fondamentale importanza per la diagnosi dello stato di conservazione e per la pianificazione degli interventi di restauro [1]. Fra i ponti storici [3] rientra anche quello “Della Gerola” che si trova sul fiume Po, lungo la strada provinciale n°
M. Carsana, M. Gastaldi, F. Lollini, E. Redaelli Politecnico di Milano
206 Voghera – Novara, che collega i comuni di Mezzana Bigli e Sannazzaro (a Nord) e Cornale (a Sud). La sua realizzazione risale al 1916; è stato bombardato durante la seconda guerra mondiale e ricostruito nel 1948. Si tratta di un ponte ad arco in acciaio costituito da 8 arcate che poggiano su 2 spalle e 7 pile intermedie in muratura, per uno sviluppo complessivo di 756 metri (Fig. 1). Nel 2019 il ponte è stato ispezionato per effettuare una preliminare valutazione delle condizioni di conservazione, in re-
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Industry news - Attualità industriale
lazione allo stato di corrosione dell’acciaio. Questa nota
piano stradale. Nel tempo le criticità riscontrate al piano
descrive i risultati dell’ispezione e le indicazioni fornite
stradale hanno alterato probabilmente il deflusso delle
per definire l’intervento di restauro in capo alla Provincia
acque meteoriche, con conseguenti percolamenti sugli
di Pavia, coinvolta nella gestione manutentiva della rete
elementi metallici presenti all’intradosso del piano viario.
stradale extraurbana per una competenza di 2.046 chilo-
Alla quota del piano viario gli elementi maggiormente
metri (tra SS.PP. "storiche" ed ex SS.SS che interessano
danneggiati dalla corrosione sono le lastre metalliche po-
i ponti sul Po).
ste all’estradosso delle arcate inferiori a protezione del nodo arcata-impalcato. In genere, il rivestimento protetti-
METODOLOGIA DI ISPEZIONE
vo delle lastre risulta per buona parte distaccato (Fig. 2b);
L’ispezione è consistita nell’osservazione visiva degli
si è osservato un grado di arrugginimento R5, ovvero, il
elementi metallici del ponte (Fig. 1), effettuata sia dalle
livello più elevato di corrosione in accordo alla ISO 4628-
passerelle pedonali, poste lungo i lati del ponte (a Est e
3:2016. La posizione delle lastre rispetto al piano viario
a Ovest), sia dalle impalcature di servizio presenti in cor-
e le condizioni in cui versa lo stesso potrebbero avere
rispondenza a ciascuna pila. In particolare, si è osservato
avuto un ruolo sul loro comportamento a corrosione. In
l’intradosso delle catene, dei controventi e della piastra
corrispondenza ad esse si verifica una maggiore concen-
ortotropa, oltre gli appoggi fissi e mobili e le travi trasver-
trazione degli agenti inquinanti, nonché una maggiore
sali (lungo il lato Nord). L’ispezione ha previsto il rilievo
permanenza di acqua che ha favorito il degrado. Tuttavia,
visivo dei fenomeni corrosivi e dei distacchi del rivesti-
la condizione superficiale delle lastre che si corrodono
mento causati dalla corrosione ed una stima delle percen-
non è confrontabile a quella di altri elementi metallici ap-
tuali di area interessata dalla ruggine in accordo alla nor-
parentemente simili e prossimi ad esse; è stato, quindi,
ma ISO 4628-3:2016 [4]. La normativa definisce sei diversi
consigliato di valutare se i diversi elementi siano stati pro-
gradi di arrugginimento della superficie metallica (da Ri0
tetti in modo analogo attraverso analisi di laboratorio su
a Ri5), corrispondenti ad un valore approssimato della
campioni di pittura. In corrispondenza del piano stradale
percentuale di superficie interessata dalla ruggine (da 0%
si innestano anche i pendini, tramite i quali l’impalcato è
fino a 50%). Inoltre, sono state effettuate misure di spes-
sospeso all’arcata (Fig. 1). Tali pendini, che risultano de-
sore per valutare l’assottigliamento di alcune parti degli
gradati soprattutto all’intradosso della catena, mostrano,
appoggi mobili utilizzando un calibro (con nonio centesi-
nella porzione visibile dall’estradosso, di aver subito in
male) e uno strumento ad ultrasuoni.
passato un intervento che si è limitato al ritocco del rivestimento protettivo senza la rimozione dei prodotti di
RISULTATI E DISCUSSIONE
corrosione che hanno determinato vistosi rigonfiamenti
L’ispezione dalla quota del piano viario del ponte ha con-
(Fig. 2c). L’ispezione dall’estradosso del piano viario ha
sentito di verificare lo stato generale di conservazione de-
evidenziato che il rivestimento delle arcate superiori e dei
gli elementi in acciaio delle arcate e dei tralicci, oltre alla
tralicci trasversali (Figg. 2d-e) ha perso la sua efficacia; per
condizione dei giunti trasversali e della pavimentazione
questo sono stati programmati interventi di ripristino in
stradale. L’ispezione è proseguita sugli elementi metallici
accordo a quanto previsto dalla UNI EN ISO 12944-5 [5].
posizionati al di sotto del piano stradale. Si sono osservati avvallamenti, irregolarità e cedimenti in diverse zone della pavimentazione. I giunti trasversali presentano delle criticità a cui si è posto rimedio nel tempo con interventi circoscritti che hanno previsto localmente la posa di conglomerato bituminoso (Fig. 2a). In alcuni casi, il conglomerato è distaccato; frammenti di esso tendono ad accumularsi all’estremità del giunto. A fronte di tali evidenze è stato previsto un intervento finalizzato al rifacimento del
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Attualità industriale - Industry news
Fig.1 - Vista generale del lato Est del ponte Della Gerola con indicazione dei principali elementi strutturali / General view of eastern side of the bridge “Della Gerola” with indications of the main structural elements. Da alcune criticità riscontrate all’estradosso dipendo-
percolazioni provenienti dal giunto (Fig. 2f). Gli appoggi
no anche le maggiori evidenze di corrosione appurate
fissi (Fig. 1) presentano, invece, un minore grado di cor-
all’intradosso dell’impalcato su diversi elementi metallici.
rosione (R2-R3) probabilmente perché realizzati con una
Una zona particolarmente corrosa è quella degli appoggi
lega ferrosa differente rispetto agli appoggi mobili; per
mobili (Fig. 1) che presentano un grado di arrugginimen-
questo motivo hanno un diverso comportamento alla
to in prevalenza pari a R4 e R5, in particolare per le facce
corrosione, a parità di condizioni di esposizione. L’ispe-
esposte a Sud e quelle perpendicolari ad esse, più interne
zione preliminare ha previsto per le zone vistosamente
rispetto allo sviluppo dell’impalcato, come può essere ri-
corrose degli appoggi mobili il prelievo e l’analisi di cam-
scontrato dall’analisi di frequenza riportata nelle Figg. 3a-
pioni di prodotti di corrosione al fine di valutare l’aggres-
b. La causa è da imputare alle percolazioni d’acqua prove-
sività del microclima. In prossimità dei giunti si è, inoltre,
nienti dai giunti. La situazione è simile in corrispondenza a
valutata la condizione superficiale delle travi trasversali. In
tutte le pile. In effetti, i giunti del piano viario non garanti-
particolare, si è appurato che, proprio in corrispondenza
scono una corretta evacuazione delle acque meteoriche,
delle estremità delle travi trasversali (porzioni 1 e 4, Fig. 1)
come si è osservato dalle condizioni carenti del sistema di
che si affacciano sui giunti (Fig. 2g), prevalgono estesi fe-
scarico. Per valutare l’effetto della corrosione atmosferica
nomeni di corrosione; rispettivamente il 50 e l’80% di tali
si sono effettuate misure di spessore sugli elementi spor-
porzioni presentano un grado di arrugginimento pari a R4
genti degli appoggi mobili. Nella maggior parte dei casi
e R5 (Fig. 3c). Si è notato che, lungo le ali ortogonali all’a-
lo spessore residuo è inferiore al 65% del valore iniziale
nima delle travi, si accumulano detriti e polveri, probabil-
e su alcune porzione si raggiungono valori anche inferiori
mente provenienti dal giunto dell’impalcato, che aumen-
al 40%, a conferma che la corrosione ha portato, in molti
tano notevolmente il tempo di bagnato [1-2] favorendo
casi, ad un considerevole assottigliamento della sezione
la corrosione, come evidenziato dal consumo delle teste
di tali elementi. Anche la controventatura, che si inseri-
dei chiodi (Fig. 2h). Per verificare lo stato di conservazio-
sce al di sopra di ogni appoggio mobile in corrispondenza
ne dei profilati che costituiscono le travi trasversali e delle
all’estremità della trave trasversale, presenta nella zona
loro chiodature è stato indicato di fare dei prelievi di cam-
di innesto un analogo livello di degrado da imputare alle
pioni di ossidi e di alcuni chiodi.
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Industry news - Attualità industriale
Nell’intorno di qualche metro rispetto al giunto, si è ap-
lamenti di acqua meteorica possono essere responsabili
purato come il 78% delle catene presentino un grado di
delle condizioni di locale aggressività. L’inaccessibilità di
arrugginimento pari a R4-R5 lungo i profili più interni (Fig.
tali zone non ha consentito un’osservazione di dettaglio,
3d). Le catene si estendono longitudinalmente al di sotto
ritenuta necessaria insieme al prelievo di campioni. La
delle arcate; si è notato che, in corrispondenza dell’inne-
condizione delle zone più interne dell’intradosso dell’im-
sto di quest’ultime con il piano viario, la geometria dell’e-
palcato appare diversa (Fig. 2l), senza evidenti problemi di
stradosso delle stesse favorisce l’accumulo di materiale
corrosione. In prossimità della zona del giunto, soprattut-
proveniente dal piano stradale. Il deposito facilita la per-
to all’intradosso dell’impalcato, l’ambiente di esposizio-
manenza di condizioni umide ed espone le catene ad un
ne degli elementi metallici è particolarmente aggressivo,
microclima aggressivo. Sempre in direzione longitudinale
in quanto influenzato da quei fattori che possono favorire
rispetto all’impalcato, seppure in posizione più arretrata
la corrosione atmosferica dell’acciaio, tra cui le condizio-
rispetto alle catene (al di sotto del bordo della pavimenta-
ni di umidità, la presenza di depositi e quella di eventuali
zione stradale) si osservano condizioni di corrosione an-
inquinanti come i cloruri (dovuti all’uso di sali disgelanti
che più critiche (R5) per la piastra ortotropa e i profilati IPE
sulla pavimentazione stradale nei periodi invernali).
(trafilati a doppia T) posti al di sotto di essa (Fig. 2i). La vicinanza alla pavimentazione stradale e l’effetto dei perco-
Fig.2 - Condizioni superficiali degli elementi metallici all’estradosso (a-e) e all’intradosso (f-l) del Ponte Della Gerola / Surface conditions of steel elements on the extrados (a-e) and intrados (f-l) of bridge "Della Gerola".
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Attualità industriale - Industry news
Fig.3 - Distribuzione di frequenza del grado di arrugginimento (crescente da R0 a R5) rilevato sugli appoggi mobili disposti lungo i lati Est (a) e Ovest (b), sulle porzioni (da 1 a 4) delle travi trasversali lungo il lato Nord (c) e sulle catene (d) del ponte Della Gerola / Frequency distribution of rust grade (from R0 to R5) observed on mobile supports along East side (a) and West side (b), on the several portions (from 1 to 4) of transverse beams along North side (c) and on the steel chains (d) of bridge "Della Gerola". CONCLUSIONI
la cui geometrica non ne favorisce il deflusso, sia il depo-
L’ ispezione ha evidenziato che le situazioni più critiche
sito di materiale proveniente dall’estradosso che si accu-
dal punto di vista della corrosione sono localizzate in
mula su elementi metallici con orientamento orizzontale
prossimità dei giunti, soprattutto all’intradosso dell’im-
e tende a trattenere l’umidità e possibili inquinanti. Per
palcato; in tali zone l’ambiente di esposizione degli ele-
una valutazione completa dello stato di conservazione
menti metallici è particolarmente aggressivo. L’intervento
delle strutture in acciaio del ponte si è suggerito di pro-
di restauro ha quindi lo scopo, non solo di ripristinare le
cedere anche all’analisi di campioni di elementi metallici,
condizioni di protezione degli elementi in acciaio, ma an-
del rivestimento e dei prodotti di corrosione provenienti
che di limitare i fattori che possono favorire la corrosione
dalle zone di degrado più significative individuate durante
atmosferica dell’acciaio; si deve prevenire sia la percola-
l’ispezione.
zione di acqua e il suo ristagno, in particolare su elementi
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Industry news - Attualità industriale
Inspection on the steel structures of bridge “Della Gerola” on Po river The conservation of existing steel bridges in Italy, also after 100 or more years from their construction, represents cur-
rently an important topic of national relevance. In fact, many of these bridges require currently a repair intervention due
to the degradation phenomena suffered over time. Moreover, most of them are included in the cultural heritage monuments because of their architectural or social relevance, such as the “Della Gerola” bridge. Built in 1916, it crosses the Po river along the provincial road n ° 206 Voghera - Novara which connects the municipalities of Mezzana Bigli and Sannazzaro (to the north) with Cornale (to the south). It is a steel arch bridge , consisting of 8 arches for a total length of
756 meters. In order to support the maintenance activities, the bridge was subjected in 2019 to several inspections. This
note presents the results of the inspection made to evaluate preliminarily the corrosion state of steel and to propose guidelines for repair.
KEYWORDS: HISTORICAL STEEL BRIDGE, INSPECTION, STEEL, CORROSION
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Memorie scientifiche - Corrosione
Grandi tappe nello studio della corrosione delle armature F. Bolzoni, M. Ormellese, E. Proverbio, MP. Pedeferri
La corrosione delle armature nel calcestruzzo è stata a lungo trascurata nella letteratura scientifica e tecnica e il calcestruzzo armato era considerato “eterno”. Fino agli anni ’50 l’attenzione ai problemi di durabilità delle strutture in calcestruzzo armato era focalizzata prevalentemente sull’attacco del calcestruzzo. Solamente alla fine degli anni ‘50 si inizia a studiare la corrosione delle armature, ma il salto di qualità è arrivato tra gli anni ’70 e gli anni ’80. Un contributo importante è stato dato anche dai gruppi di ricerca italiani, attivi nelle Università degli Studi di Roma, Ancona, Ferrara e al Politecnico di Milano, dove il professor Pedeferri e la sua scuola si interessarono in particolare allo studio della protezione e prevenzione catodica, delle armature in acciaio inossidabile e degli inibitori di corrosione.
PAROLE CHIAVE: CORROSIONE NEL CALCESTRUZZO, CORROSIONE DA CARBONATAZIONE, CORROSIONE DA CLORURI, INFRAGILIMENTO DA IDROGENO, METODI DI PROTEZIONE AGGIUNTIVA, PROTEZIONE E PREVENZIONE CATODICA
INTRODUZIONE La corrosione delle armature è stata a lungo trascurata nella letteratura scientifica e tecnica. Fino agli anni ’50 e in parte ’60 del Novecento l’attenzione ai problemi di durabilità delle strutture in calcestruzzo armato era focalizzata prevalentemente sull’attacco del calcestruzzo; il salto di qualità nello studio della corrosione delle armature avviene a partire dagli anni ’70, ma soprattutto negli anni ’80 e ’90 [1-5]. Nell’articolo si trattano alcuni argomenti: la corrosione delle armature dovuta a carbonatazione e ai cloruri, l’infragilimento da idrogeno degli acciai a elevata resistenza, la prevenzione della corrosione e i metodi di protezione aggiuntiva, in particolare le armature in acciaio inossidabile e la protezione catodica, con un cenno alle altre tecniche. Per ragioni di spazio non si trattano i metodi di ispezione e controllo e la valutazione della vita utile, per i quali si rimanda ai testi [6-8] e alla bibliografia in essi ci-
F. Bolzoni
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, materiali e ingegneria chimica G. Natta (fabio.bolzoni@polimi.it)
M. Ormellese
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, materiali e ingegneria chimica G. Natta (marco.ormellese@polimi.it)
E. Proverbio
Università degli Studi di Messina, Dipartimento di Ingegneria (eproverbio@unime.it)
MP. Pedeferri
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, materiali e ingegneria chimica G. Natta (mariapia.pedeferri@polimi.it)
tata. Sono richiamati i contributi importanti a livello internazionale, soprattutto in ambito europeo, e si ricorda il ruolo della scuola italiana (Politecnico di Milano, Università di Roma, Napoli, Ancona, Ferrara, Bergamo, Messina). La bibliografia consultata è stata soprattutto quella utilizzata nei libri [6-9], ai quali si rimanda per approfon-
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Scientific papers - Corrosion
dimenti. Riferimenti utili sono stati i numeri speciali di ri-
che considera due fasi: innesco e propagazione della cor-
viste dedicati a Pietro Pedeferri [10, 11] e l’articolo di Car-
rosione [13]. Il tempo di innesco è pari al valore necessario
men Andrade [12].
perché gli agenti aggressivi arrivino alla profondità delle armature e provochino la loro depassivazione, e dipende
L’articolo, che nel titolo ne richiama uno precedente di
principalmente dalle caratteristiche del calcestruzzo, in
Pietro Pedeferri sulla rivista “Pianeta inossidabili”, è de-
particolare dalla sua permeabilità (e quindi dalla porosità)
dicato alla memoria di Pietro Pedeferri (1938-2008) e Luca
e dallo spessore di copriferro. Sono importanti anche le
Bertolini (1966-2017), per il loro contributo alla compren-
condizioni ambientali, in particolare l’umidità relativa, la
sione del meccanismo di corrosione delle armature, ai
temperatura e la concentrazione delle specie aggressive
metodi di protezione e prevenzione, e alla divulgazione
(anidride carbonica o cloruri). Dopo l’innesco, l’acciaio si
delle conoscenze, sia nell’ambito accademico istituzio-
corrode con una velocità che dipende dalle condizioni di
nale sia nella formazione permanente dei tecnici del set-
esposizione ambientale, in particolare il contenuto di os-
tore delle costruzioni. Pietro Pedeferri a partire dagli anni
sigeno e la resistività del calcestruzzo. Questo periodo,
’80, divenne uno dei principali punti di riferimento sull’ar-
detto tempo di propagazione, termina quando è raggiun-
gomento a livello internazionale. Luca Bertolini, migliore
to uno stato limite, ad esempio la fessurazione o il distac-
allievo di Pietro Pedeferri, prematuramente scomparso,
co del copriferro [8]. Nel caso della corrosione da cloruri,
ancora oggi è tra i 10 ricercatori più presenti nei database
che avviene in forma localizzata la sezione resistente si
internazionali alla voce “corrosion AND concrete”.
può ridurre a livelli inaccettabili in tempi brevi. Il tempo di propagazione è molto ridotto e con un approccio con-
La corrosione delle armature
servativo si può considerare che la vita utile coincida con
Le armature di acciaio al carbonio nel calcestruzzo sono
il tempo di innesco [8].
protette dalla corrosione grazie alle condizioni di passività che si instaurano a contatto con la soluzione alcalina
Per quanto riguarda la corrosione da carbonatazione,
(pH in genere compreso tra 13 e 14) contenuta nei pori
contributi importanti sono stati forniti soprattutto a par-
della pasta cementizia: questo effetto è stato riconosciuto
tire dagli anni ’80, da Bakker, Parrott e Page tra gli altri [8,
già alla fine degli anni ’50 e razionalizzato meglio nei due
14]. La ricerca si è focalizzata sia sulla determinazione di
decenni successivi [1-8]. La corrosione delle armature
un’equazione per modellare il trasporto dell’anidride car-
può essere indotta dalla carbonatazione del calcestruzzo
bonica, sia sull’influenza dei principali fattori. Per quan-
o dalla presenza di cloruri. Nel primo caso, l’anidride car-
to riguarda la velocità di corrosione dopo l’innesco sono
bonica presente nell’atmosfera può reagire con i compo-
stati molto importanti anche i contributi della scuola di
sti alcalini presenti nella soluzione dei pori del calcestruz-
Madrid [8].
zo (NaOH, KOH) e nella matrice cementizia sotto forma di Ca(OH)2 (portlandite). La carbonatazione diminuisce il
Nel caso dei cloruri, degno di nota è sicuramente il contri-
pH della soluzione dei pori a valori prossimi alla neutrali-
buto pionieristico di Strattfull, che analizzando un ponte
tà, per cui l'acciaio nel calcestruzzo carbonatato non è più
in c.a. mediante misure di potenziale e di resistività, in-
passivo. La corrosione da cloruri avviene quando questi
dividuò il ruolo importante della permeabilità del calce-
ioni raggiungono alla superficie dell’armatura una con-
struzzo, dello spessore di copriferro e delle condizioni
centrazione superiore a un valore critico. In questo arti-
ambientali (contenuto di cloruri e umidità relativa) [15].
colo non si approfondisce la corrosione dovuta alle cor-
La comprensione del meccanismo di corrosione è stata
renti disperse, meno importante rispetto ai terreni.
raggiunta solo in seguito. Il trasporto dei cloruri può essere modellato con la seconda legge di Fick della diffu-
Nel seguito si farà riferimento, per la vita utile delle strut-
sione non stazionaria, come proposto per la prima volta
ture in calcestruzzo armato interessate dalla corrosione
da Collepardi e coautori nel 1972 [16]. A partire da allora è
delle armature, al modello di Tuutti, proposto nel 1982,
stata messa in luce la presenza di altri meccanismi (assor-
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Memorie scientifiche - Corrosione
bimento capillare, …) e il ruolo dei diversi tipi di cemento,
dell’ambiente, propongono limiti sulla composizione del
in particolare pozzolanici o d’altoforno [8]. Il contenuto
calcestruzzo (rapporto acqua/cemento), sullo spessore
critico di cloruri è stato studiato a partire dagli anni ’60,
minimo del copriferro e sull’esecuzione delle strutture
inizialmente mediante prove in soluzione, per merito di
(stagionatura) [21, 22]. Il rispetto di queste normative eli-
ricercatori come Haussmann e Gouda [8]. Negli anni suc-
minerebbe, per vite di servizio usuali, comprese tra 50 a 75
cessivi, soprattutto a partire dagli anni ’80, l’argomento è
anni e anche più lunghe nel caso di corrosione da carbo-
stato studiato mediante prove di laboratorio e analisi su
natazione, la grande maggioranza dei casi di corrosione.
strutture reali e questo ha portato a razionalizzare l’influenza dei diversi fattori [8]. Un valore di concentrazione
Vi sono alcuni casi di grande importanza pratica nei quali
critica di cloruri spesso riportato è compreso tra 0,4% e
il rispetto degli standard, secondo l’opinione di molti stu-
1% rispetto alla massa di cemento.
diosi, non può garantire la vita utile della struttura. Questo accade in presenza di ambienti molto aggressivi, in
Corrosione sotto sforzo delle armature a elevata
particolare per la presenza di cloruri (ambiente marino o
resistenza
sali antigelo) e/o di vite di servizio molto lunghe. In que-
L'applicazione della tecnologia del calcestruzzo armato
sti casi, è possibile fare ricorso alle cosiddette “protezio-
precompresso nelle strutture civili è relativamente recen-
ni aggiuntive” che possono modificare le caratteristiche
te. Pertanto, i problemi di corrosione e deterioramento
del calcestruzzo, delle armature e dell’ambiente esterno.
del calcestruzzo associati a questo tipo di strutture sono
Nel seguito si farà riferimento all’uso di armature in accia-
diventati evidenti solo all'inizio degli anni '80. A causa del-
io inossidabile e alla prevenzione catodica, con un cenno
la natura delle strutture in calcestruzzo armato precom-
alle altre tecniche (armature in acciaio zincato, inibitori di
presso, i fenomeni di corrosione hanno frequentemen-
corrosione, rivestimenti del calcestruzzo).
te portato al cedimento improvviso e catastrofico delle strutture stesse. Studi sistematici su queste problemati-
Protezione e prevenzione catodica. Dagli anni ’70 del
che sono stati sviluppati soprattutto dopo il collasso della
novecento la protezione catodica è stata utilizzata per
copertura del centro congressi di Berlino avvenuto nel
bloccare la corrosione delle armature in strutture conte-
maggio del 1980 [17]. Un contributo importante in que-
nenti cloruri in concentrazione superiore a quella critica,
sto settore è stato dato dall’Università di Stoccarda, dal
soprattutto nelle solette dei ponti sui quali è sparso sale
gruppo di Ulf Nürnberger [18] e dal BAM, Federal Institute
antigelo nelle stagioni fredde [23]. L’attività sperimenta-
for Materials Research and Testing di Berlino (gruppo di
le del gruppo di ricerca coordinato dal prof. Pietro Pe-
Bernd Isecke). Particolare attenzione è stata indirizzata in
deferri al Politecnico di Milano è iniziata negli anni ’80 in
questi studi alla correlazione tra suscettibilità all’infragili-
collaborazione con Tommaso Pastore, Luciano Lazzari,
mento da idrogeno e microstruttura degli acciai. In Italia i
Alberto Bazzoni e De Nora e ha riguardato inizialmente
primi studi su queste problematiche risalgono alla fine de-
il comportamento elettrochimico degli anodi. Negli anni
gli anni ‘80 ad opera di Mario Arpaia (Università degli Studi
’90 Pietro Pedeferri propose l’applicazione della tecnica
di Napoli Federico II) sino alla sua prematura scomparsa
alle strutture nuove, che chiamò “prevenzione catodica”
[19]. Successivamente ulteriori contributi sono stati dati
[24]. Quest’ultima consiste nell’applicazione di una bassa
dall’Università di Bergamo e dell’Università di Messina.
densità di corrente catodica alle armature passive, come
Quest’ultima a partire dai primi anni 2000 ha approfondito
illustrato nella sequenza 1-2-3 della Figura 1, dove si vede
lo studio dell’avanzamento delle cricche di tensocorro-
come l’abbassamento del potenziale di circa 200 mV por-
sione con la tecnica dell’emissione acustica [20].
ta a un aumento notevole della concentrazione di cloruri necessaria per innescare la corrosione (che corrisponde
Prevenzione della corrosione
al raggiungimento della zona A). Le condizioni di pro-
Oggi sono disponibili normative nazionali e internazio-
tezione delle armature sono state definite a partire dalla
nali, proposte a partire dagli anni ’90, che, in funzione
definizione di passività perfetta e imperfetta basandosi
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Scientific papers - Corrosion
sul contributo teorico di Pourbaix che aveva definito le
sione per contatto galvanico con acciaio al carbonio [33].
condizioni di passività perfetta e imperfetta negli anni ’70 [25], utilizzando sia risultati ottenuti presso i laboratori del
Armature in acciaio zincato. Le armature in acciaio zin-
Politecnico di Milano sia esperienze precedenti di altri ri-
cato sono state studiate a partire dagli anni ’80 ed è stato
cercatori italiani, Università di Roma [26] e internazionali.
dimostrato che sono efficaci in calcestruzzo carbonatato
La prevenzione catodica è stata recepita nelle normative
senza cloruri e in calcestruzzo alcalino possono consen-
EN ISO 12696 [27] e la sua efficacia è stata verificata anche
tire un aumento del tenore critico di cloruri fino al 1-1,5%
con prove di medio-lungo termine e con l’esperienza di
[8, 34, 35]. Nello studio di questo tipo di armature è stato
campo [28]. La prevenzione catodica consente anche di
notevole il contributo dell’Università di Ancona (ora Poli-
rendere più semplice l’applicazione alle strutture in c.a.p.,
tecnica delle Marche) [36].
evitando gli intervalli di potenziale pericolosi per l’insorgenza dell’infragilimento da idrogeno [29].
Inibitori di corrrosione. Sono stati utilizzati prevalentemente come metodo di prevenzione, aggiunti all’impasto.
Armature in acciaio inossidabile. Il loro uso è stato pro-
Gli inibitori più efficaci sono quelli a base nitrito di calcio,
posto principalmente nel caso di ambienti contaminati da
studiati già negli anni ’50 e commercialmente disponibili
cloruri, come il ponte di Progreso, in Messico, costruito
dagli anni ’70 [37, 38]. Inibitori organici a base di ammi-
negli anni ’30 del secolo scorso. In alcuni casi, come nella
ne e alcanolammine sono stati proposti negli anni ’80-’90
Guild Hall Yeast a Londra e nella chiesa Dives in Misericor-
[39]. Se aggiunti in concentrazione sufficiente gli inibito-
dia a Roma sono state usate anche in ambiente interessa-
ri possono aumentare la concentrazione critica di cloruri
to solo dalla carbonatazione, per garantire vite di servizio
dai valori di 0,4-1% rispetto alla massa di cemento, tipici
molto lunghe. Fino a oggi le applicazioni sono limitate,
delle armature in acciaio al carbonio, fino a valori 2-2,5%
probabilmente a causa del costo elevato dell’armatura in
per i dosaggi più elevati nel caso del nitrito e 1-1,5% nel
acciaio inossidabile (8-10 volte rispetto a quelle usuali in
caso degli inibitori organici [39]. Un contributo importan-
acciaio al carbonio).
te è stato dato dai gruppi di ricerca italiani, attivi presso le Università di Ancona (Politecnica delle Marche), Ferrara,
I primi studi sul comportamento di acciai inossidabili in
Bergamo e il Politecnico di Milano [40-42].
calcestruzzo contaminato da cloruri sono stati pubblicati negli anni ’70 da gruppi di ricerca britannici [30], danesi
Rivestimenti e trattamenti superficiali del calcestruz-
[31] e tedeschi [32]. Sulla base dei risultati ottenuti nei
zo. Sono stati utilizzati anche per la protezione delle ar-
laboratori del Politecnico di Milano da Pietro Pedeferri,
mature dalla corrosione e sono classificati in quattro cate-
Tommaso Pastore, Luca Bertolini e collaboratori, con-
gorie: rivestimenti organici che formano un film continuo,
frontati con quelli ottenuti presso altre istituzioni e con
trattamenti idrorepellenti, trattamenti di sigillatura dei
l’esperienza di campo sono stati messi a punto dei dia-
pori e malte cementizie-polimeriche. L’effetto principale
grammi (Figura 2) che indicano i campi di applicabilità dei
dei rivestimenti è ridurre la velocità di penetrazione delle
diversi materiali (acciaio comune o diversi tipi di acciaio
specie aggressive (cloruri) e quindi aumentare il tempo di
inossidabile) in funzione dell’aggressività ambientale [8].
innesco della corrosione. Sono caratterizzati in genere da
La concentrazione massima di cloruri tollerabile dai diver-
una bassa permeabilità all’acqua e quindi possono ridurre
si tipi di armatura diminuisce sensibilmente con l’aumen-
l’umidità all’interno dei pori del calcestruzzo e quindi la
to della temperatura (quindi in ambiente tropicale) e al di-
velocità di corrosione, aumentando il tempo di propaga-
minuire del pH (calcestruzzo carbonatato). La presenza di
zione [8]. Anche in questo campo ci sono stati contribu-
ossidi di saldatura peggiora il comportamento a corrosio-
ti delle scuole italiane, Università di Ancona (Politecnica
ne [8]. È stato chiaramente dimostrato dagli studi condotti
delle Marche) e Politecnico di Milano, che hanno studiato
dal gruppo di ricerca del prof. Pedeferri che le armature
sia rivestimenti di tipo idrorepellente sia malte cementizie
di acciaio inossidabile non aumentano il rischio di corro-
modificate con polimeri [43, 44].
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Memorie scientifiche - Corrosione
Fig.1 - Diagramma Pedeferri per la prevenzione cato-
Fig.2 - Applicabilità dei diversi acciai inossidabili (sen-
dica / Pedeferri diagram for the cathodic prevention of
za ossidi di saldatura) in ambienti contenenti cloruri
steel in concrete [8]
a temperatura di 20° / Application of different type of stainless steel (without welding oxides) in chloride rich environments at 20°C [8]
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Big milestones in the study of rebar corrosion Rebars corrosion in concrete has been neglected for a long time in the scientific literature and reinforced concrete was considered as an “eternal” material. The first relevant papers appeared at the end of the years ’50; only during the
sixties, and more during the ‘70s and the ‘80s, several research groups gave important contributions. An important contribution was also given by italian researchers thanks to Universities of Roma, Ancona, Ferrara and Politecnico di
Milano, where Professor Pietro Pedeferri and its school contributed to the study of cathodic protection and prevention, stainless steel reinforcements and corrosion inhibitors.
KEYWORDS: CORROSION IN CONCRETE, CARBONATION INDUCED CORROSION, CHLORIDES INDUCED CORROSION, HYDROGEN EMBRITTLEMENT, PREVENTATIVE METHODS, CATHODIC PREVENTION AND PROTECTION
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Attualità industriale - Industry news
Effetti di un trattamento idrofobizzante sulla propagazione della corrosione in strutture in calcestruzzo armato carbonatate a cura di: M. Gastaldi, F. Lollini
Sulle armature in calcestruzzo carbonatato, la corrosione può propagare e portare, anche dopo pochi anni, alla fessurazione e al distacco del copriferro. Questo comporta la necessità di effettuare interventi onerosi sia economicamente sia considerando l’impatto sull’ambiente. Attraverso l’impiego di trattamenti idrofobizzanti è possibile controllare la propagazione della corrosione in calcestruzzo carbonatato, ritardando la fessurazione e il distacco del copriferro e rimuovendo solo il calcestruzzo fessurato. Questa nota riporta i risultati di prove sperimentali realizzate per studiare un nuovo tipo di trattamento idrofobizzante. È stata analizzata la capacità di questo rivestimento di penetrare attraverso il calcestruzzo, di non causare problemi di corrosione alle armature ancora in condizioni di passività (in calcestruzzo alcalino) e di controllare la propagazione della corrosione delle armature in calcestruzzo carbonatato. I risultati hanno permesso di valutare l’efficacia di questo rivestimento in diverse condizioni di esposizione.
PAROLE CHIAVE: CORROSIONE NEL CALCESTRUZZO, CARBONATAZIONE, RIVESTIMENTO IDROFOBIZZANTE, VITA RESIDUA INTRODUZIONE Nelle strutture soggette a corrosione da carbonatazione, l’intervento di ripristino tradizionale consiste nella rimozione del calcestruzzo non più protettivo e nell’applicazione di una malta alcalina in grado di ripristinare la passività sulle armature [1]. Questo può comportare la rimozione di considerevoli quantità di calcestruzzo, con conseguenze sui costi, sia economici (diretti e indiretti) sia ambientali (produzione di scarti, consumo energia …), e sulla sicurezza dei lavoratori. La quantità di calcestruzzo da rimuovere può essere limitata applicando opportuni rivestimenti sulla superficie del calcestruzzo non ancora danneggiato, riducendo così l’impatto dell’intervento. I
M. Gastaldi, F. Lollini
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”, Milano
rivestimenti idrofobizzanti penetrano nel calcestruzzo e rivestono la superficie dei pori capillari esterni rendendo idrorepellente il calcestruzzo in superficie [2]. Si riduce, così, l’assorbimento capillare dell’acqua e delle sostanze aggressive in essa disciolte (ad es. i cloruri), ma non si impedisce l’evaporazione dell’acqua presente nel calcestruzzo [2-4]. In questo modo si tende a mantenere il calcestruzzo asciutto, controllando la propagazione della corrosione [1]. L’efficacia di questi rivestimenti di-
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Industry news - Attualità industriale
pende dalla loro capacità di penetrare nel calcestruzzo e
rosione (con il metodo della polarizzazione lineare) delle
nel mantenerlo in condizioni asciutte. Questa nota riporta
armature; durante l’esposizione in atmosfera si è misurata
i risultati di prove sperimentali realizzate per valutare la
anche la resistività elettrica del calcestruzzo.
penetrazione e l’efficacia, nel controllare la propagazione
Infine, si sono analizzati i possibili effetti del rivestimen-
della corrosione da carbonatazione, di un nuovo tipo di
to sulla passività delle armature. Per queste prove si sono
rivestimento idrofobizzante in forma di gel. Si sono veri-
confezionati 5 provini cilindrici armati in malta (malta
ficati, inoltre, possibili effetti del rivestimento sulla passi-
standard, in base alla EN 196-1; a/c = 0.5), alti circa 110
vità delle armature.
mm, con copriferro pari a 10 mm. Al centro è stata posta un’armatura (Ø=10 mm) con un’estremità che fuoriesce
PROCEDURA SPERIMENTALE
dal provino; la parte esterna è stata schermata in modo da
La penetrazione del rivestimento idrofobizzante a base
lasciare un tratto esposto di circa 70 mm. I cilindri sono
silanica è stata valutata su provini cubici (lato 7 cm) rea-
stati stagionati 7 giorni dopo il getto. In seguito si è ap-
lizzati con un calcestruzzo confezionato con 360 kg/m 3
plicato il rivestimento su 4 dei 5 provini. Dopo circa un
di cemento (CEM II/B-LL 32.5R), 180 L/m3 di acqua (a/c =
mese dall’applicazione del rivestimento, i campioni sono
0.5) e 1807 kg/m 3 di aggregati (Ø max=25 mm). Al termine
stati posti singolarmente in contenitori contenenti una
della stagionatura, e di un periodo di mantenimento in la-
soluzione di idrossido di calcio satura (evitando che la
boratorio, i provini sono stati posti a 25°C e a differenti
soluzione bagnasse la sommità dei provini) ed esposti in
U.R.: 50%, 90% e >95%. Una volta raggiunte condizioni
una camera climatica a 20°C. In ogni contenitore è stato
di equilibrio nei diversi ambienti (rilevate con misure di
posto anche un elettrodo di riferimento e un controelet-
massa e resistività), si è applicato il rivestimento in forma
trodo. Dopo 24 ore si è applicata una polarizzazione po-
di gel mediante una spatola. La profondità di penetrazione
tenziostatica anodica alle armature, portando il potenziale
del trattamento idrofobizzante è stata valutata, in diversi
a +256 mV vs SCE (+500 mV vs NHE; come indicato nella
tempi dopo l’applicazione, sulla superficie di frattura dei
norma EN 480-14). Durante la prova, di 24 ore, si è moni-
provini rotti ortogonalmente alla direzione di penetrazio-
torata la corrente circolante e il potenziale; al termine si è
ne del rivestimento, spruzzando acqua sulla superficie.
misurata la depolarizzazione e le condizioni delle armatu-
Per le prove di corrosione in calcestruzzo carbonatato sono
re in seguito alla rottura dei provini.
stati confezionati due provini prismatici (15×12×5 cm) con un calcestruzzo con 400 kg/m 3 di cemento (CEM II/A-L
RISULTATI E DISCUSSIONE
42.5R), 260 L/m 3 di acqua (a/c = 0.65) e 1825 kg/m 3 di ag-
La penetrazione del gel silanico nel calcestruzzo è sta-
gregati (Ø max=9.5 mm). In ogni provino sono state inserite
ta valutata mantenendo i provini in diverse condizioni di
due armature di tipo B450C (Ø=10 mm), con copriferro di
umidità (U.R.: 50%, 90% e > 95%) per analizzarne il pos-
10 mm, due elettrodi in titanio attivato (Ti) e due controe-
sibile effetto. Nei campioni posti a 50% U.R. e 90% U.R.
lettrodi in acciaio inossidabile (AISI 304) per l’effettuazio-
la penetrazione del rivestimento non è sostanzialmente
ne delle misure elettrochimiche. Le estremità delle barre
cambiata nel tempo ed è risultata compresa tra 10 mm e 13
sono state rivestite lasciando una lunghezza esposta pari
mm, anche dopo 120 giorni dall’applicazione. Questa pe-
a 80 mm. I provini, al termine della stagionatura (7 giorni),
netrazione è in accordo con quelle massime riportate in
sono stati carbonatati artificialmente (in atmosfera satura
letteratura per i rivestimenti silanici nel calcestruzzo [2,3].
di CO 2 e 65% U.R.). Raggiunta la completa carbonatazio-
A U.R. > 95% (calcestruzzo molto umido, ma non com-
ne del calcestruzzo, su uno dei due provini, è stato posto
pletamente saturo), invece, si è riscontrata una penetra-
il rivestimento a base silanica. I provini sono quindi stati
zione di circa 15 mm già dopo 15 giorni dall’applicazione;
esposti a: 25°C - U.R. > 95%, 25°C - 90% U.R. e all’atmo-
la penetrazione è aumentata nel tempo e, dopo 120 giorni
sfera di Milano. Durante l’esposizione si sono monitorati il
dall’applicazione, ha raggiunto 20 mm. Questo evidenzia
potenziale (rispetto all’elettrodo interno e ad un elettrodo
che l’ingresso del gel silanico nel calcestruzzo è favorito
esterno al calomelano saturo - SCE) e la velocità di cor-
in condizioni fortemente umide.
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Attualità industriale - Industry news
Penetrando nel copriferro, il rivestimento potrebbe rag-
applicata la polarizzazione alle armature, tramite la circo-
giungere le armature superficiali e interferire con il film di
lazione di una corrente anodica, portando il potenziale a
passività (se ancora in calcestruzzo alcalino privo di clo-
valori di +256 mV vs SCE. La polarizzazione è stata tenu-
ruri), innescando la corrosione. Si sono quindi realizzate
ta per 24 ore (Fig. 1a) durante le quali si è monitorata la
prove accelerate in cui è stata fatta circolare una corrente
corrente necessaria per mantenerla (Fig. 1b). La corrente
anodica per favorire l’innesco della corrosione. Nelle 24
è inizialmente superiore a 100 mA/m2; questo valore di-
ore prima dell’avvio della polarizzazione, dopo che i cam-
minuisce continuamente nel tempo portandosi in tutti i
pioni sono stati posti nei contenitori con la soluzione di
campioni, al termine delle 24 di prova, su valori di 3-5 mA/
prova in camera climatica a 20°C, si è monitorato il poten-
m 2 (Fig. 1b). Non si osservano differenze tra i valori rilevati
ziale di corrosione libera. In tutti i 5 cilindri si sono rilevati
sui campioni con (1-4) e senza (5) il rivestimento. Questo
valori compresi tra -100 e -140 mV vs SCE, caratteristici
indica che tutte le armature hanno mantenuto le condi-
delle condizioni di passività delle armature. Si è pertanto
zioni di passività.
Fig.1 - Potenziale (a) e densità di corrente (b) durate le prove potenziostatiche anodiche (provini 1-4 rivestiti; provino 5 privo di rivestimento) / Potential (a) and current density (b) during anodic potentiostatic tests (specimens 1-4 coated; specimen 5 uncoated). L’assenza di corrosione è stata confermata anche durante
pieni e vuoti mostrano le misure delle due armature). Sul-
la depolarizzazione, in cui tutte le armature hanno mo-
le armature nel campione rivestito i potenziali più negati-
strato un’analoga progressiva diminuzione del potenzia-
vi, -340÷-390 vs SCE, e le densità di corrente più elevate,
le nelle 3 ore successive alla polarizzazione, e attraverso
circa 3 mA/m2, si sono rilevati a U.R. > 95% (Fig. 2b). Nelle
l’analisi visiva della superficie delle armature dopo rottura
stesse condizioni sul campione senza rivestimento (Fig.
dei provini (Fig. 1a). Sul calcestruzzo a contatto con le ar-
2a) si sono misurati potenziali di circa -440 mV vs SCE e
mature è stata anche verificata la presenza del trattamento
densità di corrente superiori a 8 mA/m2. Le condizioni
idrofobizzante (Fig. 1a). Questo evidenzia che, anche se
di corrosione più gravose su questo provino si sono ri-
il rivestimento raggiunge le armature, non ne favorisce la
scontrate durante l’esposizione all’atmosfera, con valori
corrosione.
che hanno raggiunto anche 30 mA/m2; mentre sul provino
Infine, si è valutata l’efficacia del rivestimento nel con-
rivestito le condizioni di corrosione sono risultate trascu-
trollare la corrosione in calcestruzzo carbonatato. Dopo
rabili (valori < 1 mA/m 2).
la carbonatazione accelerata e l’applicazione del rivesti-
Le misure di resistività elettrica del calcestruzzo effettuate
mento, i provini sono stati posti a 25°C e a diverse U.R.
durante l’esposizione in atmosfera hanno mostrato che il
(90% e >95%) e, in seguito, all’atmosfera di Milano (zona
gel silanico è in grado di mantenere il calcestruzzo asciut-
non riparata). La Fig. 2 riporta i risultati ottenuti (i simboli
to, nonostante le precipitazioni (Fig. 3a).
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Industry news - Attualità industriale
Fig.2 - Potenziale e velocità di corrosione nei provini senza (a) e con il rivestimento (b) durante l’esposizione nelle diverse condizioni di prova / Corrosion potential and corrosion rate in the uncoated (a) and coated (b) specimens during exposure in the different test conditions.
Fig.3 - Resistività del calcestruzzo durante l’esposizione in atmosfera (a) e valori medi delle velocità di corrosione (b) rilevate nei provini durante le prove / Concrete resistivity during atmospheric exposure (a) and mean values of the corrosion rates (b) measured on the specimens during tests.
Su questo campione si sono rilevate resistività sempre
a diverse U.R.; i simboli pieni e vuoti mostrano i valori del-
superiori a 10000 Ω·m nei 5 mesi circa di esposizione
le due armature). A 90% U.R., condizione comunque di
(estate e autunno 2020); questo evidenzia l’efficacia del
elevata umidità, la corrosione è trascurabile su entrambi
gel silanico nel controllare la corrosione. Il provino non
i provini (valori < 1 μm/anno). Solo l’esposizione a U.R. >
rivestito ha mostrato, invece, di risentire notevolmente
95% porta a condizioni di corrosione non trascurabili sul-
delle condizioni climatiche; le resistività hanno raggiunto
le armature nel calcestruzzo con l’idrofobizzante. Tuttavia
valori di 1300 Ω·m, tipici di un calcestruzzo molto umido,
il processo avanza lentamente, con Vcorr di 3÷4 μm/anno,
nel periodo in cui ci sono state intense precipitazioni e
mentre nel provino non rivestito si sono misurati valori
temperature più basse (settembre-ottobre); queste con-
circa tre volte superiori (8-10 μm/anno). Durante l’esposi-
dizioni hanno favorito la propagazione della corrosione
zione in atmosfera il gel silanico ha dimostrato una elevata
(Fig. 2a). In Fig. 3b sono riportati i valori medi delle velo-
efficacia, mantenendo il calcestruzzo asciutto (Fig. 3a) e la
cità di corrosione (V corr) rilevate durante le prove (medie
corrosione delle armature in condizioni trascurabili (Fig.
delle misure degli ultimi 10 giorni circa per le esposizioni
3b). La corrosione delle armature in calcestruzzo non ri-
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Attualità industriale - Industry news
vestito, invece, aumenta al crescere dell’umidità del cal-
non favorisce l’innesco della corrosione sulle armature
cestruzzo (favorita da basse temperature e precipitazioni);
in condizioni di passività. Infine, Il rivestimento idrofobiz-
nei cinque mesi circa di esposizione all’atmosfera si sono
zante ha mostrato la sua efficacia nel controllare la pro-
rilevate Vcorr di 2.5÷5 μm/anno.
pagazione della corrosione in calcestruzzo carbonatato. Il suo impiego, quindi, può portare a considerevoli vantaggi
CONCLUSIONI
in termini di vita residua di strutture in calcestruzzo arma-
I risultati hanno mostrato che condizioni fortemente umi-
to carbonatate, ritardando gli interventi di manutenzione.
de favoriscono la penetrazione del gel silanico, che raggiunge una profondità anche di 20 mm (superiore a quella
RINGRAZIAMENTI
riportata in letteratura per questi rivestimenti). Le prove
Si ringrazia Mapei S.p.A. per il supporto finanziario alla ri-
di polarizzazione anodica hanno mostrato che, anche se
cerca.
il rivestimento penetra completamente nel copriferro,
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Effects of a hydrophobic treatment on corrosion propagation in carbonated reinforced concrete structures On reinforcement in carbonated concrete, corrosion can propagate and lead, even after few years, to cracking and
spalling of the concrete cover. Thus, costly repairs both economically and considering the impact on the environment are needed. The use of a hydrophobic treatment allows to control the propagation of corrosion in carbonated con-
crete, delaying concrete cracking and spalling and removing only cracked concrete. This paper reports the results of experimental tests carried out to study a new type of hydrophobic treatment. The capability of this coating to penetrate through the concrete, not to cause corrosion problems to the reinforcements still in a passive condition (in alkaline
concrete) and to control the propagation of reinforcements corrosion in carbonated concrete was analysed. The effectiveness of this coating under different exposure conditions was assessed.
KEYWORDS: CORROSION IN CONCRETE, CARBONATION, HYDROPHOBIC TREATMENT, RESIDUAL SERVICE LIFE La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Industry news - Attualità industriale
Risultati preliminari di caratterizzazione dei prodotti di corrosione in calcestruzzo armato soggetto a corrosione da cloruri per oltre 20 anni N. Russo, F. Lollini, E. Rossi, T. G. Nijland, R. Polder
Per le strutture in calcestruzzo armato soggette alla corrosione indotta da cloruri, la valutazione della vita utile in sede di progetto è spesso limitata alla fase di innesco della corrosione, mentre nella pratica molte strutture si trovano nella fase di propagazione della corrosione. In questi casi, per una valutazione più accurata della vita di servizio residua, è necessario comprendere meglio i processi che portano al distacco del copriferro, solitamente associato alla fine della vita di servizio, attraverso lo studio dello sviluppo della corrosione a livello microscopico nel tempo. Questa nota riporta alcuni risultati preliminari ottenuti all’interno di una campagna di caratterizzazione della corrosione in provini di calcestruzzo armato gettati nel 1998, sottoposti alla penetrazione accelerata dei cloruri, e soggetti a propagazione naturale della corrosione per oltre 20 anni. Prodotti di corrosione e interfaccia calcestruzzo-acciaio sono stati caratterizzati attraverso la combinazione di microscopia elettronica a scansione, spettroscopia Raman e tomografia computerizzata.
PAROLE CHIAVE: CALCESTRUZZO ARMATO, CLORURI, PRODOTTI DI CORROSIONE INTRODUZIONE La corrosione indotta da cloruri è, globalmente, una delle principali cause di degrado delle strutture in calcestruzzo armato [1]. È dovuta alla penetrazione degli ioni cloruro, provenienti da sali disgelanti o ambienti marini, attraverso lo spessore di copriferro, fino al raggiungimento di una concentrazione critica alla profondità delle armature, che causa l’innesco della corrosione. Questo tipo di corrosione è molto aggressiva e può avere notevoli effetti negativi sul comportamento meccanico dell’intera struttura, e per questo motivo il progetto della vita di servizio in ambienti contaminati da cloruri è tipicamente limitato all’innesco della corrosione. Nella realtà, però, molte strutture si trovano nella fase successiva, quella di propagazione della corrosione. Durante questa fase avviene un progressivo accumulo di ossidi e idrossidi di ferro all’interfaccia accia-
N. Russo, F. Lollini Politecnico di Milano
E. Rossi
Delft University of Technology, Paesi Bassi
T. G. Nijland
TNO, Delft, Paesi Bassi
R. Polder
RPCP, Gouda, Paesi Bassi
io-calcestruzzo, un fenomeno espansivo che causa l’instaurarsi di tensioni all’interno del calcestruzzo che nel tempo portano alla fessurazione e al distacco del copriferro, eventi che in genere vengono associati alla fine della vita di servizio di una struttura. Per una valutazione più acLa Metallurgia Italiana - October 2021
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Attualità industriale - Industry news
curata della vita di servizio residua, dunque, è necessario
si Bassi), fino al momento dell’analisi, quando il campio-
capire a livello microscopico come si genera e si evolve nel
ne aveva un’età di circa 22 anni. Al momento dell’analisi
tempo la corrosione, e quali tipi di ossidi e idrossidi si for-
la profondità di carbonatazione è risultata essere circa 10
mano. Molti studi sono stati svolti negli ultimi anni sull’ar-
mm (tramite fenolftaleina) mentre il contenuto di cloruri
gomento [2], tipicamente però prendendo in considera-
alla profondità di 15 mm è stato stimato attorno allo 0.9%
zione provini di calcestruzzo armato soggetti a corrosione
rispetto alla massa di cemento (tramite prelievo polveri e
accelerata in laboratorio, condizione che potrebbe non
titolazione). Sono state analizzate due barre tra quelle con
essere rappresentativa di ciò che avviene in campo [3-4].
copriferro 10 mm, una in corrispondenza di una fessura da
In questa nota si riportano i risultati di caratterizzazione
corrosione, e una in calcestruzzo sano.
della corrosione e dell’interfaccia acciaio-calcestruzzo ot-
Le barre sono state inizialmente estratte tramite carotatura
tenuti all’interno di una campagna di ricerca sulla caratte-
(Ø 20 mm), e scansionate tramite tomografia computeriz-
rizzazione della corrosione in provini di calcestruzzo arma-
zata a raggi X per visualizzare la distribuzione dei pit (lun-
to gettati nel 1998 e soggetti a propagazione naturale della
ghezza zona analizzata all’interno del calcestruzzo circa 44
corrosione per oltre 20 anni. La caratterizzazione è stata
mm, risoluzione spaziale circa 20 μm). Successivamente, le
eseguita tramite una combinazione di diverse tecniche, tra
due carote sono state tagliate in diversi punti in direzione
cui microscopia elettronica a scansione (SEM), spettrosco-
ortogonale all’armatura. I campioni così ottenuti sono sta-
pia Raman e tomografia computerizzata a raggi X.
ti lucidati ed osservati al microscopio elettronico a scansione (modello FEI Nova NanoSEM 650, utilizzato a 3.5-10
MATERIALI E METODI
kV) per la caratterizzazione morfologica della corrosione e
Il campione analizzato apparteneva ad una serie di provini
dell’interfaccia acciaio-calcestruzzo. Successivamente, al
gettati nel 1998 presso il TNO di Delft, Paesi Passi, e con-
fine di mappare gli ossidi e idrossidi di ferro tra i prodotti
sisteva in un provino di dimensioni 100×100×300 mm con
di corrosione, negli stessi punti è stata eseguita un’analisi
all’interno sei armature non nervate di acciaio al carbonio,
tramite spettroscopia Raman (modello inVia – Renishaw,
Ø 8 mm, di cui tre con copriferro di 10 mm e le rimanen-
laser con lunghezza d'onda di 532 nm).
ti di 30 mm, e aventi una estremità affiorante dal provino. Il calcestruzzo era stato ottenuto utilizzando 316 kg/m3 di
RISULTATI E DISCUSSIONE
cemento con loppa d’altoforno (CEM III/B 42.5 N, sostitu-
In Figura 1 sono mostrate le carote analizzate e le rispettive
zione di circa il 70% con loppa) e rapporto acqua/cemen-
ricostruzioni ottenute tramite tomografia computerizzata
to di 0.45. Per i primi sei mesi successivi alla stagionatura,
(quattro immagini per ogni armatura per visualizzare tutti
la penetrazione dei cloruri era stata accelerata attraverso
e quattro i lati), mentre in Figura 2 sono invece riportate,
dei cicli di asciutto-bagnato con una soluzione contenen-
come esempio, alcune immagini ottenute tramite SEM sul-
te il 3.5% di NaCl. Successivamente il campione è rimasto
le sezioni trasversali.
esposto in condizioni di esterno non riparato a Delft (Pae-
Fig.1 - Barra in calcestruzzo sano (a) e in calcestruzzo fessurato (b) ottenute tramite tomografia computerizzata / Rebar in sound (a) and cracked (b) concrete obtained with CT-scan La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Industry news - Attualità industriale
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig.2 - Immagini SEM dei prodotti di corrosione (PC) e dell’interfaccia acciaio-calcestruzzo, riferiti all’armatura in calcestruzzo sano (a, b) e in calcestruzzo fessurato (c,d) / SEM images of the corrosion products (PC) and the steel-concrete interface, referred to the rebar in sound concrete (a, b) and in cracked concrete (c,d). Dalla Figura 1 si può notare che la corrosione ha propagato
scata nei punti in cui lo strato di ossidi di laminazione era
nella forma di attacchi corrosivi localizzati, pit, distribuiti su
originariamente danneggiato, dando origine alla corrosio-
tutta la superficie dell’acciaio. In un lato della barra in calce-
ne interstiziale. È però visibile anche uno strato uniforme di
struzzo fessurato (Figura 1b), corrispondente al lato inte-
prodotti di corrosione sviluppatosi all’esterno degli ossidi
ressato da fessurazione nel calcestruzzo, si è osservata una
di laminazione, probabilmente dovuto originariamente ad
densità più elevata di pit di piccole dimensioni, suggerendo
un difetto di cattiva adesione tra acciaio e calcestruzzo. In
un attacco più intenso. Nel campione non fessurato, in una
questo punto l’analisi tramite spettroscopia Raman ha re-
delle posizioni osservate tramite SEM, i prodotti di corro-
stituito degli spettri di difficile interpretazione, in cui non
sione si sono sviluppati tra la superficie esterna dell’acciaio
è stato possibile distinguere con esattezza se si trattasse di
e uno strato di ossidi più pesanti (Figura 2a), con pit molto
maghemite, feroxyhyte o ferridrite. Nello stesso campio-
contenuti di profondità circa pari a 20 μm. L’analisi svolta
ne, ma in un altro sito (Figura 2b), si è notato un pit di pro-
tramite spettroscopia Raman ha rivelato che lo strato di
fondità di circa 200 μm, e largo 900 μm, con prodotti di cor-
prodotti di corrosione era composto da goethite e maghe-
rosione all’interno del pit di composizione disomogenea,
mite/feroxyhyte/ferridrite, mentre tra gli ossidi più pesanti
con dei “marbelings” di una fase più densa (più brillante
sono state individuate magnetite e wüstite, indicando che
nell’immagine SEM) in una matrice meno densa: dall’anali-
probabilmente questo fosse l’originale strato di ossidi di
si di spettroscopia Raman, è stata rilevata maghemite in una
laminazione. Osservando la morfologia dell’attacco corro-
matrice di goethite. In questo caso, non è chiaro se questi
sivo in questo sito, si può ipotizzare, come già riscontrato
“marblings” di maghemite fossero originariamente scaglie
in letteratura da altri autori, che la corrosione si sia inne-
di laminazione o derivino da una successiva ossidazione
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Attualità industriale - Industry news
della goethite: nel primo caso, il processo implichereb-
la ferridrite, che, tra i prodotti di corrosione, sono caratte-
be un'espansione di volume, con conseguente aumento
rizzati da un alto coefficiente di espansione volumetrica.
delle tensioni interne al calcestruzzo, mentre questo non accadrebbe nel secondo caso. In presenza di vuoti d’aria
CONCLUSIONI
all’interfaccia acciaio-calcestruzzo, si è osservato come i
In questa nota sono stati presentati alcuni risultati prelimi-
prodotti di corrosione abbiano parzialmente (Figura 2d) o
nari di caratterizzazione della corrosione in un campione
completamente (Figura 2b) occupato lo spazio disponibi-
di calcestruzzo armato realizzato con cemento alla loppa
le. Nel primo caso, in corrispondenza di cristalli euedrali
d’altoforno, soggetto a propagazione naturale della corro-
ben definiti, la spettroscopia Raman ha rivelato la presenza
sione da cloruri per oltre 20 anni. La tomografia a raggi X è
di lepidocrocite e akaganeite, mentre nel secondo caso, in
stata inizialmente condotta su due barre, rispettivamente in
corrispondenza di strutture cristalline molto più dense, è
calcestruzzo sano e fessurato. Successivamente gli attac-
stata rilevata solo maghemite. Nel campione fessurato (Fi-
chi corrosivi sono stati osservati ed analizzati tramite mi-
gura 2c) si è osservato un pit profondo circa 120 μm con
croscopio elettronico a scansione e spettroscopia Raman.
prodotti di corrosione dalla composizione disomogenea
La tomografia a raggi X ha mostrato la presenza di pit di-
all’interno (goethite, maghemite/feroxyhyte/ferridrite), e
sposti su tutta la superficie della barra, che, nel caso del
minuscole venature di una fase poco densa (meno brillante)
campione fessurato, presentavano maggiore densità in
all’interno della pasta cementizia. Attraverso l’analisi con la
corrispondenza della fessura. Tramite SEM e spettroscopia
spettroscopia Raman è stato possibile identificare questa
Raman è stato possibile individuare, in molti casi, lo strato
fase con il carbonato di calcio, probabilmente precipitato
di ossidi di laminazione, composti da magnetite e wüstite.
in quelle che erano micro-fessure nella pasta cementizia.
In quei casi dove lo strato era ancora ben definito e visibi-
Per riassumere, la spettroscopia Raman condotta in diversi
le, si può ipotizzare che la corrosione si sia originata per
punti ha messo in luce che i prodotti di corrosione forma-
crevice dove originariamente lo strato era più danneggiato,
tisi sulla superficie esterna dell’acciaio all’interfaccia con
come già osservato anche da altri autori. Inoltre, i risulta-
il calcestruzzo (strato in situ) e nei pit sono risultati esse-
ti hanno mostrato coerenza con l’ipotesi proposta in let-
re costituiti da fasi meno dense, come la goethite, densità
teratura, ovvero che la presenza di vuoti e/o difetti all’in-
e coefficiente di espansione volumetrica
terfaccia acciaio-calcestruzzo possa influire sul processo
rispetto al ferro puro (VEC) intorno a 3. Nella pasta di ce-
di corrosione, con la precipitazione di cristalli euedrali di
mento e in quantità minori come “marblings” nello strato in
idrossidi meno densi nei vuoti, principalmente akaganeite
situ sono state trovate fasi più dense, come la maghemite
e lepidocrocite, mentre lo strato di prodotti di corrosione
(densità 4,88 g cm e VEC circa 2), mentre tra gli ossidi di
all’interfaccia acciaio-calcestruzzo è costituito da goethite
laminazione sono state identificate la wüstite (densità 5,7
e maghemite, in tutti i casi con un coefficiente di espansio-
g cm ) e la magnetite (densità 5,2 g cm ). I meno densi,
ne di volume tra 2 e 3.5. Nessuna differenza particolare nel-
l'akaganeite (densità 3,52 g cm , VEC 3,5) e la lepidocrocite
la mineralogia dei prodotti di corrosione è stata trovata tra
(densità 4,03-4,13 g cm , VEC circa 3) sono stati osservati
il campione fessurato e quello non fessurato. Tuttavia, non
come precipitati nei vuoti d'aria, tranne in un vuoto com-
è stato sempre possibile, tramite spettroscopia Raman, di-
pletamente riempito di cristalli densi, dove è stata trovata
stinguere con certezza maghemite, feroxyhyte e ferridrite,
la maghemite. Tuttavia, negli spettri Raman, non è stato
che tra i prodotti di corrosione sono quelli con coefficiente
sempre possibile distinguere con certezza la feroxyhyte e
di espansione volumetrica più alto.
4,27-4,29 g cm
−3
−3
−3
−3
−3
-3
BIBLIOGRAFIA [1] [2] [3] [4] A
L. BERTOLINI, B. ELSENER, P. PEDEFERRI, E. REDAELLI, R. POLDER, Corrosion of steel in concrete: Prevention, diagnosis,repair (2nd ed.), Ed. Wiley VCH, Weinheim, Germany, (2013) C. ANDRADE, Materials and Structures 52, 2 (2019) B. SAVIJA et al., Materials and Structures 48:2043-2062 (2015) DEHOUX et al., Corrosion Science 97:49-61 (2015)
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Industry news - Attualità industriale
Preliminary results on corrosion products characterization in reinforced concrete subject to chloride-induced corrosion over more than 20 years For reinforced concrete structures subject to chloride-induced corrosion, the assessment of service life at the design stage is often limited to the corrosion initiation phase, whereas in practice many structures are in the corrosion pro-
pagation phase. In these cases, for a proper assessment of the residual service life, it is necessary to better understand the processes leading to the detachment of the concrete cover, usually associated with the end of the service life, by
studying the development of corrosion at the microscopic level over time. This note reports some preliminary results obtained during a research program aimed at characterising corrosion in reinforced concrete specimens cast in 1998,
subjected to accelerated penetration of chlorides, and subjected to natural corrosion propagation over more than 20 years. Corrosion products and the steel-concrete interface were characterised through a combination of optical microscopy, SEM, Raman spectroscopy and computed tomography.
KEYWORDS: REINFORCED CONCRETE, CHLORIDES, CORROSION PRODUCTS
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Memorie scientifiche - Corrosione
Bioinspired superhydrophobic surfaces on AA 6082 with improved corrosion resistance A. Khaskhoussi, L. Calabrese, E. Proverbio
Despite the considerable demand for superhydrophobic surface (SHS) for different applications, it is still difficult to establish a suitable manufacturing process. In the present work, a simple strategy for SHS fabrication on AA6082 by consecutive hydrothermal treatment and silane coating was reported. The hydrothermal treatment duration showed an important influence on the morphology, wettability and corrosion resistance of the samples. The SEM showed the growth of a boehmite after the first few minutes of treatment. Increasing the time, the boehmite film became more dense and homogeneous. Thirty-minute sample showed the best wettability results (CA=180°; SA=0°) and an improvement of the corrosion resistance compared to bare aluminum (Ecorr increased from -870 to -298mV and Icorr decreased from10-2 to 10 -6mA/cm2). The SHS Bode plot showed two time-constants instead of one and the |Z| increased by one order of magnitude, due to the effective protective action of the SHS coating.
KEYWORDS: SUPERHYDROPHOBICITY; BOEHMITE, CORROSION, ALUMINUM ALLOY INTRODUCTION
Overhead power lines are an important part of our
electricity infrastructure networks. However, they are vulnerable to damages due to severe weather conditions. Rain and ice accumulation on conductors may lead to
extensive mechanical damage, corrosion and significant levels of audible noise [1]. In particular, the corrosively
of the atmospheres, which differs from soft (inland rural location) to highly aggressive (coastal location), stron-
gly affects the aluminum conductors service life. Despite of their expected long service life (40 years), field data
showed that the average service life of these aluminum conductors is between 10 and 20 years [2].The control of
wettability behavior of the surfaces of high and medium voltage aluminum conductors can be an effective strate-
gy to reduce the ice adhesion during a snowfall event and to avoid the water accumulation during rainy season. In-
deed, hydrophobic and superhydrophobic surfaces and
coatings can be used to protect the overhead lines and to
Amani Khaskhoussi
National Interuniversity Consortium of Materials Science and Technology (INSTM), 50121 Florence, Italy; e-mail: khaskhoussiamani105@gmail.com
Luigi Calabrese
Department of Engineering, University of Messina; Messina, Italy e-mail: edoardo.proverbio@unime.it, luigi.calabrese@unime.it
Edoardo Proverbio
Department of Engineering, University of Messina; Messina, Italy e-mail: edoardo.proverbio@unime.it, luigi.calabrese@unime.it
increase their service life [3–5]. To this aim, in this work
superhydrophobic surfaces on aluminum alloy were obtained coupling a hydrothermal treatment in order to
create a nanoroughness to the aluminum substrates fol-
lowed by a silanization step in order to deposit a low surface energy film. The immersion in boiling water (known
as boehmitage) that is an easy and low cost hydrothermal La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion
treatment was used to obtain nanoscale roughness on
aluminum alloy surfaces. The oxidative process leads, in few minutes, to the growth on the surface of a rough layer
of boehmite. In particular, the effect of the hydrothermal treatment duration on the morphology, the anti-wetting
properties and the anti-corrosion performances of the AA6082 aluminum alloy was investigated. MATERIALS AND METHODS
Flat plates (24 x 40 x 2 mm) of the aluminium alloy (6082)
were used as substrates. All the aluminium alloys samples
were cleaned in ultrasonic bath for 5 minutes with acetone, bidistilled water and ethanol. The cleaned specimens were subjected to hydrothermal treatment by immersion in bidistilled boiling water for 1 min, 5 min, 10min and 30
min. Then, the boiled aluminium sample were dip-coated in Octadecyltrimethoxysilane /Toluene solution for
10 min. Afterward, the specimens were cured at 100°C for 3 hours. The curing parameters were optimized based on literature and preliminary tests performed in our laboratory. Morphologies were examined using a focused
ion dual beam/scanning electron microscope (FIB-SEM ZEISS Crossbeam 540, ZEISS). Roughness details of the
surfaces were conducted by performing AFM maps obtained by an Explorer microscope (Veeco Instruments, Munich, Germany) model MSCT-EXMT-BF1 and working in
contact mode. The wettability of the coatings was eva-
luated using an Attension Theta Tensiometer equipment by Biolin Scientific according to sessile drop technique
using 5 μL volume of distilled water at room temperature (25 ◦C). A micro CCD camera (Attension, Biolin Scientific) on site equipped recorded the images of the droplets
to be further analysed using the software OneAttension V. 2.3 to obtain the static contact angles of droplets on each of the coatings. Measurements were replicated five times for each sample. Polarization and electrochemical
impedance spectroscopy tests were performed, using a BioLogicSP-300 potentiostat, at ambient temperature in 3.5 wt.% NaCl solution (simulated seawater). A standard
three-electrode cell, having a saturated Ag/AgCl electrode as the reference electrode, platinum wire as the counter electrode, and the superhydrophobic sample as the working electrode, were used. The exposed area of the working electrode was 1 cm2.
RESULTS AND DISCUSSION
Fig.1 - SEM images after boiling treatment at different times: a) 1 min, b) 5 min, c) 10 min and 30 min
The surface morphologies of aluminum alloy surfaces immersed in boiling water at increasing time are shown in Figure 1. After 1 min of immersion in boiling water (Figure 1.a), the surface is fully covered by nanopores with thin boundaries and a thicker external film at the top of these nanopores. After 5 min of treatment (Figure 1.b), the surface appears with a quite homogenous flower-like nanostructure. Indeed, many 3D clusters grew on the aluminum alloy surface. These La Metallurgia Italiana - October 2021
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Memorie scientifiche - Corrosione
flower-like clusters are consisted of numerous petal-like flakes. As the immersion time increases (Figure 1.c,d), nano structural oxide layer increases in compactness and thickness. In fact, the neighboring platelets are overlapped and connected with each other inducing a thicker and more homogeneous film. In addition, a significant increase in density and a decrease in the porosity of the nanostructures can be clearly noticed. Thus, the density, the thickness and the homogeneity of this flower like layer can be controlled by changing the immersion time in bidistilled boiling water. This result is due to the formation of a protective film of aluminum oxyhydroxide layer with a boehmite crystalline structure (ɣ-AlO(OH)) [6,7]. As indicated in [8], the thickness of this film, obtained using various techniques has been estimated ranging from 200 nm to more than a micrometer by changing the treatment time in the range 0.5-240 min. In order to evaluate the effect of this aluminum oxyhydroxide film growth on the roughness of the surface, the height distribution on these surfaces was evaluated based on AFM mapping results as shown in Figure 2. The sample treated for 1 min is characterized by a wide and not regular height distribution ranged from 10 to 250 nm and a concentrated distribution from around 110 nm to 150 nm. This result is due to the presence of defects on the boehmite film such as nanoporosity and voids or local heterogeneity. Increasing the treatment time, the height distribution becomes less large and sharp. Furthermore, the surface roughness increases at increasing immersion time in boiling water. Indeed, after 30 min of hydrothermal treatment, the distribution is restricted and concentrated between 280 and 290 nm.
Fig.2 - Histograms of height distribution of samples treated at different times after silanization: a) 1 min, b) 5 min, c) 10 min and d) 30 min.
Fig.3 - Static water contact angles and sliding angles vs. immersion time in boiling water. La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion
Figura. 3 shows the evolution of the static water contact angle and the sliding angle values of treated aluminum surfaces as a function of immersion time. The water contact angle was about 137.5 ± 3° for a 1 min immersion time. By increasing the immersion time, the contact angle increased gradually, and for immersion time of more than 10 minutes, the contact angle reached 180°. Measurement of the sliding angle is essential to characterize the superhydrophobic surface. For example, a water droplet on a horizontal surface with a high contact angle can remain attached until the surface is tilted to a considerable angle [9]. Consequently, the contact angle alone is not enough for reflecting the wettability behavior of a solid surface. Wenzel and Cassie-Baxter are the two main models that describe the wetting behavior based on contact angle and sliding angle. According to Wenzel’s model, the liquid droplet maintains contact at all points with the solid surface below it. However, in Cassie-Baxter state, the air pockets are entrapped in the surface cavities, resulting in a composite liquid-solid-air interface inducing a low liquid adhesion on the solid surface. As shown in Fig. 3, the samples treated for 1 min and 5 min are characterized by extremely high sliding angle of about 90° indicating that these samples follow the Wenzel state. Increasing the immersion time, above 5 min, a transition from Wenzel to Cassie-Baxter state occurred that manifested in the radically decrease of the sliding angle. In particular, the sliding angle reached a value of about 0° after 30 min of treatment. The increase in static contact angle and the decrease of the sliding angle could be explained by the increase of roughness and the variation of surface morphology during the boehmite film growth. As shown in Fig. 2, The surface roughness becomes higher and the height distribution becomes more limited which is due to the suppression of porosity and the evolution of the flower like structure at high treatment time. Indeed, the more the boehmite film is homogeneous and rough the higher the surface contact angle is obtained. In addition, the sharp edges of the flower-like structure observed for immersion times of 10–30 minutes may serve as a means of trapping sufficient air solid-liquid-air interface which increase the liquid-air interfacial ratio and decrease of the liquid-solid interfacial ratio inducing the transition from Wenzel to Cassie-Baxter state. This transition induces a diminution of the water adhesion on the treated AA6082 surface and the reduction of water sliding angle. In particular, on the surface on the sample immersed for 30 min in boiling water, the water droplet spontaneously rolls off without any tilting of the sample [10].
Fig.4 -Electrochemical polarization curves of the as received AA6082 and the treated surfaces at different times (a) and bode plots of the as received AA6082 (b) and the superhydrophobic AA6082 sample treated at 30 min (c) in simulated seawater.
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Memorie scientifiche - Corrosione
Figure. 4. a. shows the polarization curves of as received and treated AA6082 surfaces. As shown, in the polarization curves, the proposed SHS treatment of the aluminum surface significantly improves its corrosion resistance. Indeed, the corrosion potential of the as-received sample is −870 mV vs. SCE. Due to the surface modification, the corrosion potential Ecorr shifted toward noble potentials. In fact, Ecorr positively increases from −870 mV to −644 mV for 1 min sample, up to about -595 mV and -431 mV for 5 min and 10 min samples, respectively. Afterwards, Ecorr decreases again to reach -298 mV for the 30 min sample. In addition, the increase of the duration of the surface treatment of the AA6082 aluminum surface induced a gradual decrease of the corrosion current density (calculated using the Tafel method) from around 10-2 mA/cm2 to around 10-6 mA/cm2. These results are consistent with the wettability results. In particular, the best corrosion results were obtained with the superhydrophobic surfaces following the Cassie-Baxter state (30 min samples). The superhydrophobic surface reduced the interaction between the simulated seawater solution thus enhancing the corrosion resistance of the samples. Indeed, the trapped air on the flower-like nanostructure of the salinized boehmite layer of the AA6082 superhydrophobic surface acts as an “air cushion” preventing the diffusion of corrosive ions (Cl-) and thus improving the corrosion protection [9]. In order to provide more information about the structure and the properties of these surfaces, electrochemical impedance spectroscopy tests were carried out on the as received and treated AA6082 samples. As reference, in Figure. 4. b,c the comparison of Bode plot for the as received aluminum and 30 min samples is reported. The surface modified sample is characterized by a relevant increase in the impedance modulus in all frequency ranges. In particular, at low frequencies, the |Z| is at least an order of magnitude greater than that the as received AA6082. It is well known that higher |Z| modulus at lower frequency reveals an improved corrosion resistance on metallic substrate [11].The Bode phase plots of the as received AA6082 present only one time constant at intermediate frequencies (101-102Hz) that is typical of the resulting oxide layer naturally formed due to the corrosion of the AA6082 surface in the electrolyte. Instead, the Bode phase plots of superhydrophobic surface show an additional time constant at high frequencies due to the barrier action provided by superhydrophobic film formed on the AA6082 substrate. Thus, the different morphologies of oxide layer in terms of density and roughness, generated by different boiling duration, have a relevant influence on the AA 6082 corrosion resistance.
CONCLUSION
relationship between the immersion time, the roughness
In summary, we develop a novel, economic and safe hy-
and the anti-wetting behavior was highlighted. The resul-
drothermal strategy to give a superhydrophobic perfor-
ts of electrochemical tests indicate that the as prepared
mances to aluminum alloy. The effect of the duration of the
aluminum alloy exhibits good anti-corrosion behavior in
hydrothermal treatment of the morphology, the wettabili-
3.5% NaCl solution compared to the as received one and
ty and the corrosion behavior of the AA6082 was investi-
that its corrosion increases with the treatment time. The
gated. A nanometric structure was spontaneously genera-
reported hydrothermal approach offers an effective stra-
ted in boiling water. Density and porosity of this structure
tegy for the large-scale production and extends the po-
can be optimized increasing the treatment time. A direct
tential applicability of AA6082 in the near future.
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Memorie scientifiche - Corrosione
Sviluppo ed ottimizzazione di un rivestimento PEO su titanio per applicazioni ortopediche in differenti regimi di trattamento M. Pavarini, M. Moscatelli, L. De Nardo, R. Chiesa
Durante gli ultimi decenni, i trattamenti di ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) hanno suscitato particolare interesse in ambito biomedico come metodi semplici ed efficaci in grado di produrre rivestimenti ceramici porosi e biocompatibili su dispositivi in titanio. Ciononostante, le soluzioni elettrolitiche tipicamente utilizzate presentano alcune criticità che limitano l’efficacia del processo, come ad esempio una bassa stabilità termica. Il presente lavoro si concentra sullo studio degli effetti dei parametri di processo sulle proprietà di rivestimenti PEO prodotti in un innovativo elettrolita a base di borato di sodio, sia in galvanostatica che in regime di corrente pulsata, e sull’ottimizzazione della morfologia e delle proprietà fisico-chimiche delle superfici prodotte per potenziali applicazioni ortopediche. I rivestimenti così ottimizzati presentano una struttura a doppio strato, con porosità omogenea ed un elevato contenuto di anatasio, e mostrano un comportamento superidrofilico.
PAROLE CHIAVE: PEO, TITANIO, DISPOSITIVI IMPIANTABILI, GALVANOSTATICA, CORRENTE PULSATA, BORATO INTRODUZIONE - I TRATTAMENTI PEO IN AMBITO ORTOPEDICO Il trattamento di ossidazione elettrolitica al plasma (Plasma Electrolytic Oxidation, PEO) è un processo elettrochimico di modifica superficiale simile all’anodizzazione, ma caratterizzato dall’applicazione di densità di corrente e potenziali elettrici più elevati, in grado di produrre film di ossido di spessore maggiore tramite la rottura del dielettrico e lo sviluppo di scariche di plasma micro e macroscopiche all’interfaccia tra l’anodo e l’elettrolita [1]. Questa tecnica può essere applicata a metalli leggeri quali titanio, alluminio, magnesio e le loro leghe, e permette di produrre rivestimenti ceramici con una peculiare morfologia microporosa, che, nel caso del titanio, presentano
M. Pavarini, M. Moscatelli, L. De Nardo, R. Chiesa Dipartimento di Chimica,
Materiali ed Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano
caratteristiche potenzialmente vantaggiose per applicazioni in ambito biomedico, ottimizzabili tramite la messa a punto dei parametri elettrici e temporali di processo [2]. Ciononostante, le soluzioni elettrolitiche tradizionalmente utilizzate per la produzione di rivestimenti PEO su dispositivi impiantabili, caratterizzate dall’impiego di composti a base di calcio e fosforo, presentano una bassa stabilità termica, necessitando quindi di essere termostaLa Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion
tate, oppure richiedono l’applicazione di elevate densità
ne è stata svolta con l’obiettivo di ottenere rivestimenti
di corrente e tensioni, che riducono l’efficienza comples-
dalla morfologia superficiale omogenea, caratterizzata da
siva del processo. Per queste ragioni, negli ultimi anni
porosità dal diametro medio controllato (nell’ordine di 1
la ricerca si è focalizzata sull’individuazione di elettroliti
μm), e con un elevato contenuto di anatasio, condizioni
alternativi, quali ad esempio silicati o borati, in grado di
potenzialmente ottimali per limitare l’adesione batterica e
garantire trattamenti più stabili ed efficienti e di conferire
promuovere l’osteointegrazione nell’ottica di applicazio-
allo stesso tempo differenti proprietà alle superfici pro-
ni in ambito ortopedico.
dotte, quali una maggior porosità o una durezza ed una compattezza superiori [3].
ATTIVITÀ SPERIMENTALE
La tecnica PEO permette inoltre di introdurre in modo
Il trattamento PEO è stato applicato su dischetti in ti-
semplice ed efficace nei rivestimenti ioni e particelle do-
tanio grado 2, ricavati tramite taglio laser da una lastra
panti tramite la loro aggiunta al bagno elettrolitico, sfrut-
ASTM B265 (Titalia, IT), impiegando un elettrolita com-
tando fenomeni di trasporto sia attivi (nel caso di ioni ca-
posto da 0.1M Na 2B4O 7, 0.1M NaOH, 0.02M Na 2SiO3, 0.01M
richi negativamente) che passivi dati dai campi elettrici
Zn(CH 3COO)2 e 2mM Cu(CH3COO)2. L’ottimizzazione in
generati durante il trattamento [4]. Quest’ultimo aspetto
galvanostatica è stata svolta tramite l’applicazione di dif-
è anch’esso di particolare interesse per quanto riguar-
ferenti densità di corrente (25 ÷ 200 mA/cm2) e tensioni
da il trattamento di dispositivi impiantabili, in quanto è
limite (180 ÷ 400 V) per durate variabili (30 s ÷ 15 min), a
possibile introdurre nei rivestimenti elementi, quali ad
temperatura ambiente.
o Cu , in grado di conferire agli stes-
Sulla base dei risultati ottenuti in corrente continua, sono
si proprietà osteogeniche, oppure di generare superfici
stati quindi esplorati in regime di corrente pulsata tre di-
dalle proprietà antibatteriche. Una delle cause principali
versi duty cycle (10%, 50% e 90%) abbinati a due diverse
di fallimento di dispositivi impiantabili è infatti l’insorge-
frequenze di trattamento (100 e 800 Hz), come indicato in
re di infezioni batteriche in prossimità del sito di impianto
Tab. 1. Le superfici e le sezioni trasversali dei campioni
(Periprosthetic Joint Infection, PJI) e l’impossibilità di de-
prodotti sono state quindi osservate tramite SEM, e i rive-
bellarle efficacemente tramite cura antibiotica sistemica
stimenti sono stati caratterizzati in termini di omogeneità
o locale, che rende necessario l’espianto del dispositivo,
superficiale, dimensione dei pori e porosità, in modo da
con conseguenti criticità per il paziente ed elevati costi a
identificare eventuali relazioni con i parametri di processo
carico del sistema sanitario [5].
applicati.
Nell’ambito di questo lavoro è stato quindi sviluppato ed
Successivamente, le fasi cristalline presenti nei rivesti-
ottimizzato, sia in galvanostatica che in regime di corrente
menti sono state individuate tramite analisi XRD, mentre
pulsata, un trattamento PEO ad alta efficienza, impiegan-
il grado di bagnabilità dei campioni è stato valutato in ter-
do un elettrolita a base di borato di sodio. L’ottimizzazio-
mini di angolo di contatto statico.
esempio ioni Ag
2+
2+
Tab.1 - Condizioni di trattamento applicate in regime di corrente pulsata. / Pulsed DC treatment conditions applied.
Sigla campione
Tensione
limite (V)
Tempo di
trattamento (min)
Frequenza di trattamento (Hz)
L10
10
L50 L90 H10
Duty cycle (%)
100 300
H50 H90
La Metallurgia Italiana - October 2021
50 90
7
10 800
50 90
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Memorie scientifiche - Corrosione
RISULTATI E DISCUSSIONE L’elettrolita sviluppato ha mostrato una buona stabilità
mini di durata del trattamento, invece, superati i 7 minuti
termica in tutte le condizioni di processo, permettendo
non si osservano variazioni della morfologia superficiale,
di produrre in modo efficace superfici dalle caratteristiche
per via dell’interruzione dei processi di scarica una volta
costanti fino ad una temperatura del bagno elettrolitico di
raggiunta la tensione limite.
35°C in galvanostatica, mentre in regime di corrente pul-
I rivestimenti prodotti in condizioni di processo ottimiz-
sata i trattamenti si sono rivelati stabili fino ad oltre 70°C.
zate (50mA/cm2, 300V, 7 min) presentano una morfologia
In galvanostatica, la dimensione dei pori e la porosità dei
superficiale microporosa (Fig. 1a), caratterizzata da pori “a
rivestimenti presentano andamenti simili al variare della
vulcano”, con diametro medio di 900 nm e una porosità di
densità di corrente applicata e delle tensioni limite, con
circa l’8%. Inoltre, la sezione trasversale del film di ossido
un graduale aumento fino al raggiungimento di una so-
mostra un’interessante struttura a due strati (Fig. 1b), con
glia, per entrambi i parametri (rispettivamente 50mA/cm
2
uno strato interno più compatto ed una regione superfi-
e 300V), oltre la quale si osserva una maggiore variabilità,
ciale più porosa, per via del maggior contenuto di borato
dovuta alla disomogeneità delle superfici prodotte. In ter
nella prima e di silicato nella seconda.
Fig.1 - Immagini SEM della superficie (a) e della sezione trasversale (b) di un campione prodotto in galvanostatica a parametri ottimizzati. / SEM image of the surface (a) and cross-section (b) of an optimized sample produced in galvanostatic conditions.
In regime di corrente pulsata, la morfologia superficiale è
quale aumenta a basse frequenze ed alti duty cycle, fino a
di nuovo strettamente legata ai parametri di processo ap-
raggiungere un valore massimo di circa 4 μm nel caso dei
plicati (Fig. 2): all’aumentare del duty cycle, la dimensio-
campioni L50 ed L90.
ne media dei pori e l’omogeneità superficiale aumentano, con una variazione netta fino a duty cycle del 50% ed il raggiungimento di un plateau oltre tale soglia, mentre i pori prodotti ad alte frequenze di trattamento hanno dimensioni minori e sono distribuiti in modo meno omogeneo. Un andamento chiaramente definito è osservabile anche per quanto riguarda lo spessore dei rivestimenti, il
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Scientific papers - Corrosion
Fig.2 - Immagini SEM delle superfici ottenute per i campioni L10 (a), H10 (b), L50 (c), H50 (d), L90 (e) ed H90 (f). / SEM images of L10 (a), H10 (b), L50 (c), H50 (d), L90 (e) and H90 (f) samples’ coated surface. I film prodotti applicando un duty cycle pari o superiore al
Inoltre, l’analisi XRD svolta su tali campioni (Fig. 3) mo-
50% presentano pori con diametro medio di circa 950 nm,
stra una relazione tra le fasi cristalline dell’ossido di titanio
dimensione ottimale per potenziali applicazioni in ambi-
presente nel film prodotto tramite trattamento PEO e le
to ortopedico, in quanto superfici che presentano mor-
condizioni di processo applicate. Infatti, mentre per duty
fologie con dimensione caratteristica simile a quella dei
cycle pari o inferiori al 50% l’anatasio rappresenta la fase
batteri più comunemente presenti nel caso di infezioni da
principale, all’aumentare del duty la sua presenza è mino-
impianto (0.5÷2.5 μm) possono inibirne l’adesione e pro-
re, mentre è possibile osservare un repentino incremento
liferazione, favorendo al contempo la crescita di tessuto
del contenuto di TiO2 in fase rutilo.
osseo.
Fig.3 -Diffrattogrammi XRD dei rivestimenti prodotti in regime di corrente pulsata, a bassa (sinistra) ed alta (destra) frequenza. / XRD diffractograms of samples obtained in pulsed DC conditions at low (left) and high (right) treatment frequencies.
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Memorie scientifiche - Corrosione
Per quanto riguarda invece la bagnabilità delle superfi-
dalle condizioni di processo, con un angolo di contatto
ci prodotte, la porosità e la composizione chimica delle
drasticamente inferiore (3°) di quello osservato per su-
stesse hanno permesso di ottenere substrati dal compor-
perfici non trattate (89°).
tamento pressoché superidrofilico (Fig. 4), indipendente
Fig.4 - Angolo di contatto statico di un dischetto non trattato (a) e di un campione rivestito (b). / Static contact angle of an untreated (a) and a coated (b) sample. Sia la presenza di elevate quantità di anatasio che l’idrofi-
rizzati da microporosità di dimensione controllata su sub-
licità delle superfici rappresentano caratteristiche di parti-
strati in titanio. Tali rivestimenti presentano una morfo-
colare interesse per la promozione dell’integrazione con
logia superficiale e proprietà fisico-chimiche ottimali per
i tessuti ossei [6], confermando le proprietà ottimali del-
potenziali applicazioni in ambito ortopedico.
le superfici prodotte tramite l’applicazione di duty cycle nell’intorno del 50% a basse frequenze. CONCLUSIONI L’elettrolita sviluppato in questo lavoro e la successiva ottimizzazione del trattamento PEO svolta sia in galvanostatica che in regime di corrente pulsata hanno permesso di produrre film di ossido altamente omogenei e caratte-
BIBLIOGRAFIA [1] [2] [3] [4] [5] [6]
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Scientific papers - Corrosion
Development and optimization of a PEO coating on titanium for orthopedic applications in different treatment regimes During the last decades, plasma electrolytic oxidation (PEO) has raised great interest in the biomedical field as a simple
and effective surface modification technique allowing to produce porous ceramic coatings on titanium with increased biocompatibility. However, conventional PEO electrolytes still present some critical points which limit the process’
effectiveness, such as a low thermal stability. In our work, the effect of PEO process parameters on coatings produced in a novel sodium borate-based electrolyte in both galvanostatic and pulsed current conditions was explored, and the
surfaces were optimized for orthopedic applications in terms of morphological and physical-chemical properties. The optimized coatings present a bilayer structure with homogeneously porous surfaces and a high anatase content while featuring an almost superhydrophilic behaviour.
KEYWORDS: PEO, TITANIUM, IMPLANTABLE DEVICES, GALVANOSTATIC, PULSED DC, BORATE
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Memorie scientifiche - Corrosione
Studio sulla delaminazione di ossidi PEO immersi in acido solforico mediante spettroscopia elettrochimica ad impedenza L. Casanova, M. Gruarin, M.P. Pedeferri, M. Ormellese
Fra tutti gli acidi minerali riducenti, l’acido solforico è uno dei più aggressivi per il titanio commercialmente puro (CP). Grazie alla forte azione complessante degli ioni solfato con il catione Ti 4+, agisce promuovendo attacchi uniformi su tutta la superficie esposta, generando velocità di corrosione fino a circa 7.7 mm/anno. L’ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) del titanio permette la formazione di ossidi spessi con elevato grado di cristallinità, in grado di fornire una protezione adeguata fintanto che il potenziale di libera corrosione (E corr) si mantiene al di sopra del potenziale redox dell’idrogeno, il cui valore può essere considerato come un ragionevole limite di stabilità del materiale e al di sotto del quale è possibile l’intercalazione dei protoni con conseguente riduzione del catione metallico a Ti 3+. Nel presente elaborato sono mostrati i risultati di prove di spettroscopia elettrochimica di impedenza (EIS) a diversi potenziali catodici, atti a valutare il processo di delaminazione dell’ossido di titanio in ambiente acido riducente. È stato dimostrato come condizione necessaria per la delaminazione sia la formazione di una bolla all’interfaccia ossidometallo.
PAROLE CHIAVE: EIS, PEO, H2SO4, TITANIO, IDROGENO INTRODUZIONE Tra tutti gli acidi minerali l’acido solforico è sicuramente quello più utilizzato, tanto che il suo volume produttivo può essere utilizzato per predire lo stato di salute di un’economia nazionale. I suoi principali utilizzi sono la produzione di prodotti chimici quali acido cloridrico e nitrico, nonché la produzione di fertilizzanti come il solfato di ammonio. Viene anche impiegato in operazioni di decapaggio di metalli in range di concentrazione di 10-20 %v/v, a temperature comprese fra i 60 e 90 °C [1], rendendo anche un contatto di breve durata potenzialmente pericoloso. Per questo motivo anche il titanio CP tal quale è fortemente sconsigliato in applicazioni così estreme, rendendo necessari appositi trattamenti superficiali, quali ad esempio l’ossidazione elettrolitica al plasma (PEO), oppure ricorrendo all’uso di inibitori [1]. La presenza di uno strato di ossido superficiale spesso, ottenuto mediante PEO, garantisce una barriera alla dif-
Luca Casanova
Dipartimento di Chimica Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italia
Matteo Gruarin
Dipartimento di Chimica Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italia
MariaPia Pedeferri
Dipartimento di Chimica Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italia
Marco Ormellese
Dipartimento di Chimica Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italia
fusione dei protoni sulla superficie metallica fintanto che il potenziale di libera corrosione (E corr) si mantiene ad un valore maggiore al potenziale redox dell’idrogeno (pari a La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion
-0,197 V SSCsat.). Al di sotto di tale valore l’intercalazione
re l’efficacia di un rivestimento. A tal fine in Fig. 1 si mostra
elettrochimica di protoni diventa possibile, promuoven-
un esempio di monitoraggio di Ecorr per due campioni di
do la riduzione del catione metallico dallo stato 4+ a 3+. A
titanio su cui sono stati realizzati due diversi trattamenti
seconda della qualità del rivestimento, Ecorr mostrerà una
(duty cycle 60% anodico, 40% catodico, a 500 e 1000 Hz,
diminuzione in direzione catodica dopo un certo tempo
rispettivamente) e per il titanio tal quale, immersi in una
di incubazione, parametro spesso utilizzato per esprime-
soluzione 10 %v/v a 60 °C di H2SO4 [2].
Fig.1 - Evoluzione del potenziale di libera corrosione per provini immersi in acido solforico 10 %v/v a 60 °C / Evolution of the free corrosion potential for samples immersed in sulphuric acid 10 %v/v at 60 °C. Uno dei due coatings (linea blu in Fig. 1) mantiene le ca-
stanti di tempo descrittive del fenomeno di evoluzione di
ratteristiche protettive per tutto il periodo di osservazio-
idrogeno (step di Volmer-Heyrowsky) sulla superficie del
ne: il suo potenziale di corrosione rimane stabile. Il Ti tal
metallo attivo [3]. La letteratura è carente nell’analisi de-
quale (linea nera) e il coating meno performante (linea
gli step fondamentali che conducono alla delaminazione
rossa) mostrano una decisa caduta di potenziale al di sot-
di ossidi anodici, da cui lo scopo del presente elaborato.
to del valore critico, generalmente valutato a -0,477 V/
In tal senso saranno acquisiti diversi spettri EIS a specifici
SSCsat [2]. In Figura si riportano anche i limiti di stabilità
potenziali catodici interpretando i risultati ottenuti me-
[2] della formazione di TiO2 e Ti2O3, pari a -0,647 V/SSCsat.
diante osservazione visiva, tecnica spettrofotometrica e
e -0,717 V/SSCsat.. Quest’ultimo è considerato il limite ter-
analisi GD-OES in modo da correlare i dati elettrochimici
modinamico al di sotto del quale il titanio non è in grado
alla variazione di colore osservata in seguito a polarizza-
di formare un ossido stabile sulla sua superficie. Fintan-
zione catodica.
to che il campione mantiene condizioni di passività (Ecorr nobile), un’unica costante di tempo caratterizza lo spettro
MATERIALI E METODI
elettrochimico. Si evince pertanto l’azione benefica di un
Anodizzazione
trattamento PEO nel favorire la crescita di uno strato bar-
I trattamenti di anodizzazione PEO sono stati effettuati su
riera in grado di ritardare l’attivazione di un elettrodo di
provini di titanio grado 2 (UNS R50400) utilizzando una
titanio, rendendo consono il suo utilizzo nelle applicazio-
soluzione di H2SO4 0.5 M, mediante un alimentatore pro-
ni precedentemente esposte. In seguito all’attivazione del
grammabile, in modalità potenziostatica considerando un
substrato promossa dalla delaminazione del rivestimen-
voltaggio finale di 160 V. I campioni, prima del trattamen-
to, con conseguente stabilizzazione di Ecorr a circa -0,65
to, sono stati lappati con carta abrasiva al carburo di silicio
V/SSCsat, lo spettro evolve verso la formazione di due co-
rispettando la sequenza 100, 320 e 600, sonicati in etano-
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Memorie scientifiche - Corrosione
lo per 5 minuti e lavati in acqua distillata. L’anodizzazione
volume 1 litro, 3 elettrodi: un controelettrodo al Pt, un
è stata eseguita utilizzando una forma d’onda con duty
elettrodo di riferimento argento/argento cloruro (SSCsat.)
cycle: 90% anodico, 10% catodico, con un picco catodico
e il campione di titanio. La superficie di titanio esposta è
(espresso come % rispetto al valore anodico) del 7% ri-
di 1 cm2. Le impedenze elettrochimiche sono state svol-
petuto ad una frequenza di 1000 Hz utilizzando come con-
te in H2SO4 10 %v/v a 60 °C, applicando una sinusoide di
troelettrodo una rete di titanio attivato. I trattamenti sono
ampiezza 10 mVrms, valutando 10 punti per decade di fre-
stati svolti a temperatura ambiente e un ΔT ~ 5 °C è stato
quenza fra 10 5 e 10 -2 Hz. Le prove sono state eseguite a
riscontrato al termine della prova. Il ciclo scelto ha mo-
diversi potenziali catodici secondo l’ordine descritto in
strato in precedenti esperienze [4] una mediocre resisten-
Tab. 1. Per ogni condizione sono state eseguite 5 prove.
za a corrosione: questo ha permesso di diminuire il tempo
Prima dello Step 1, il sistema è stato fatto stabilizzare per
di osservazione della prova di immersione di acido.
30 minuti osservando Ecorr, mentre l’analisi EIS al successivo step di potenziale è iniziata previa stabilizzazione della corrente circolante nella cella elettrochimica.
Impedenze elettrochimiche (EIS) Le prove EIS sono state effettuate mediante potenziostato Autolab M204, immergendo in una cella in PTFE, di
Tab.1 - Step di polarizzazione catodica utilizzati per condurre le analisi EIS / Potential steps used to carry out EIS analysis [2] Parametri elettrochimici di polarizzazione catodica Step
V/SSCsat.
Reazione
Descrizione
1
Ecorr
/
Stato di passività
2
-0,3
Riduzione dell’ossido
3
-0,477 [3]
TiO2+ 4H+ + e- ↔ Ti3+ + 2H2O
4
-0,647 [3]
TiO2+ 6H + 6e ↔ TiH2 + 2H2O
Limite di stabilità TiO2
/
+
-
+
Potenziale critico Ti
Spettrofotometria e analisi al GD-OES
CM-2500d e i risultati analizzati con software SpectraMagic
La composizione elementare dei provini anodizzati è
NX. Adottando la semplificazione di radiazione incidente
stata testata mediante tecnica GD-OES, utilizzando un
e considerando trascurabile il contributo del coefficiente
ANALYTIK GDA 750 HR analyzer, considerando gli ele-
di estinzione, è stato possibile ricavare dallo spettro del-
menti Ti, O, S e H. Le misure di spettrofotometria sono
la riflettanza (R) quello relativo all’indice di rifrazione (n)
state invece condotte tramite l’utilizzo di Konica Minolta
mediante Eq. 1:
[1]
RISULTATI In Fig. 2 sono raccolti tutti gli spettri relativi alle polarizzazioni catodiche impresse ai campioni anodizzati secondo le condizioni descritte in sezione materiali e metodi.
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Scientific papers - Corrosion
Fig.2 - a Diagramma di Nyquist valutato ad Ecorr, b a -0,3 V/SSCsat., c a -0,477 V/SSCsat., d a -0,647 V/SSCsat.. La freccia rossa indica la formazione della bolla responsabile della delaminazione indicata dalla freccia blu / a Nyquist diagram at Ecorr, b at -0.3 V/ SSCsat., c at -0.477 V/SSCsat., d at -0.647 V/SSCsat.. Red arrow indicates the bubble responsible for debonding highlighted by the blue arrow.
È possibile notare come in condizione di passività (Step 1)
La diminuzione dell’indice di rifrazione (e quindi la varia-
l’elettrodo presenti solo una costante di tempo espressa
zione di colore) può essere sia attribuita alla diminuzione
da un semicerchio nel grafico di Nyquist. Abbassando il
di polarizzabilità del materiale in seguito alla formazione
potenziale a -0,3 V/SSCsat. (Step 2) è stato verificato uno
di legami O-H dovuti all’intercalazione dell’idrogeno. Di
strano comportamento nel diagramma di Nyquist: l’im-
conseguenza è ragionevole attribuire il rilascio di carica,
pedenza immaginaria Z j mostra valori negativi, tipici di
osservato in Fig. 2 b, alla restituzione di protoni accumu-
fenomeni capacitivi; l’impedenza reale Zr è caratterizza-
lati all’interno del film durante applicazione del potenzia-
ta da valori negativi, segno che il sistema sta rilasciando
le catodico. Diminuendo il potenziale in corrispondenza
energia. Contemporaneamente è stato verificato, sulla
del potenziale critico (Step 3) avviene la delaminazione
superficie del provino, un brusco cambiamento di colore
dell’ossido a causa dell’ingente evoluzione di idrogeno,
verso il bianco non appena gli spettri EIS si sono alline-
penetrato attraverso il rivestimento, sulla superficie del
ati all’andamento descritto da Fig 2 b. Mediante utilizzo
metallo e descritta mediante la formazione di tre loop nel
di tecnica spettrofotometrica è stata ricavata la variazione
diagramma di Nyquist Fig. 2 c. Tale risultato è già stato
spettrale (Fig. 3 a) dell’indice di rifrazione fra un provino
interpretato come dovuto alla concomitante presenza di
di riferimento e uno polarizzato a -0,3 V/SSCsat.: l’indice di
materiale attivo, in seguito alla delaminazione, e all’an-
rifrazione presenta una marcata diminuzione lungo tutto
cora presente ossido difettato, per maggiori dettagli fare
lo spettro di lunghezze d’onda per il provino. In Fig. 3 b
riferimento a [2]. Diminuendo ulteriormente il potenziale
sono riportati i profili di concentrazione ottenuti median-
in corrispondenza del limite di stabilità della TiO2 (Step 4),
te analisi al GD-OES su i provini precedentemente sotto-
lo spettro d’impedenza satura verso due semicerchi (Fig.
posti a misure di riflettanza: per il provino di riferimento
2 d) attribuiti da altri autori [4] [5] allo step di evoluzione di
è mostrato solo l’andamento dell’H, per facilitare la let-
idrogeno sulla superficie metallica attiva.
tura dell’immagine. È possibile notare come il provino polarizzato presenti un maggiore segnale relativo all’H, compatibile con un suo ingresso all’interno dell’ossido.
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Memorie scientifiche - Corrosione
Fig.3 - a Spettro dell’indice di rifrazione per un materiale di riferimento ed uno polarizzato in senso catodico; b Successiva analisi al GD-OES / a Refractive index spectrum for a sample undergoing cathodic polarisation and a reference one; b GD-OES analysis.
CONCLUSIONI
denza immaginaria che reale sono negative. Ne consegue
In seguito ai risultati precedentemente esposti è possibile
la formazione di una bolla di H2 la cui espansione provoca
asserire le seguenti conclusioni:
la delaminazione dell’ossido;
1) il titanio anodizzato in condizioni passive presenta nel
3) in condizioni di ossido delaminato, tre costanti di tem-
diagramma EIS un’unica costante di tempo, indice di un
po sono sempre verificate, indicando la contemporanea
comportamento prevalentemente capacitivo in un ampio
presenza di evoluzione di idrogeno sulla superficie attiva
range di frequenze;
e una residua porzione di ossido difettato;
2) applicando un potenziale di -0,3 V/SSCsat., il campione
4) l’EIS valutata al limite di stabilità della TiO2 presenta due
rilascia parte della carica accumulata sotto forma di proto-
loop tipici dell’evoluzione di idrogeno.
ni, mostrando un diagramma di Nyquist in cui sia l’impe-
BIBLIOGRAFIA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
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Scientific papers - Corrosion
A study on the debonding of PEO oxides immersed in sulphuric acid through electrochemical impedance spectroscopy Among all the mineral reducing acids, sulphuric acid is the most aggressive towards CP titanium. Thanks to the strong
complexing ability of sulphates with Ti4+, it acts promoting uniform attacks over the entire exposed surface, genera-
ting corrosion rates of about 7.7 mm/y. Plasma electrolytic oxidation (PEO) on titanium allows the formation of a thick crystalline oxide. The layer is able to protect the substrate until the corrosion potential (E corr) remains nobler than the
hydrogen reduction reaction, which could be considered as a reasonable threshold for oxide passivity, below which proton intercalation and cation reduction to Ti3+ can occur. In the following research, impedance measurements (EIS)
has been performed at different cathodic potentials, with the aim of providing a scientific interpretation of the oxide delamination in concentrated hot reducing environment. The formation of a hydrogen bubble at the metal-oxide interface is the necessary condition for oxide failure.
KEYWORDS: EIS, PEO, H2SO4, TITANIUM, HYDROGEN
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Attualità industriale - Industry news
Rivestimenti epossidici fotopolimerizzati derivati da oli vegetali a cura di: L. Iannucci, C. Noè, M. Sangermano, S. Grassini, S. Malburet, A. Graillot
Questo studio presenta la caratterizzazione di innovativi rivestimenti epossidici fotopolimerizzati prodotti a partire da
oli vegetali. Si tratta di materiali ottenuti da oli epossidati derivati da semi d’uva oppure di rosa canina. È stata svolta una completa caratterizzazione dei rivestimenti, sia per quanto riguarda proprietà chimico-fisiche, quali angolo di contatto e temperatura di transizione vetrosa, sia per studiare la loro efficacia nella protezione di materiali metallici
dalla corrosione. I rivestimenti sono stati depositati su substrati di acciaio dolce e quindi caratterizzati mediante
Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica (EIS), al fine di analizzare le loro proprietà barriera. I rivestimenti hanno
mostrato una buona capacità protettiva, in particolare quelli ottenuti da oli con un più alto grado di epossidazione. I risultati mostrano quindi la possibilità di ottimizzare efficacemente le proprietà barriera di questi materiali derivati da fonti vegetali tramite un’opportuna selezione degli oli di partenza.
PAROLE CHIAVE: RIVESTIMENTI POLIMERICI, RESINE BIO-BASED, EIS
INTRODUZIONE
La necessità di ridurre il consumo di risorse non rinnovabili
ha spinto negli ultimi anni la ricerca scientifica a sviluppare nuovi materiali polimerici non più derivati da petrolio
bensì da fonti vegetali. Infatti, è possibile in questo modo
ridurre sia il consumo di combustibili fossili sia le emissioni
di anidride carbonica in atmosfera. Finora lo sviluppo
di polimeri da fonti vegetali ha interessato soprattutto il campo delle resine termoplastiche, mentre l’ambito
dei materiali termoindurenti è ancora poco studiato, nonostante la sua importanza in molte applicazioni [1],[2].
Alcuni studi nell’ambito della protezione dalla corrosione
L. Iannucci, C. Noè,
M. Sangermano, S. Grassini
hanno già dimostrato l’efficacia protettiva di rivestimenti
Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia,
ottenuti anche attraverso l’aggiunta di nanoparticelle di
S. Malburet, A. Graillot
ottenuti da fonti vegetali e risultati interessanti sono stati
silice superidrofobiche [3],[4]. Precedenti ricerche hanno portato allo sviluppo di nuove resine termoindurenti
Politecnico di Torino, Torino, Italia
Specific Polymers, Castries, Francia
derivate da vanillina e cardanolo, che hanno mostrato
buone proprietà termomeccaniche [5],[6]. Il presente
studio si pone quindi l’obiettivo di approfondire questa tematica e di analizzare anche le proprietà barriera di questi nuovi rivestimenti, che possono potenzialmente
trovare applicazione anche nell’ambito della protezione dalla corrosione.
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Industry news - Attualità industriale
MATERIALI E METODI
RISULTATI E DISCUSSIONE
da tre formulazioni differenti, caratterizzate da un diverso
l’elevata percentuale di conversione raggiunta al termine
I rivestimenti oggetto di studio sono stati realizzati a partire contenuto di doppi legami nei monomeri di partenza.
Due rivestimenti sono ottenuti da oli epossidati derivati da semi di rosa canina (chiamati ERHO-4.5 e ERHO-6) e
uno da oli epossidati derivati da semi d’uva (EGRP-5); tutti
Le analisi tramite spettroscopia infrarossa mostrano
della fotopolimerizzazione. Confrontando gli spettri prima e dopo la reticolazione, è infatti possibile osservare l’abbassamento di intensità del picco attribuito all’anello
epossidico posizionato a 840 cm-1. La percentuale di
gli oli di partenza sono stati forniti da Specific Polymers
conversione raggiunge il 95% per i campioni ERHO-4.5,
aggiunto il fotoiniziatore cationico (esafluoroantimoniato
ERHO-6 [8]. I diversi rivestimenti presentano differenti
I rivestimenti sono stati quindi depositati su substrati
legata alla densità di reticolazione nella resina, a sua
tramite barre stendifilm e infine fotoreticolati tramite
partenza. Le temperature di transizione vetrosa più basse
(Castries, Francia). All’interno della formulazione è stato
di triaril-solfonio) in concentrazione pari al 2% in peso.
il 99% per i campioni EGRP-5 e il 93% per i campioni
valori di temperatura di transizione vetrosa; questa è
di acciaio dolce (Q-Panel Standard Test Substrate)
volta dipendente dal grado di epossidazione dell’olio di
lampada UV Dymax ECE 5000 per 15 s con un’intensità di 95
sono state misurate per i campioni ERHO-4.5 e EGRP-5,
mW/cm . Lo spessore dei film è di circa 50 µm. Il grado di 2
conversione al termine della reazione di fotoreticolazione è stato valutato tramite spettroscopia infrarossa (FTIR).
Le misure sono state effettuate tramite lo spettrometro Nicolet iS 50 in modalità di trasmissione. Gli spettri sono stati acquisiti nell’intervallo di frequenze tra 500 cm
-1
e
4000 cm prima e dopo irradiazione con lampada UV. La -1
temperatura di transizione vetrosa (Tg) è stata misurata tramite Analisi Termica Dinamo-Meccanica (DMTA),
utilizzando una velocità di riscaldamento di 3°C/min e una deformazione uniassiale dello 0.02% alla frequenza di 1
Hz. Le misure di angolo di contatto sono state effettuate tramite strumentazione Kruss DSA10 con l’uso di una
videocamera. Per ciascun campione sono state fatte
sei misure, utilizzando acqua distillata come liquido. Le misure di spettroscopia d'impedenza sono state effettuate in una cella elettrochimica a tre elettrodi, utilizzando un elettrodo di riferimento Ag/AgCl, un filo di Ni-Cr come
controelettrodo e il campione di acciaio rivestito come elettrodo di lavoro (superficie esposta all’elettrolita pari a 0.78 cm ) [7]. Le misure sono state fatte a temperatura 2
ambiente in soluzione aerata 0.1 M di NaCl, per una durata complessiva della prova pari a 312 ore. Gli spettri
d’impedenza sono stati acquisiti al potenziale di libera corrosione (EOCP) applicando un segnale sinusoidale di ampiezza pari a 10 mV nell’intervallo di frequenza compreso tra 10 Hz e 10 4
-2
Hz tramite un analizzatore di
risposta in frequenza Ivium-n-Stat. Al termine della prova
di immersione i campioni sono stati analizzati tramite microscopia elettronica a scansione (FESEM Supra 40, ZEISS) al fine di caratterizzare la morfologia superficiale
pari rispettivamente a 9°C e 16°C, mentre per i campioni ERHO-6 sono stati misurati valori pari a 57°C [8]. Ciò
è in accordo con il crescente grado di epossidazione
delle tre formulazioni e ha potenzialmente un’influenza anche sulle proprietà barriera dei tre rivestimenti. Infatti,
solo i campioni ERHO-6 si trovano in uno stato vetroso
(Tg>25°C) durante le misure elettrochimiche, mentre
gli altri si trovano in uno stato gommoso (Tg<25°C) con catene aventi maggiore mobilità. Questo può chiaramente
influire sulla diffusività delle specie aggressive che attraversano il rivestimento dalla soluzione elettrolitica
verso la superficie del metallo e quindi sull’efficacia
della protezione dai fenomeni di corrosione. Per quanto riguarda le misure di angolo di contatto con l’acqua, sono stati trovati valori simili per i tre rivestimenti. In particolare,
per ERHO-4.5 e EGRP-5 sono stati misurati angoli di 75°, mentre per ERHO-6 di 81°. Tutti i rivestimenti presentano quindi un comportamento idrofobico, che è più marcato
per i campioni ERHO-6; questo può essere dovuto alla sua maggiore densità di reticolazione.
I risultati delle misure di spettroscopia d’impedenza sono
riportati in Figura 1, rappresentati come grafici di Nyquist.
È possibile osservare che all’inizio della prova, ovvero nella misura dopo un’ora di immersione nella soluzione elettrolitica, tutti i campioni presentano una buona
efficacia protettiva, con un comportamento capacitivo
a più alte frequenze e poi resistivo a basse frequenze. I moduli di impedenza più alti vengono misurati per i
campioni ERHO-4.5 e ERHO-6, dell’ordine di grandezza di circa 10 8 Ω·cm 2, mentre valori più
dei rivestimenti dopo esser stati a contatto con l’elettrolita.
La Metallurgia Italiana - October 2021
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Attualità industriale - Industry news
Fig.1 - (A sinistra) Spettri di impedenza acquisiti dopo 1 ora e 312 ore di immersione in soluzione aerata di NaCl 0.1 M; i punti rappresentano i dati sperimentali, mentre le linee continue sono il risultato della modellizzazione tramite circuito elettrico equivalente (rappresentato nell’inserto in alto). (A destra) Immagini FESEM dei tre rivestimenti al termine della prova. / (On the left) Impedance spectra acquired after 1 hour and 312 hours of immersion in 0.1 M NaCl aerated solution; points represent experimental data, while continuous lines are the result from equivalent electrical circuit modelling (the circuit is shown in the inset). (On the right) SEM images of the three coatings at the end of the test.
bassi sono misurati per EGRP-5, ovvero al di sotto di
caso dei campioni ERHO-4.5 e ERHO-6 è invece possibile
per resine epossidiche derivate da fonti fossili [9]. Nel corso
al termine della prova sia notevolmente più contenuto
107 Ω·cm 2; i valori trovati sono paragonabili a quelli riportati
della prova è possibile osservare per i rivestimenti EGRP-5
un drastico abbassamento del modulo d’impedenza, che si riduce di più di un ordine di grandezza dopo 312 ore. Nel La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
notare come il decremento del modulo di impedenza e si mantenga al di sopra di 10 7 Ω·cm 2 in entrambi i casi.
Al fine di comprendere in maniera più approfondita il meccanismo di degrado, gli spettri di impedenza sono
pagina 60
Industry news - Attualità industriale
stati analizzati tramite circuiti elettrici equivalenti (il
risultato dell’elaborazione è rappresentato nei grafici di Nyquist in Figura 1 come una linea continua). Il circuito
è composto dalla resistenza della soluzione (Rs) in serie a due RC che modellizzano nel primo caso la resistenza
(R c) e la capacità (Cc) del rivestimento e la resistenza al trasferimento di carica (R ct) e la capacità di doppio strato
(C dl) nel secondo. Le due capacità sono state modellizzate
tramite CPE (Constant Phase Elements) al fine di tener
conto di possibili eterogeneità superficiali [10]. Prendendo in considerazione la resistenza al trasferimento di carica,
che è proporzionale alla velocità di corrosione del metallo durante la prova, si può osservare come questa
resti su valori pressoché costanti nei campioni ERHO-6 (che presentano quindi il comportamento protettivo più
stabile ed efficace), mentre sia decrescente per ERHO-
4.5, seppur in maniera ridotta, e per EGRP-5. Come già osservato dagli spettri di impedenza, questi ultimi sono
i rivestimenti per cui si osservano i fenomeni di degrado più evidenti nel corso della prova di immersione (Tabella
1). Questo comportamento trova ulteriore conferma nelle analisi morfologiche finali tramite microscopia elettronica a scansione. Infatti, come è possibile osservare in Figura
1, i campioni ERHO-6 sono gli unici a mostrare una superficie quasi del tutto priva di difetti e senza prodotti di
corrosione. Al contrario, i campioni ERHO-4.5 e, in misura maggiore, EGRP-5 sono caratterizzati dalla presenza di
difetti sulla superficie del rivestimento e di prodotti di corrosione.
Tab.1 - Valori dei parametri circuitali determinati per gli spettri d’impedenza di Fig.1 / Values of the equivalent circuit model components derived for the impedance spectra shown in Fig. 1.
ERHO-4.5
EGRP-5
ERHO-6
Rs (Ω cm2)
Rc (Ω cm2)
1h
62.8
312 h
Cc
Rct (Ω cm2)
Qc (sn Ω-1 cm-2)
n
4.01 107
3.48 10-10
0.92
62.8
3.13 107
3.48 10-10
1h
62.8
4.63 105
312 h
62.8
1h 312 h
Cdl Qdl (sn Ω-1 cm-2)
n
2.65 107
2.51 10-9
1.00
0.91
5.03 106
8.47 10-8
0.77
4.17 10-10
0.99
4.71 106
2.70 10-9
0.85
1.02 105
2.16 10-10
0.99
3.14 104
4.37 10-7
0.78
62.8
8.87 107
7.13 10-10
0.84
1.88 107
1.03 10-7
0.86
62.8
2.68 107
1.41 10-9
0.77
4.00 107
3.85 10-8
0.73
una
efficacia
CONCLUSIONI
idrofobico,
protettiva di tre rivestimenti derivati da oli vegetali. Per
è stato attribuito alla differente densità di reticolazione
Il presente studio ha mostrato la diversa efficacia tutte le formulazioni la reazione di fotopolimerizzazione
è avvenuta in modo completo, raggiungendo una
percentuale di conversione superiore al 90%. Sebbene le misure di angolo di contatto abbiano dato risultati simili per i tre rivestimenti, che hanno tutti un buon comportamento
è
stata
osservata
diversa
protettiva nei confronti dei fenomeni di corrosione. Ciò
nelle tre formulazioni; infatti un network polimerico più stretto, con catene aventi una ridotta mobilità, permette
di rallentare più efficacemente la diffusione di acqua e ioni dall’ambiente esterno verso la superficie del metallo garantendo migliori proprietà barriera.
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UV-cured epoxy coatings from vegetable oils This study presents the characterization of innovative epoxy coatings derived from vegetable oils. They are photopolymerized materials derived from epoxidized grape seed oils or epoxidized rose hip seed oils. A complete characte-
rization of the coatings was performed, both to study chemico-physical properties such as contact angle and glass transition temperature, and to investigate their corrosion protection effectiveness. The coatings were deposited on mild steel substrates and then characterized by means of Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in order to
analyse their barrier properties. A good protection effectiveness was found, specifically for the coatings characterized by a higher crosslinking density. Thus, results show the possibility to optimize the barrier properties of these bio-based materials by means of a proper choice of the precursor oils.
KEYWORDS: COATINGS, BIO-BASED RESINS, EIS
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Scientific papers - Corrosion
Modellazione di processi di corrosione con il software COMSOL Multiphysics E. V. Ghiggini, M. Baricco, C. Errigo, R. Ardino
La modellazione matematica e la simulazione tramite software sono strumenti molto efficaci per comprendere e per prevedere i processi di corrosione e di protezione da questa dei materiali metallici. Il software COMSOL Multiphysics fornisce un modello matematico validato che può essere utilizzato, per una data geometria, come strumento per fare previsioni e per promuovere innovazioni sulla protezione dalla corrosione di oggetti. In questo lavoro è stata studiata la corrosione di lamierini di acciaio zincato confrontando i risultati delle simulazioni con prove di laboratorio effettuate in nebbia salina. I risultati della modellazione matematica hanno permesso di stimare la stabilità nel tempo dello strato protettivo di zinco, che è risultata in accordo con le prove sperimentali. Lo scopo della simulazione tramite il software è di ridurre, in futuro, il numero di prove di laboratorio e le tempistiche di esecuzione, sostituendole con le simulazioni mediante COMSOL Multiphysics.
PAROLE CHIAVE: CORROSIONE, SIMULAZIONE, SOFTWARE, ACCIAIO ZINCATOICA SIMULAZIONE DELLA CORROSIONE IN AMBITO AUTOMOTIVE La simulazione tramite software di processi di corrosione di un mezzo di trasporto è un dispositivo particolarmente utile per valutare e modellare le strutture metalliche nei veicoli e per poter accelerare i metodi di sviluppo e le richieste del mercato, in termini di sicurezza e di prestazioni ottimali. Inoltre il software multifisico è diventato uno strumento di ampio utilizzo che si sta diffondendo in ambito industriale. Queste applicazioni simulano fenomeni fisici in parallelo per rappresentare il comportamento della vita reale su un prototipo virtuale [1]. Gli sviluppatori di software multifisici affermano che risolvendo i modelli per più fenomeni fisici, è possibile rendere le simulazioni più realistiche [1]. Infatti, mediante la modellazione matematica e la simulazione di processi corrosivi, si possono riprodurre: reazioni elettrochimiche, reazioni di corrosione e altre reazioni superficiali all’interfaccia tra una struttura metallica e una soluzione, il trasporto di ioni
Elisa Vittoria Ghiggini
Dipartimento di Chimica e NIS - INSTM, Università degli Studi di Torino, Torino - Centro Ricerche Fiat, C.R.F. S.C.p.A, Torino
Marcello Baricco
Dipartimento di Chimica e NIS - INSTM, Università degli Studi di Torino, Torino
Claudio Errigo
Centro Ricerche Fiat, C.R.F. S.C.p.A, Torino
Roberto Ardino
Centro Ricerche Fiat, C.R.F. S.C.p.A, Torino
e specie neutre nella soluzione, e il trasporto di corrente nella struttura metallica. Le simulazioni tramite software possono essere utili per comprendere i processi di corrosione di manufatti metallici, nonché progettare e ottimizzare la loro protezione [2]. Lo scopo di questo lavoro è la simulazione dei processi di corrosione di lamierini di
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Memorie scientifiche - Corrosione
acciaio zincato BH210 (zincatura a caldo di spessore circa
▪ l’elettrolita, che trasporta corrente tramite il trasporto di
7 μm e dimensione dei lamierini 100 mm x 200 mm) me-
specie chimiche cariche (ioni);
diante uno studio con il software COMSOL Multiphysics
▪ un circuito chiuso, determinato dalle condizioni di eser-
[3]. Lo studio è finalizzato ad ottenere dei risultati con-
cizio.
frontabili con misure sperimentali tecnologiche di labora-
In generale l’elettrodo è rappresentato da un conduttore
torio di interesse industriale (prove di corrosione in neb-
elettrico convenzionale, costituito dalla lega di cui è com-
bia salina) che si effettuano per valutare la resistenza alla
posto il materiale, mentre l’elettrolita può essere acqua
corrosione di provini. Il software COMSOL Multiphysics
oppure una soluzione acquosa. Il trasporto di corrente
utilizza l’analisi degli elementi finiti (FEA) per comprende-
che avviene all’interfaccia elettrodo-elettrolita implica
re, prevedere, ottimizzare e controllare la progettazione
una corrente elettrica all'elettrodo che si converte in cor-
o il funzionamento di un dispositivo o di un processo. La
rente ionica nell’elettrolita: questa conversione tra i due
base del software FEA è costituita dalle leggi della fisica
tipi di corrente può sorgere da reazioni elettrochimiche
espresse in modelli matematici, e questi sono discretiz-
(di riduzione o di ossidazione) oppure da una carica ca-
zati dal metodo degli elementi finiti (FEM) con i modelli
pacitiva (capacità a doppio strato). Nel software COMSOL
numerici corrispondenti. Le equazioni discretizzate ven-
Multiphysics, il modulo di corrosione è costituito da di-
gono risolte e i risultati vengono analizzati, da qui deriva il
versi blocchi di interfacce fisiche che descrivono il tra-
termine di analisi agli elementi finiti [3].
sporto e le reazioni di ioni e specie neutre in elettroliti acquosi, reazioni superficiali (elettrochimiche o chimiche) e
METODOLOGIA
la formazione di specie o rivestimenti adsorbiti su superfi-
L’applicazione del modello numerico nel modulo di cor-
cie metalliche. Il software descrive il trasporto di corrente
rosione di COMSOL Multiphysics deve contenere alcuni
in elettroliti e metalli, il trasporto di corrente in strutture
elementi essenziali per la modellazione e la simulazione
metalliche sottili (trattate come gusci), il flusso di fluido e
dei processi, tra i quali:
il trasferimento di calore [3].
▪ gli elettrodi, come anodo (o regione anodica) e catodo
Le fasi da seguire nella programmazione con il software, al
(o regione catodica), che conducono la corrente tramite il
fine di ottenere una simulazione di processo, sono breve-
trasporto di elettroni;
mente descritte in Figura 1.
Fig.1 - Fasi per la programmazione di COMSOL / Steps for COMSOL programming.
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
pagina 64
Scientific papers - Corrosion
Inizialmente su COMSOL Multiphysics si deve stabilire la
4), si può attuare il post-processing (fase 5) modificando
geometria che si vuole studiare (fase 1), successivamente
i parametri inseriti inizialmente per elaborare le soluzioni
si può scegliere un materiale dalla banca dati del software
e per ottenere dei risultati sempre più precisi e accurati.
oppure crearne uno nuovo includendo dei dati sperimen-
Una scelta corretta dei parametri è un passaggio indi-
tali e si devono impostare le leggi fisiche che descrivono
spensabile e rilevante per un’ottimale pianificazione della
il modello (fase 2), ad esempio per il modulo di elettro-
simulazione e consente di ottenere un miglior risultato
chimica si può avere la fisica di distribuzione di corrente
finale. In questo lavoro alcuni parametri che sono stati fis-
primaria o secondaria, la fisica di distribuzione di corrente
sati per la simulazione sono: la conducibilità della solu-
terziaria, l’elettroanalisi, ecc. Il passo successivo è co-
zione elettrolitica, la temperatura, l’umidità relativa, il pH
struire la mesh (fase 3), che ha un ruolo molto importante,
della soluzione e la curva di polarizzazione del materiale
poiché influenza direttamente il calcolo di un problema,
in esame.
incluso il tempo necessario per risolvere un modello, la
Nella seguente Tabella 1 sono elencati i parametri, misu-
quantità di memoria richiesta per calcolare un problema,
rati sperimentalmente oppure ricavati dalla letteratura,
il modo in cui la soluzione viene interpolata tra i nodi e
utilizzati nel modello dei lamierini zincati con il software
l'accuratezza della soluzione [3]. Infine, dopo aver sele-
COMSOL Multiphysics.
zionato uno studio e aver ottenuto delle soluzioni (fase Tab.1 - Parametri della simulazione con il software / Software simulation parameters.
Un parametro fondamentale è la curva di polarizzazione,
king electrode) in un sistema elettrochimico, costituito da
che permette di descrivere il comportamento del mate-
un contro-elettrodo inerte (in questo caso di platino) e da
riale da studiare in funzione del potenziale a cui è sotto-
una soluzione elettrolitica corrispondente all’ambiente di
posto, quando si trova a contatto con l’elettrolita in esa-
lavoro e proveniente dalla nebbia salina. La prova è stata
me; infatti lo scopo della prova di polarizzazione è quello
eseguita imponendo al sistema un potenziale, espresso in
di determinare la densità di corrente di corrosione os-
Volt, variabile in modo controllato mediante il potenzio-
servata a ciascun potenziale. Le prove di polarizzazione
stato; contemporaneamente è stata misurata la densità di
potenziodinamica sono state eseguite a temperatura am-
corrente, espressa in A/cm 2, che fluiva tra il campione e il
biente e ponendo il materiale oggetto dello studio (wor-
contro-elettrodo (maggiore è il valore misurato di corren-
La Metallurgia Italiana - October 2021
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Memorie scientifiche - Corrosione
te e maggiore è la velocità di corrosione). Inoltre, è stato
Le prove di corrosione di laboratorio sono state effettuate
utilizzato un elettrodo di riferimento (in questo caso a ca-
in nebbia salina, che è un’apparecchiatura nella quale vie-
lomelano saturo SCE), rispetto al quale sono stati misurati
ne nebulizzata una soluzione aggressiva di acqua e NaCl.
in modo accurato i potenziali di polarizzazione a cui era
La cabina è rivestita internamente con materiale inerte
sottoposto il campione, poiché non è direttamente coin-
mentre all’esterno è ricoperta da uno strato coibente.
volto nel passaggio di corrente al variare del potenziale.
La camera ha inoltre un coperchio a tenuta stagna e due
All’inizio della prova è stato misurato, per circa un’ora, il
piccole aperture; la prima, nella parte alta, si utilizza per
voltaggio a circuito aperto (OCP: open circuit potential),
dar sfogo alla nebbia e la seconda apertura, sul fondo, si
cioè il potenziale elettrico del campione rispetto all’elet-
impiega per lo scarico della soluzione proveniente dal-
trodo di riferimento nell’ambiente di lavoro, quando la
la precipitazione della nebbia. All’interno della cabina si
corrente non passa attraverso il contro-elettrodo inerte.
hanno dei nebulizzatori della soluzione acquosa, costitui-
In seguito è stato imposto un potenziale esterno parten-
ti da materiale inerte, che sono posizionati in modo tale da
do da -0,4 V, rispetto al potenziale di riferimento misurato
evitare l’impatto diretto del getto d’acqua sui pezzi espo-
dall’OCP, arrivando fino a circa 1 V, mediante una velocità
sti. All’interno della nebbia salina è stata utilizzata come
di scansione pari a 0,5 mV/s. Infine i dati sperimentali ot-
elettrolita una soluzione acquosa di cloruro di sodio al 5%
tenuti dalle curve di polarizzazione, che sono stati inseriti
in peso, con conducibilità pari a 7 S/m e si è fissata una
come parametri dei materiali nei modelli eseguiti con il
temperatura di 35 gradi centigradi, un’umidità relativa del
software COMSOL Multiphysics, devono essere raffigurati
95% e un pH con valore 6.5.
come funzioni monotone, perché per uno specifico valo-
La Figura 2 riporta un’immagine della camera a nebbia sa-
re di corrente non si possono avere più valori di potenzia-
lina con la quale sono state effettuate le prove di invec-
le dal momento che questo implicherebbe delle soluzioni
chiamento dei lamierini di acciaio zincato BH210.
multiple.
Fig.2 - Nebbia salina / Salt spray. RISULTATI
lamierino di acciaio zincato.
I risultati della modellazione hanno permesso di stimare
Durante la realizzazione delle simulazioni di corrosione
la stabilità nel tempo dello strato protettivo di zinco, che è
sui lamierini, sebbene le prove di polarizzazione poten-
risultata in accordo con le prove sperimentali. Infatti, dalla
ziodinamica siano state eseguite con la soluzione elettro-
simulazione con il software e dai risultati ottenuti in labo-
litica a temperatura ambiente e non alla temperatura fis-
ratorio, si può vedere inizialmente una corrosione prefe-
sata nelle prove effettuate in nebbia salina e all’interno di
renziale dello strato di zinco sui bordi e attorno ai fori del
una cella elettrochimica progettata per campioni piatti, si
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
pagina 66
Scientific papers - Corrosion
considera che tale approssimazione non vada ad influire
caso non si ottengono, dalle simulazioni con il software di
nei modelli eseguiti con il software COMSOL Multiphy-
calcolo, dei risultati finali particolarmente differenti.
sics. Questa supposizione è stata confermata eseguendo
In Figura 3 è mostrato il risultato della simulazione otte-
diversi test di calcolo variando i dati delle prove di pola-
nuto mediante il software COMSOL Multiphysics a con-
rizzazione della densità di corrente del 10%, del 20% e del
fronto con le prove di laboratorio in nebbia salina.
30% e tenendo fissi i valori di potenziale registrati. In ogni
Fig.3 - Corrosione del provino dopo 48 h (A e B) e 120 h (C e D) / Sample corrosion after 48 h (A and B) and 120 h (C and D).
Nel lato sinistro della figura è possibile osservare la cor-
CONCLUSIONI
rosione con il software dello strato di zinco (di colore blu)
In questo lavoro, tramite il software COMSOL Multiphy-
rispetto l’acciaio (di colore rosso) dopo 48 h (A) e 120 h (C)
sics, è stata studiata la corrosione di lamierini di acciaio
di esposizione alla soluzione acquosa di cloruro di sodio.
zincato BH210 simulando la prova tecnologica di labora-
Nel lato destro della figura si può paragonare l’esito del-
torio in nebbia salina, mettendo poi a confronto i risultati
le prove di laboratorio sui lamierini dopo le stesse ore in
ottenuti. Lo scopo della modellazione matematica e del-
nebbia salina (B e D) e si può osservare, in particolare, la
la simulazione tramite COMSOL Multiphysics è quello,
corrosione sui bordi laterali e attorno ai fori dei provini. La
in futuro, di ridurre il numero di prove di laboratorio e le
simulazione a tempi maggiori dimostra un avanzamento
tempistiche di esecuzione, sostituendole con le simula-
della corrosione e di conseguenza un decremento dello
zioni mediante il software. Di conseguenza è necessario
spessore dello strato protettivo di zinco, tuttavia le condi-
disporre dei mezzi per confrontare i test di laboratorio
zioni al contorno trascurano l’innesco di fenomeni corro-
con le soluzioni fornite dal software, affinché si possano
sivi in punti specifici del lamierino. In particolare, lo scopo
ottenere risultati compatibili.
del lavoro non dipende dal fenomeno corrosivo locale, quindi la simulazione può essere considerata sufficiente. Altre prove di laboratorio sono attualmente in esecuzione, al fine di ottimizzare le simulazioni effettuate.
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Memorie scientifiche - Corrosione
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Modeling corrosion process with the software COMSOL Multiphysics Mathematical modeling and simulation with suitable softwares are very efficient tools for understanding and predicting corrosion and protection processes of metallic materials. The COMSOL Multiphysics software provides a validated
mathematical modeling to be used, for a given geometry, as a tool to make predictions and fostering innovations about
object corrosion protection. In this work the corrosion of galvanized steel sheets was studied and simulations were compared with laboratory tests in salt spray. Results of mathematical modeling allowed to estimate the stability over time of the protective zinc layer, which was found to be in good agreement with experimental data. The purpose of simulation with the software is to reduce, in the future, the number of laboratory tests and execution times by replacing them with simulations using COMSOL Multiphysics.
KEYWORDS: CORROSION, SIMULATION, SOFTWARE, GALVANIZED STEEL
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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IN M
OD W E B ALITÁ INA R!
Le potenzialità della
simulazione numerica per i trattamenti termici Giornata di Studio 10 novembre 2021 | 09.00 - 12.30 Organizzata da
CENTRO DI STUDIO TRATTAMENTI TERMICI E METALLOGRAFIA
FaReTra Fair Remote Training
presentazione I moderni strumenti di modellazione consentono di eseguire simulazioni di trattamento termico estremamente affidabili, in grado di prevedere la microstruttura e lo stato tensionale di componenti industriali con ottima precisione. Diverse aziende hanno sviluppato algoritmi e database per sistemi metallici che sono stati implementati in potenti strumenti software. Dal canto suo, la continua evoluzione dell’hardware ha notevolmente ridotto precedenti limitazioni computazionali legate della memoria dei computers ed alla velocità dei processori. Oggi, sul mercato sono disponibili strumenti che, dopo l’acquisizione di una certa confidenza, consentono di supportare i tecnici del trattamento termico in attività di produzione, ricerca e sviluppo, spesso con un importante risparmio di tempo e denaro. La giornata di studio si propone di presentare le potenzialità delle tecniche di modellazione e di alcuni software per il trattamento termico degli acciai e delle leghe non ferrose. Attraverso casi pratici, presentati sia da sviluppatori di software che da utilizzatori, sarà possibile comprenderne i campi di impiego, i principali pregi e limitazioni. L’evento è aperto a tutti, sopratturro ai tecnici del settore interessati ad un approccio col mondo della modellazione del trattamento termico. Il programma completo e le modalità di iscrizione sono disponibili sul sito www.aimnet.it
relatori Massimo Pellizzari Professore Associato Università degli Studi di Trento
Federico Fracasso Technical Product Manager Enginsoft, Padova
Alessandro Casagrande Engineering Technician TTN Veneta, Nervesa della Battaglia (TV)
Ettore Anelli Senior Metallurgist Franchini Acciai, Mairano (BS)
Michele Lucchesi Product/Process Engineer Franchini Acciai, Mairano (BS)
Segreteria organizzativa
Angelina Chucaeva Quality Control Specialist Franchini Acciai, Mairano (BS)
Via F. Turati, 8 · 20121 Milano Tel. 02-76021132 / 02-76397770 e-mail: aim@aimnet.it / info@aimnet.it www.aimnet.it
Cristian Viscardi Technical Director Ecotre Valente, Brescia
Atti e notizie - AIM news
Cari amici, come avete già visto dalla copertina di questo numero, l’Associazione Italiana di Metallurgia compie 75 anni, mentre la nostra Rivista è ancora più datata, essendo stata fondata nel 1909 dalla Associazione fra gli Industriali Metallurgici Italiani, che ha preceduto l’AIM, come la conosciamo oggi, istituita appunto nel 1946. La lunga segregazione dovuta a motivi sanitari, che pare avviarsi verso una positiva conclusione, non ci permette ancora di festeggiare questi 75 anni di AIM in presenza: abbiamo allora deciso di dedicare parte del numero di ottobre della Rivista a questo evento e alla vita associativa. I Presidenti dei nostri Centri di Studio hanno stilato una breve descrizione del Comitato che presiedono, tracciando una sintesi della loro storia con uno sguardo alle principali attività svolte in passato e a quelle previste nel prossimo futuro. Ne è nata un’interessante panoramica della composita realtà di AIM oggi che aiuta a capire meglio gli interessi e gli ambiti di lavoro di tutti i Comitati Tecnici e a coordinare più efficacemente il lavoro nell’ambito associativo. A questo si aggiunge una simpatica galleria di fotografie dei membri dei CT che hanno acconsentito a mandarci le loro immagini, che volentieri pubblichiamo. Ci auguriamo che le pagine che seguono possano avvicinare sempre più le persone all’Associazione, e vi ringraziamo della pazienza con cui ci seguite.
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Atti e notizie - AIM news
CT ACCIAIERIA Il Comitato Tecnico Acciaieria (CTA) è stato uno dei co-
mitati istituiti sin dall’atto di fondazione dell’Associazione Italiana di Metallurgia e nei suoi 75 anni di attività ha
accompagnato gli associati nell’approfondimento delle
tematiche che hanno caratterizzato lo sviluppo dell’industria siderurgica. Un comparto industriale che è stato
fondamentale per sostenere la crescita economica dell’I-
talia dopo la Seconda Guerra Mondiale e che nei decen-
ni successivi ha visto l’avvicendarsi di impegnative e dirompenti innovazioni tecnologiche: lo sviluppo dei forni elettrici ad arco, l’introduzione delle macchine di colata
continua, l’introduzione della tecnica delle scorie schiu-
mose, i processi di carica calda e di laminazione in linea, il galvannealing, la realizzazione di acciai alto-resistenzia-
li, degli acciai a lavorabilità migliorata e di quelli a basso
contenuto inclusionale ed oggi si appresta ad affrontare le
nuove sfide della neutralità carbonica, dell’economia circolare e degli acciai leggeri ad alta resistenza e tenacità. La
forte adesione al comitato e la sua vitalità, che continua a
trovare conferma nella significativa partecipazione ai corsi
di formazione e ai congressi internazionali, è il frutto dello spirito di leale competizione e intensa cooperazione che
anima questo luogo di incontro. E’ qui i tecnici provenien-
ti da realtà anche concorrenti sanno di potersi confrontare, condividere le proprie esperienze e scambiare idee in modo proficuo nella consapevolezza che si tratta di una
delle vie maestre lungo cui è possibile crescere cultural-
mente; senza dimenticare che è proprio attraverso i con-
vegni e le giornate di studio organizzate dal comitato che è possibile proporre alla filiera siderurgica le qualità e le capacità di innovazione che contraddistinguono le realtà imprenditoriali ed accademiche che animano il CTA.
Carlo Mapelli
Mauro Bianchiferri
Francesco Magni
Federico Curreli
432 Group Italy
Asonext
Silvia Barella
Nicola De Biasio
Politecnico di Milano
Politecnico di Milano
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Acciarium
Project Manager
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Atti e notizie - AIM news
Massimiliano Di Cosmo
Pietro Ravanelli
Gianpaolo Foglio
Emilio RIva
Dolomite Franchi
Feralpi Siderurgica
Marcello Gabrielli Enginsoft
Luca Grecchi Showa Denko Carbon Italy
Tenaris Dalmine
Steel Trading Hub LTD
Rolando Rolando Acciaierie Venete
Maurizio Zanforlin Ori Martin
Franco Milani Consulente
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Atti e notizie - AIM news
CT AMBIENTE E SICUREZZA Il CTAS organizza e promuove manifestazioni quali convegni
nazionali, seminari, giornate di studio, corsi di aggiornamento
e di specializzazione, intesi a favorire scambi culturali e crescita professionale.
Tra le attività consolidate ci sono gli incontri almeno quadrimestrali tra i partecipanti del CT Ambiente e Sicurezza nell’ambito dei quali vengono perseguiti i seguenti obiettivi principali:
1) Divulgare la cultura della salute e sicurezza negli stabili-
menti metallurgici attraverso l’organizzazione di giornate di studio e corsi specifici.
2) Condividere tra i membri del comitato AS esperienze significative e problematiche comuni per incrementare quella spinta al miglioramento continuo propria di chi si occupa di
tematiche relative alla tutela dell’ambiente e della salute e sicurezza sul lavoro
Nell’ambito del settore Sicurezza, il CTAS organizza e promuove corsi itineranti biennali “Metallurgia Sicura” che uni-
scono al momento formativo la visita allo stabilimento ospitante. Trattasi di eventi che si sviluppano generalmente su 3
giornate suddivise in mezza di seminario in aula, valido anche come corso di aggiornamento, e mezza giornata di visita allo
stabilimento ospitante, aspetto rilevante al fine di ampliare la conoscenza dei partecipanti delle realtà produttive diverse dalla propria.
Altra attività consolidata nell’ambito del settore Sicurezza,
riguarda l’organizzazione di giornate studio specifiche i cui
argomenti, oltre ad essere approvati all’interno del comitato,
sono proposti anche in base ai desiderata dei partecipanti ai corsi precedenti, quali valutazioni dei rischi, analisi incidenti, infortuni e quasi infortuni, ecc.
È volontà del CTAS che tutte le attività formative svolte in ambito sicurezza possano avere valenza di crediti formativi; a tal
fine sono state stipulate convenzioni con Centri di Formazione Accreditati che valutano preventivamente le dispense dei relatori e, sulla base dei contenuti, dispensano i crediti formativi relativi.
Nell’ambito del settore Ambiente assumono particolare rilievo le attività di organizzazione e di promozione di incontri su: - tecnologie innovative nel settore;
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- sull’interpretazione e applicazione norme ambientali, giurisprudenza e politiche locali ed europee in tema ambientale.
I temi ambientali infatti hanno assunto per le aziende una rilevanza economico/strategica fondamentale e il confronto tra
esperti che si sviluppa in seno al CTAS permette di analizzare approfonditamente le normative ambientali contribuendo a tenere aggiornati i partecipanti su politiche in costante evoluzione.
In tale scenario, risulta essenziale, per gli stabilimenti metal-
lurgici connotati da problematiche ambientali complesse, la corretta gestione delle stesse. A tal fine, il CTAS organizza
giornate di studio a tema per trovare chiarimenti e chiavi interpretative ai dubbi gestionali, anche attraverso il contributo/ confronto con esperti a valenza nazionale ed internazionale.
Entrambi gli aspetti vengono inoltre valorizzati dal CTAS in occasione dei bandi di premi in tema sia di ambiente che di
sicurezza aperti a tutte le aziende iscritte per la presentazione di particolari progetti che hanno sviluppato al proprio interno.
Tale riconoscimento viene assegnato da una Commissione eletta all’interno del Comitato all’azienda che ha presentato il progetto ritenuto più interessante ed innovativo.
Nonostante l’avvento della pandemia da COVID-19 nel 2020,
il Comitato ha continuato la propria attività adottando immediatamente le nuove tecnologie utili a poter effettuare incon-
tri a distanza ed erogare formazione da remoto. La volontà dei partecipanti del CTAS per il futuro è quella di sviluppare collaborazione e confronto sempre maggiore con gli altri Comitati
AIM organizzando attività comuni per integrare le tematiche
ambiente e sicurezze nell’analisi delle tematiche produttive sviluppate dagli altri CT.
- eventuali brevi testimonianze (indicativamente 100/200 battute ciascuna) di alcuni componenti del CT che rispondano alla domanda “Che cos’è per me AIM?”.
“L’industria metallurgica oggi deve affrontare la sfida della
trasformazione ecologica lanciata dal Green Deal. Per que-
sto è necessario un cambio di paradigma che consenta di soddisfare al meglio le normative ambientali e di sicurezza e
contemporaneamente far fronte alla disponibilità di materie
prime rispettando gli standard di qualità. AIM con i suoi Cen-
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Atti e notizie - AIM news
tro Tecnici (CT) è sempre stato e continua ad essere per me
un’opportunità per incontrare diverse realtà, dai produttori ai colleghi impiantisti, dalle aziende di consulenza fino ai Centri di Ricerca e Università. La condivisone e le discussioni aperte
durante gli incontri del CT Ambiente e Sicurezza di cui faccio
parte ormai da più di 10 anni continuano essere fondamentali
per individuare, e talvolta anticipare, le tematiche di interesse per le aziende. Al contempo, contribuiscono sia a strutturare interventi formativi che a fornire le basi scientifiche per meglio affrontare i cambiamenti dettati delle nuove tecnologie”
“Nel febbraio del 2012 sono stato designato quale RSPP della Cogne Acciai Speciali e , sin da subito, la maggior difficol-
tà che ho riscontrato nell’esercitare tale professione è stata l’impossibilità di potermi confrontare con persone già esperte nel campo della salute e sicurezza negli ambienti di lavoro
di una realtà articolata e complessa quale è quella di uno sta-
La Cogne Acciai Speciali è la sola Acciaieria in Valle d’Aosta
e rappresenta un unicum nel tessuto economico di questa regione e dunque non avevo punti di riferimento dai quali apprendere o ispirarmi.
Partecipare agli incontri del CTAS ha colmato tale mancanza e ancora oggi, dopo quasi 10 anni, tali incontri e gli impegnativi
gruppi di lavoro che ne scaturiscono, rappresentano per me un fondamentale momento di confronto e condivisione con
molti colleghi che quotidianamente affrontano e gestiscono le mie stesse problematiche.
Non è un caso che la partecipazione, l’impegno, il confronto
e la condivisione siano tra le principali finalità di tutti i Comitati Tecnici in seno all’AIM in quanto garantiscono un continuo arricchimento del proprio bagaglio di competenze e sono dunque fondamentali per l’elevazione professionale di ogni lavoratore”
bilimento metallurgico.
Ettore Bordon
Cogne Acciai Speciali
Claudia Sacchetto
Cogne Acciai Speciali
Eric Filippini
Fabio Calzavara
Gruppo Feralpi
AIMAN
Giovan Battista Landra
Maurizio Fusato
AFV Acciaierie Beltrame
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Feralpi Siderurgica
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Atti e notizie - AIM news
Cecilia A. Galimberti
Michele De Santis Centro Sviluppo Materiali
Luca Grecchi Showa Denko Carbon Italy
Damiano Sina
Matteo Magni Primetals Technologies Italy
Maurizio Zanforlin
IGQ
Ferriera Valsabbia
Ori Martin
Malfa Enrico Tenova
Carlo Mapelli
Politecnico di Milano
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Atti e notizie - AIM news
CT CONTROLLO E CARATTERIZZAZIONE DEI PRODOTTI Giantonio Toldo:
le, non era all’epoca così diffusa e ha riscosso un grande
re questo breve articolo per conto del “Comitato Tecnico
i propri lavoratori. Da questa prima iniziativa si strutturò
È con immenso piacere che colgo la possibilità di scrive-
Controllo e Caratterizzazione dei Prodotti”. Ho iniziato a
frequentare l’AIM come fruitore dei corsi e delle giornate di studio, all’inizio della mia vita lavorativa, e mi trovo ora
ad essere presidente di questo CT. Durante tutto questo
percorso l’AIM ha per me rappresentato il luogo privile-
giato per incontrare un gran numero di persone, non solo
preparate e disponibili, ma appassionate e volenterose di condividere la propria esperienza e cultura.
Ho ovviamente dovuto chiedere aiuto ai membri “vetera-
ni”, per risalire a come sia nato e come si sia sviluppato nel tempo questo comitato. I natali del nostro “centro di studio” risalgono al 1996. Ringrazio la prof. Irene Calliari e
l’ing. Ezio Trentini, membri della prim’ora e già presidenti
di questo comitato, che mi hanno messo a disposizione documenti storici come la lettera di convocazione con cui il consiglio direttivo dell’AIM invita a partecipare alla
successo nelle aziende desiderose di innovare e formare poi il corso di prove meccaniche, che si è rinnovato continuamente nel corso degli anni e verrà proposto anche
nel 2021, in quella che sarà la sua XII edizione. Tra gli altri
corsi organizzati da questo comitato spiccano quello di “Analisi Chimiche” e quello di “Failure Analysis”, entram-
bi proposti con cadenza biennale. Ad accompagnare questi eventi, sono state portate avanti altre iniziative con lo
scopo di offrire approfondimenti sui temi trattati, come la “Giornata di studio sulla microscopia elettronica applicata alla Failure Analysis”. In taluni casi le iniziative hanno unito le sinergie di vari comitati per dare punti di vista diversi sullo stesso argomento, come il corso di “Corrosione per
non Corrosionisti”, che è stato organizzato in collaborazione col comitato “Corrosione” e che si svolgerà per la prima volta in autunno di quest’anno.
prima riunione del “Centro di Studio Caratterizzazione dei
Igor Giroletti:
rispondere alla sempre maggiore esigenza “di incremen-
dividere le proprie esperienze e poter quindi attingere a
traverso una loro estesa caratterizzazione”, frase che ben
tallurgia, dei processi produttivi e di tutto ciò che è lega-
centro”, prosegue la lettera, “intende operare nel campo
persone e sviluppare nuove collaborazioni, e, perché no,
sarie per la classificazione di conformità e/o qualità del
maniera informale, davanti a un bell’aperitivo, di tutto ciò
Materiali”; con l’istituzione di quest’ultimo, l’AIM, vuole
È un’opportunità. Un’opportunità per tutti di poter con-
tare il valore aggiunto e la competitività dei prodotti at-
quelle altrui, facilitando lo sviluppo e la cultura della me-
esprime ancora oggi gli intenti di questo comitato. “Il
to ad essa. Un’opportunità di fare rete, di conoscere altre
delle metodologie, tecnologie e strumentazioni neces-
di creare nuove amicizie con cui poter discutere anche in
prodotto (…) nel loro intero ciclo di vita.”. Ancora oggi,
che è relativo al mondo dei metalli.
leggendario CRTN ENEL (Centro Ricerche Termico Nu-
Ezio Trentini:
me ad altri 36 membri fondatori presenti alla prima affol-
e simpatiche con cui parlare di materiali, delle loro carat-
non deve assolutamente far pensare a un comitato fermo
mento professionale ed umano e per la trasmissione della
ne scientifica e tecnologica è di vitale importanza per chi
una struttura organizzativa di prim’ordine per professio-
quindi, la direzione tracciata dal prof. Vittorio Regis del
cleare), promotore della nascita di questo comitato assie-
Un Club dove abbondano persone intelligenti, preparate
lata riunione, viene percorsa con lo stesso spirito. Questo
teristiche e del loro controllo, per un reciproco arricchi-
sulle sue posizioni e “tradizionalista”, anzi! L’innovazio-
cultura tecnica alle nuove generazioni, col supporto di
opera in questo settore ed è da sempre uno degli ingre-
nalità ed efficacia, unica nel suo genere.
dienti principali delle iniziative che il comitato organizza.
Una delle prime proposte, datata dicembre 1997, è sta-
ta una giornata di studio sulle prove meccaniche. L’idea di organizzare dei corsi tenuti da docenti di alto livello,
provenienti sia dall’ambiente accademico che industria-
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Atti e notizie - AIM news
Giantonio Toldo Element
Valentina Ferrari
STL - Services & testing LAB
Igor Giroletti
Andrea Franciscono
Francesca Bisaglia
Giuseppina Cataldo
Omeco
RTM Breda
Mario Cusolito AIM
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Cogne Acciai Speciali
SAIPEM
Riccardo Donnini CNR ICMATE
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Atti e notizie - AIM news
CT CORROSIONE La scienza e l’ingegneria della corrosione in Italia na-
incontro tra industria, centri di ricerca e università. Da
scono dall’attività di Roberto Piontelli e Giuseppe Bian-
sottolineare anche la collaborazione, ormai consolida-
chi prima, seguiti da Francesco Mazza, Pietro Pedeferri
ta, con altre associazioni, in particolare APCE (Associa-
e Giordano Trabanelli, e affondano le radici in un conte-
zione per la protezione dalle corrosioni elettrolitiche),
sto culturale e scientifico tutto italiano sviluppatosi nei
e NACE Italia.
secoli XVIII e XIX con gli studi di Luigi Galvani, Alessan-
Il Centro di Corrosione collabora con le federazioni in-
dro Volta e Leopoldo Nobili.
ternazionali di riferimento, in particolare con la Fede-
Il Centro di Studio Corrosione AIM è stato fondato nel
razione Europea di Corrosione (EFC), rappresentando
1955, con la Presidenza del prof. Leo Cavallaro, che gra-
l’AIM nell’Assemblea Generale, nel Board of Admini-
zie all’aiuto del dr. Aldo Daccò, fondò nel 1956 anche
strators e nello Scientific and Technical Advisory Com-
il “Centro studi sulla corrosione” presso l’Università
mittee. L’ AIM ha organizzato due edizioni dell’Euro-
di Ferrara. Il Centro ha avuto un ruolo fondamentale
corr, il convegno più importante nel settore a livello
di divulgazione, contribuendo alla razionalizzazione
europeo, nel 2001 a Riva del Garda e nel 2014 a Pisa,
delle conoscenze sui fenomeni di degrado, e organiz-
e l’International Corrosion Congress (ICC) nel 1990 a
zando il corso di formazione “Corrosione e protezione
Firenze. AIM e il Centro di Studio Corrosione hanno
dei metalli”, di numerose giornate di studio a tema e,
presentato le candidature di studiosi italiani a presti-
soprattutto, il convegno nazionale “Giornate nazionali
giosi premi internazionali istituiti dalla EFC: la medaglia
sulla corrosione e protezione” (figura 1), che ha subito
Cavallaro è stata attribuita ai professori Giuseppe Bian-
acquisito il ruolo di più importante evento nazionale del
chi nel 1965, Giordano Trabanelli nel 1983, Francesco
settore. Le giornate nazionali sulla corrosione e prote-
Mazza nel 1995, Fabrizio Zucchi nel 2020 e l’European
zione, giunte alla XIV edizione con un aumento dei par-
Corrosion Medal è stata attribuita ai professori Pierluigi
tecipanti e delle memorie presentate, sono un punto di
Bonora nel 2003 e Lorenzo Fedrizzi nel 2016.
Fabio Bolzoni
Tiziano Bellezze Univ. Politecnica delle Marche
Marina Cabrini
Andrea Brenna
Politecnico di Milano
Università di Bergamo
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Politecnico di Milano
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Atti e notizie - AIM news
Lorenzo Fedrizzi
Tullio Monetta
Marco Frigo
Luca Pezzato
Giovanna Gabetta
Simona Rollet
Università di Udine
Outokumpu
Eni E&P
Matteo Gastaldi
Politecnico di Milano
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Università di Napoli
Università di Padova
Cogne Acciai Speciali
Pierlugici Traverso CNR - IAS
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Atti e notizie - AIM news
CT FONDERIA Il Centro AIM – ASSOFOND per la Fonderia ha consenti-
to, nella sua pluriennale attività, ai soci della Associazione Italiana di Metallurgia, di conoscere l’industria fusoria e di seguire ed approfondire lo sviluppo continuo delle sue tecnologie senza tralasciare gli aspetti legati all’ambiente e sicurezza.
Costituito da 1038 imprese e 29 mila addetti, il compar-
I componenti del Centro si confrontano, condividono le proprie esperienze, si scambiano idee con l’obiettivo comune di creare eventi nazionali ed internazionali, corsi di
formazione, giornate di studio, promuovendo iniziative di varia natura così da consentire la crescita culturale di tutti i tecnici del settore.
to, fortemente radicato sul territorio, da sempre sostiene
la crescita economica dell’Italia ed è in grado di produrre parti aventi forme e dimensioni di ogni genere, in leghe metalliche di diversa natura (leghe ferrose di ghisa ed ac-
ciaio, leghe non ferrose di alluminio, di Rame, di Zinco) ed aventi proprietà che si adattano alle più disparate condizioni di impiego (automotive, aeronautica, meccanica
in genere, trattoristica, motocicli, edilizia ed arredo urbano, produzione di energia, idrotermosanitaria, oil & gas, ecc.), riciclando in gran parte metalli di componenti non
più utilizzabili, giunti a “Fine Vita”, con una percentuale di recupero ad oggi del 75%.
Il Centro AIM – ASSOFOND per la Fonderia, composto da rappresentanti delle principali Università e dai tecnici
delle principali Fonderie Italiane, è membro del CIATF
(Confederation International de l'Association Technique de Fonderie), collabora con il CAEF (Comite des Associations Europeennes de Fonderia), con i principali centri di ricerca e con gli Enti di normazione nazionali ed esteri.
Giovanni Caironi
Thomas Borsato
FIAS
VDP
Franco Bonollo Università di Padova Sede Vicenza
Gianantonio Corradini
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Atti e notizie - AIM news
Gulatiero Corelli
Danilo Lusuardi
Enrico Flamigni
Carlo Mapelli
Assofond
SCM Group
Politecnico di Milano
Antonio Gandellini
Annalisa Pola
Elisabetta Gariboldi
Silvano Squaratti
Franco Zanardi
Adrian Udroiu
Andrea Gruttadauria
Antonio Gandellini
Politecnico di Milano
Politecnico di Milano
Università di Brescia
Assofond
Zanardi Fonderie
Roberto Lanzani Assofond
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Atti e notizie - AIM news
CT FORGIATURA Il 13 gennaio 2011 il prof. Nicodemi ha presieduto una riunione del “Gruppo di lavoro forgiatura di Federacciai”.
Al tavolo con esponenti dell’associazione e dell’università erano presenti i rappresentanti delle maggiori
società di forgiatura Italiane. Intento dello scomparso ma mai dimenticato Professore era quello di suggerire ai par-
tecipanti la necessità di creare in AIM un allora ancora non esistente “Centro Forgiatura”.
Quell’incontro ha posto le basi del nuovo comitato Forgiatori ratificato con la nomina delle cariche nel 2013.
Uno dei paesi più importanti al mondo per i prodotti for-
giati, l’Italia, finalmente si dotava in AIM di un gruppo di lavoro, dedicato ai prodotti e processi di forgia.
Il gradimento delle attività organizzate, mirate soprattutto come da statuto AIM alla diffusione della cultura siderur-
gica si è subito notato dalla numerosità delle partecipazioni.
Il primo “corso forgiatori”, indirizzato a giovani neolaureati appena entrati nel mondo produttivo e articolato su più
giornate ha illustrato ai 95 partecipanti le basi del proces-
Gabriele Rampinini Forgiatura A. Vienna
so di forgiatura e i processi speciali collegati.
Nel corso di questi anni, il corso forgiatori si è più volte
ripetuto mantenendo le lezioni base, ma approfondendo
dettagli che nel tempo la crescita tecnologica ha messo a disposizione.
Il centro ha organizzato anche giornate “specialistiche”
(anche non direttamente collegate con la parte tecnica) ma strettamente collegate con la parte normativa / con-
trattuale. La giornata dedicata al “Rischio contrattuale” ne è un esempio.
Molte applicazioni passano attraverso prodotti fucinati. Il
comitato ha al suo interno competenze importanti ma per meglio espletare il suo compito, ha bisogno di domande provenienti dal mondo industriale, domande alle quali ri-
sponderemo organizzando giornate che diano, se non risposte, la miglior illustrazione dello stato dell’arte.
La prossima giornata è dedicata al prodotto “Valvola”, dispositivo oggi di primaria importanza anche nell’ottica del cambiamento energetico in corso.
Andrea Corsi RTM Breda
Michele Formentelli
Ettore Anelli
Forge Moncheri
Franchini Acciai
Cristian Viscardi
Silvia Barella
Ecotre Valente
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Politecnico di Milano
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Atti e notizie - AIM news
Federico Curreli
Carlo Mapelli
Nicola De Biasio
Franco Milani
Marcello Gabrielli
Andrea Pallara
Marina Lavecchia
Pietro Ravanelli
Alessandra Lissignoli
Rolando Rolando
Asonext
Project Manager
Enginsoft
Università di Brescia
Ire Ombra
Politecnico di Milano
Consulente
Avio Aero
TenarisDalmine
Acciaierie Venete
Matteo Longin
Sider Forge Rossi Group
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Atti e notizie - AIM news
CT LAVORAZIONI PLASTICHE METALLI Il 75° Anniversario della fondazione di AIM – Associazione Italiana di Metallurgia, fondata nel 1946, oltre che rappresentare certamente occasione lieta e di soddisfazione, mi porta a
“rivivere” tanti anni del mio passato professionale. Proprio da quel periodo, si è instaurato un rapporto che oggi mi vede,
unitamente a tanti qualificati professionisti, legato a questa
importante realtà. Nel 1970, infatti, dopo aver lavorato 10 anni nel Settore della Meccanica di Precisione, fui assunto come
Tecnico Meccanico al Settore Siderurgico presso l’allora storica società Pietra Spa di Brescia – che al tempo contava oltre 2.500 dipendenti e 7 stabilimenti – attiva nel campo metallur-
gico con un approccio integrato: acciaieria, laminatoi, tubifici,
fonderia e trafileria. Dopo poche settimane, un Responsabile della Divisione Laminatoio, mi regalò due libri tecnici: il
primo, edito da AMI, Associazione Meccanica Italiana, data-
to 1968 e curato dal Prof. Ing. Walter Nicodemi, trattava del “Corso degli acciai inossidabili”, mentre il secondo, pubbli-
cato da AIM, approfondiva le “Lavorazioni per deformazio-
ne Plastica a caldo e a freddo”, grazie al contributo del Dott. Nino Goldoni della Cofermet. Piacevolmente interessato dalla qualità nozionistica dei contenuti, successivamente mi
applicai allo studio di ulteriori libri editi sempre da AIM. In par-
ticolare, ricordo tra gli altri, il testo del 1965 “Teoria Progettazione e condotta dei Forni di Riscaldo” ed un testo del 1968
“Produzione di vergella e tondo”. Ancora, negli anni ottanta, mi applicai ulteriormente approfondendo la “Teoria e Pratica della Laminazione”, un testo edito nel 1981 da esperti auto-
ri del Centro Lavorazioni Plastiche di AIM. Questi libri, che
hanno indirizzato la mia iniziale formazione tecnica, e hanno arricchito la mia professionalità sino a raggiungere posizioni
dirigenziali in importanti società del settore, sono elementi
tangibili dell’importanza dell’Associazione che oggi compie 75 anni e che nel tempo ha stimolato studi e competenze nel settore metallurgico, suscitando peraltro il mio interesse già
da quegli anni e portandomi a seguire le attività del (poi diven-
tato) Centro di Studio Lavorazioni Plastiche Metalli di AIM. In periodi più recenti questa vicinanza si è ulteriormente concretizzata, essendo stato invitato come Membro del medesi-
mo Centro di studio (2003) e, dal 2014, indicato dal Comitato Scientifico e dall’allora Presidente di AIM, Ing. Ottavio Lecis, per assumerne, con orgoglio, la Presidenza.
Attività del Comitato Lavorazioni Plastiche LP di AIM.
La nascita del Comitato Lavorazioni Plastiche dei metalli è di fatto contestuale alla fondazione di AIM del 1946. I compo-
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nenti del Comitato ed i Presidenti AIM che si sono succeduti nei vari anni, si sono sempre contraddistinti per la levatura delle competenze, gestendo l’associazione – e i diversi comitati tecnici correlati – con obiettivi di carattere formativo, dialetti-
co e di focalizzazione tecnica. Anche il Comitato Lavorazione
Plastiche, guidato dai relativi Presidenti e cogliendo lo spirito
di AIM, ha nel tempo consolidato il suo ruolo di associazione di riferimento, sensibilizzando il settore anche attraverso l’organizzazione di qualificati eventi di approfondimento tecnico e tecnologico, spesso tenutisi nella sede di Milano, volti ad
migliorare conoscenze e competenze rispetto ad un ampio
alveo di applicazioni, tra cui, in particolare, quelle riguardanti la lavorazione a caldo dell’acciaio e i prodotti lunghi e piani. Attività del Centro di Studio LPM di AIM.
Rimanendo intatte le prerogative del Comitato Scientifico e
dei Presidenti di AIM, nel tempo il Comitato Lavorazioni Plastiche è mutato in Centro di Studio di “Lavorazione Plastiche”
e, successivamente, a partire dal 2016, l’acronimo è stato aggiornato in LPM – grazie allo slancio dell’attuale Presidente del Centro di Studio – anche per non confondere le Lavorazione
Plastiche dei Metalli (appunto, LPM) con le lavorazioni plasti-
che dei materiali di plastica. Attualmente, il Centro di Studio LPM, con la supervisione di AIM, persegue un’attività di stu-
dio e dibattito che abbraccia non solo le tematiche riguardanti
la plasticità dell’acciaio, ma anche quelle relative alla plasticità
dei metalli non ferrosi, come alluminio, rame e altro. Anche ai fini di contemplare aspetti teorici e pratici, oggi il Centro di
Studio LPM organizza Giornate di Studio, sotto il coordina-
mento di AIM e con la presenza di apprezzati e competenti
relatori, ospitate da Aziende attive di primaria importanza nel settore dei metalli, ferrosi e non ferrosi, con focus dedicati a
specifiche fasi dell’attività produttiva, in primis relativamente alle lavorazioni a caldo e a freddo dei metalli. L’impegno del Comitato LPM e della Sua Presidenza, quindi, coniuga l’im-
portante area nozionistica con l’esperienza diretta, al fine di sensibilizzare gli interessati ad un approccio sinergico ed alla condivisione, ex ante ed ex post, di osservazioni e conside-
razioni tecniche, finalizzate alla formazione e alla diffusione ulteriore di una materia così interessante, prestigiosa e scien-
tificamente rilevante. Il Centro di Studio LPM - Lavorazione
Plastiche Metalli è da sempre costituito da autorevoli membri che provengono dalle istituzioni accademiche, dal mon-
do tecnico-aziendale e dalla consulenza tecnica del settore meccanico e metallurgico.
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Atti e notizie - AIM news
Guido Capoferri Consulente
Estore Donini Consulente
Marcello Gabrielli Enginsoft
Carlo Mapelli
Politecnico di Milano
Franco Milani Consulente
Andrea Parimbelli Caleotto
Silvia Barella
Pietro Ravanelli
Politecnico di Milano
Tenaris Dalmine
Stefano Bertoni
Corrado Rovelli
Ecotre Valente
CRV Engineering
Massimiliano Fantuzzi
La Metallurgia Italiana - October 2021
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Atti e notizie - AIM news
CT MATERIALI PER L'ENERGIA Il Comitato Tecnico Materiali per l'Energia dell'Associa-
zione Italiana di Metallurgia ha, tra le sue finalità, di agire come punto di aggregazione di conoscenze tecniche e professionali per consentire di seguire lo sviluppo degli impianti ad alta e media intensità energetica in Italia con specifico riferimento ai problemi dei materiali.
Le nuove tecnologie di produzione dell'energia nelle sue varie forme necessitano una analisi delle problematiche che si manifestano per i materiali impiegati nelle
varie condizioni di esercizio, evidenziandone le caratteristiche prestazioni per un affinamento migliorativo e le opportunità per l'industria metallurgica.
La produzione di energia ha avuto nel tempo, ed ha tuttora, importantissimi cambiamenti tecnologici dovuti alla necessità di aumentare la produzione con costi sem-
pre inferiori, aumentando l’efficienza degli impianti, e con vincoli ambientali sempre più stringenti.
Il Centro è la naturale estensione e adattamento al mu-
tato panorama nazionale, che vede i problemi energetici ormai trattati in modo uniforme e meno settoriale. Il Centro Materiali per l'Energia si propone come Centro
interdisciplinare per identificare problemi, fare il punto
sugli sviluppi tecnologici e promuovere contatti verso l'industria, specialmente quella medio-piccola, il cui apporto è essenziale per un armonico sviluppo del Piano Energetico Nazionale. Il campo di interesse si orienta, prevalentemente, sugli impianti di produzione di ener-
gia di vari tipi senza escludere aspetti particolari quali la conversione dei combustibili (gassificazione, liquefazio-
ne) e l'uso di fonti rinnovabili con tutte le problematiche connesse.
Infatti il Centro nasce poco più di 60 anni or sono con la
denominazione Centro Metallurgia Nucleare come pun-
to di incontro e scambio di conoscenze a sostegno delle esigenze del nascente sistema nucleare italiano.
L'evoluzione delle tecnologie per la produzione di ener-
gia ha portato negli anni a cambiamenti anche di denomi-
nazione del Centro fino a quella attuale, passando attraverso Centro Metallurgia per l'Energetica e diventando Centro Materiali per l'Energia nel 1990.
cupandosi di materiali per centrali elettriche a vapore
e turbogas, materiali impiegati in varie sezioni critiche
dei termovalorizzatori, materiali per pile a combustibile
e così via. Da queste attività si sono generati convegni, corsi, giornate di studio su scorrimento viscoso a caldo,
corrosione ad alta temperatura, estensione della vita dei componenti, sino ad affrontare problemi dei generatori eolici.
Alcune di queste attività sono ormai consolidate e generano corsi periodici per la formazione di giovani pro-
fessionisti e si sono evolute in partecipazioni ad attività
a livello internazionale. Ad esempio il Gruppo di Lavoro Italiano di Creep (GdL) è stato fondato nel 1992 come sottogruppo al Centro Tecnico Materiali per l'Energia
dell'AIM da organizzazioni italiane che operano nel cam-
po dei materiali per alta temperatura, quali: ENEL, CSM (oggi Rina Consulting – Centro Sviluppo Materiali Spa), IS
Breda (oggi RTM Breda srl.) e poi, gradualmente, Dalmine Spa, Ansaldo Energia Spa, IENI CNR, Istituto Italiano della Saldatura (oggi IIS Service s.r.l.), Politecnico di Mi-
lano, INAIL, CONCERT e diverse altre società oggi scomparse, come struttura di supporto e coordinamento della rappresentanza italiana all'ECCC (European Creep Colla-
borative Committee). Attualmente il GdL conta, oltre alle società collaboratrici di lunga data, altri sei membri che si sono aggiunti nel tempo: Franchini Acciai Spa, Forgiatura Vienna Spa, Compusystem Srl, ENEA, RSE.
Lo scenario evolutivo della produzione di energia è, in questi momenti, particolarmente complesso dovendo tener conto degli impatti sui cambiamenti climatici fa-
cendo uso sempre più massiccio di fonti rinnovabili con tutte le problematiche connesse, a cominciare dalla non
programmabilità che implica necessariamente l'impiego massiccio di sistemi di accumulo di vario tipo. L'attenzione del Centro sarà sempre più rivolta ad affrontare le varie problematiche che emergeranno senza però tra-
scurare le forme di produzione di energia più compatibili con la necessaria, lenta, transizione.
Dalla fine degli anni '80 le iniziative del Centro si sono
concentrate sempre più spesso sulle problematiche dei
materiali utilizzati nelle varie sezioni degli impianti oc-
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Atti e notizie - AIM news
Giorgio Gavelli Consulente
Augusto Di Gianfrancesco Compusystem
Marco Frigo Outokumpu
Elisabetta Gariboldi Politecnico di Milano
Cristina Guardamagna
Arianna Gotti
Ettore Anelli
Giuseppecarlo Gualco
Davide Colnago
Stefano Schiavo
RSE
Franchini Acciai
Forgiatura A. Vienna
La Metallurgia Italiana - October 2021
Centro Sviluppo Materiali
Ansaldo Energia
BRVI
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Atti e notizie - AIM news
CT METALLI E TECNOLOGIE APPLICATIVE Il centro nasce nel 2000 dalla fusione di due centri,
sulla riduzione del contenuto di piombo negli sfridi di
sugli acciai e sulla progettazione meccanica, e si svi-
lavorazione della barra di ottone, l’utilizzo di leghe di
luppa, successivamente, raccogliendo le esperienze di
nichel in saldatura e i metalli come materiale da co-
altre componenti della metallurgia avendo inglobato
struzione per l’edilizia sostenibile.
le attività del centro Metalli non ferrosi, nel 2007, e del centro Saldatura, nel 2010, di conseguenza oggi opera in un campo decisamente vasto. Rame e leghe di rame, titanio e sue leghe, nichel, metalli preziosi sono i materiali di cui si occupa ma a ciò si somma l’interesse per le applicazioni non solo di questi materiali ma anche le applicazioni tecnologiche di metalli ferrosi. Inoltre i settori di impiego dei materiali metallici spaziano dalla meccanica, all’edilizia ponendo anche attenzione alle problematiche dell’ambiente e della salute. Nel corso degli ultimi anni il centro ha organizzato giornate di studio sul titanio, corsi come, ad esempio, il celebre corso sugli acciai inossidabili creato dal prof. Di Caprio. Un elenco completo sarebbe lungo e noioso ma, limitandosi ad anni recenti possiamo citare le seguenti iniziative: - Il titanio: tecnologie, lavorazioni e applicazioni - Leghe a memoria di forma: materiali, applicazioni attuali e future - Igienicità e pulibilità delle superfici - L’impiego dell’acciaio nelle costruzioni civili - Saldatura. Metallurgia, progettazione e tecnologia - Tradizione e innovazione del rame e delle sue leghe - I metalli per l’edilizia sostenibile. Acciaio e rame – La certificazione dei fabbricati - Tradizione ed innovazione nelle tecnologie di lavorazione del titanio La pandemia ha, come in tutti i settori, rallentato fortemente l’attività del centro che, tuttavia, continuato ad
Loconsolo Vincenzo Unimet
operare al progetto di iniziative che vedranno la luce prossimamente. Tra queste è opportuno ricordare la giornata di studio
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
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Atti e notizie - AIM news
Ezio Debernardi
Filippo Oreglia
Riccardo Gerosa Politecnico di Milano (Lecco)
Simone Pittaccio
Stefano Amato
Andrea Rossetti
Marco Casaril
Stefano Toscano
Consulente
Consulente
CNR - ICMATE
RINA Consulting - CSM
Omeco S.r.l.
La Metallurgia Italiana - October 2021
Marcegaglia Specialties
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Atti e notizie - AIM news
CT METALLI LEGGERI Nasce in una giornata di primavera, il 28 aprile 1954, il
Centro Leghe Leggere dell’Associazione Italiana di Metallurgia (AIM), presieduto dal Prof. Carlo Panseri. Gli scopi
del Centro sono stati, e sono tuttora, così definiti: “Il Centro Leghe Leggere intende perseguire e sviluppare tutte le attività che possono contribuire al progresso e al perfezionamento della tecnica di produzione e di applicazione
dei metalli leggeri e delle loro leghe”. È questo lo spirito con cui, ancora oggi, i membri del Centro Metalli Leggeri
si riuniscono. Gli argomenti trattati nell’ambito di iniziative ed eventi, più di sessanta negli ultimi vent’anni, orga-
nizzati dal Centro Metalli Leggeri spaziano dai processi di trasformazione del materiale di base alle caratteristiche di
impiego e alla tecnologia di messa in opera dei manufatti in lega leggera. Particolare attenzione è rivolta ai criteri per un corretto impiego di questi metalli.
Si può parlare di metalli leggeri e di leghe leggere a proposito del magnesio e delle sue leghe (densità pari al 25% di quella dell’acciaio); dell’alluminio e delle sue le-
ghe (35%); del titanio e delle sue leghe (60%). È evidente
come proprio la leggerezza abbia svolto, e svolga tutt’og-
gi, un ruolo chiave per lo sviluppo applicativo di magne-
sio, alluminio e titanio e delle loro leghe. Anche in virtù
di questa caratteristica, si continuano ad avere importanti applicazioni di tali materiali soprattutto nel settore dei trasporti, dell’elettronica e dell’imballaggio. Nel campo
automobilistico, lo sviluppo di nuove leghe di magne-
sio ha permesso un miglioramento della processabilità
di tali materiali e un’ottimizzazione della progettazione, mentre l’alluminio garantisce un minor peso dei veicoli e conseguentemente una riduzione di emissione di gas in-
quinanti. Dall’altro lato, il settore aeronautico e spaziale si avvale delle caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche del titanio e delle sue leghe per la realizzazione di moto-
ri e parti strutturali dei velivoli. Ad oggi, le leghe leggere risultano forze motrici di uno sviluppo che non ha eguali
in termini di volumi produttivi: nel mondo, si annoverano 1.1 Mt di magnesio, 64 Mt di alluminio e 200.000 t di titanio nel 2019.
Le leghe leggere, nel 2021, ancora una volta, sono giunte ad un punto “non tanto di arrivo, quanto di nuovo rilancio,
verso mete che tutti ci auguriamo ancor più vaste e grandiose …”
Giulio Timelli Università di Padova Sede Vicenza
Elisa Fracchia Politecnico di Torino Sede Alessandria
Amelia Montedoro
Giampaolo Barbarossa Qualital
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Atti e notizie - AIM news
Andrea Battaiotto
Giorgio Muneratti
Annalisa Fortini
Michelangelo Nidasio
Gian Luca Garagnani
Flavio Ricchini
Maurizio Grillo
Ilaria Salvatori RINA Consulting Centro Sviluppo M.
Vesuvius
Università di Ferrara
Università di Ferrara
Consulente
Continuus Properzi
Ecotre Valente
Tullio Monetta Università di Napoli Federico II
La Metallurgia Italiana - October 2021
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Atti e notizie - AIM news
CT METALLURGIA DELLE POLVERI Il Centro di Metallurgia delle Polveri nasce nel 1959 con lo scopo di creare un ponte tra il mondo accademico e i
diversi protagonisti industriali della catena produttiva che ha come comune denominatore le polveri metalliche.
Sin dalla sua creazione il Centro ha un ruolo attivo nella
diffusione delle conoscenze su produzione, tecnologie di utilizzo e trattamento delle polveri metalliche, nonché
nella promozione delle applicazioni dei materiali sinterizzati.
Grazie alla partecipazione di persone autorevoli e di spicco, ha potuto non solo assistere, ma anche contribuire all’evoluzione maturata nei vari settori coinvolti nella pre-
parazione di un prodotto sinterizzato. Si pensi allo sviluppo nelle polveri sia in termini qualitativi che di tipologie disponibili, al miglioramento e all’aumento di produttività
delle presse nonché allo sviluppo di nuovi modelli come le presse elettriche, al consolidamento dell’affidabilità degli impianti di sinterizzazione e di trattamenti finali.
Tutto questo ha permesso una maggiore diffusione dei
sinterizzati nell’ambito industriale e ne ha promosso una sempre più forte cultura e consapevolezza tecnica delle potenzialità del re-design di alcuni pezzi precedentemente prodotti con tecnologie cosiddette tradizionali. Al
contempo, l’utilizzo maggiore ha fatto sì che rimanesse vivo lo studio e sviluppo di nuove soluzioni sempre più performanti.
L’industria italiana si è sempre collocata in una posizio-
ultima in ordine di tempo la famiglia delle tecnologie additive (che ormai è sulla scena da più di dieci anni).
In questi anni le tecnologie additive stanno attirando l’attenzione delle comunità scientifiche e industriali con cre-
scente intensità per la loro indubitabile capacità di proporre soluzioni altamente innovative in molti ambiti.
Il comitato è sensibile alle innovazioni e ai cambiamenti
tecnologici che rappresentano nuove sfide per il futuro ed è per questo che nel 2017 il Centro di Studio Metallurgia delle Polveri assume la denominazione di Metallurgia delle Polveri e Tecnologie Additive.
Il nome ben rappresenta lo spirito della squadra che crede
nell’importanza delle tecnologie tradizionali, nell’innovazione anche in quelli che sembrano processi consolidati
e che, allo stesso tempo, si prefigge di divulgare conoscenze tecnico-metallurgiche in nuovi ambiti al fine di ac-
crescere le competenze e attirare in modo consapevole nuovi player.
Ci piace infine ricordare i Presidenti del Comitato e le figure storiche che hanno contribuito con passione alla nasci-
ta e crescita del centro: l'ing. Corsini, primo Presidente, e
a proseguire gli ing. Ursino e Bocchini, ing. Mosca e Morandi, l'ing. Tosi, De Bortoli e il dott. Taricco, l'ing. Citran,
tutti rappresentanti dell'industria. E poi gli accademici quali i prof. Tiziani, Silva e Molinari, per citarne alcuni.
ne di rilievo a livello internazionale e in virtù di questo
il contributo degli afferenti al comitato ha sempre avuto un respiro internazionale volto allo sviluppo della mani-
fatturiera italiana in un contesto che negli anni è diventato sempre più senza confini geografici. A tale scopo gli eventi organizzati in questi 62 anni di vita del centro han-
no visto la partecipazione di relatori europei e, allo stesso modo, membri del nostro comitato hanno portato la loro testimonianza in contesti internazionali.
Nel corso degli anni si sono sviluppate ed affiancate alla
tradizionale pressatura e sinterizzazione in forno altre tecnologie, per citarne alcune il processo MIM (già agli inizi degli anni ’80), la sinterizzazione al plasma (anni 2000) e
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Atti e notizie - AIM news
Ilaria Rampin
Francesca Bonfanti
Pometon
Mimete
Riccardo Casati
Andrea Grandi
Lisa Biasetto Università di Padova Sede Vicenza
Stefano Lionetti RINA Centro Sviluppo Materiali
Carlo Alberto Biffi
Francesco Stortiero
Politecnico di Milano
CNR
Michela Boccadoro Tenova
La Metallurgia Italiana - October 2021
Sacmi Imola SC
GFM
Paolo Veronesi Università di Modena e Reggio Emilia
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Atti e notizie - AIM news
CT METALLURGIA FISICA E SCIENZA DEI MATERIALI In occasione del 75° anno di fondazione di AIM, vorrei
fondamenti del processo di solidificazione, applicabili
ricordare anche due altri anniversari.
a tutte le tipologie di metalli, anche agli oggetti costru-
Nel 2021 ricorre anche il 30° anniversario dalla nasci-
iti con tecniche additive. Ma nel caso di questi ultimi
ta del Centro Metallurgia Fisica e Scienza dei Materiali,
le conseguenze delle particolari condizioni di solidifi-
nella denominazione attuale. L’importanza dello studio
cazione sulle proprietà dei materiali sono spesso così
dei principi fisici delle proprietà dei metalli, e delle cor-
estreme, da produrre effetti non osservati precedente-
relazioni tra la struttura microscopica, risultato di sin-
mente e oggetto di intensa attività di ricerca, tanto che
tesi e lavorazione, e le proprietà dei componenti, sono
hanno suggerito la necessità di un apposito, distinto,
state subito chiare all’interno dell’Associazione tanto
corso: ‘vecchio’ e ‘nuovo’ convivono, ugualmente im-
che già nel 1950 esisteva il Centro di Scienza dei Metalli.
portanti.
Far conoscere i fondamenti di base di quanto già noto
Si è recentemente ricordato, con una Giornata di Stu-
ma soprattutto nuovi materiali e processi è il motore
dio, il bicentenario della scoperta dell’effetto Seebeck,
che ha spinto e che spinge il Centro nelle sue attività,
ovvero dell’effetto termoelettrico. La sua importan-
attraverso l’organizzazione di corsi e di giornate di stu-
za sarà sfuggita ai più, ma è alla base del principio di
dio. L’elenco di quanto organizzato in questi trent’anni
funzionamento delle termocoppie (e sfido chiunque a
richiederebbe troppo spazio, perciò mi limito a citare il
pensare alla metallurgia senza di esse!) e dei più nuovi
“Corso di base Solidificazione”, riproposto con cadenza
materiali termoelettrici, impiegati nelle applicazioni più
pluriennale da quasi due decenni, ed il “Corso Additive
recenti volte al risparmio energetico: dal passato le basi
Metallurgy”, nato nel 2017. Nel primo si propongono i
per costruire un futuro migliore.
Paola Bassani Consiglio Nazionale delle Ricerche
Alberto Castellero Università di Torino Dip. Chimica
Riccardo Donnini
Ettore Anelli
IENI CNR
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Atti e notizie - AIM news
Livio Battezzati
Università di Torino
Riccardo Casati
Politecnico di Milano
Alberto Coda Saes Getters
Andrea Di Schino
Università di Perugia
La Metallurgia Italiana - October 2021
Annalisa Fortini
Università di Ferrara
Saulius Kaciulis CSM - ISMN
Paola Leo
Università del Salento
Mattia Merlin
Università di Ferrara
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Atti e notizie - AIM news
CT PRESSOCOLATA Per ripercorrere la storia del Comitato Tecnico Pressocolata
bisogna partire dal suo anno di fondazione, il 2001. L’Italia
era allora il paese europeo con la maggior produzione di getti pressocolati e vantava una leadership tecnologica lega-
ta alla produzione in Italia di presse, stampi, e consumabili, che il mondo ci invidiava, e che indubbiamente ha favorito lo sviluppo di un numero notevole (prossimo a 1000) di fonde-
rie seppur di dimensioni piccole o medie. In questo contesto nacque il CTP, grazie all’iniziativa di alcuni professionisti provenienti dal mondo imprenditoriale, dell’Ingegneria, dei
materiali e dell’Università, che misero insieme le proprie competenze con lo scopo di favorire lo sviluppo della Pres-
socolata Italiana e l’eccellenza del suo livello tecnico, con particolare attenzione alla metallurgia delle leghe non ferro-
se. Per mantenere un forte legame con le esigenze concrete delle fonderie, alla Presidenza del CTP abbiamo sempre
cercato di avere un imprenditore del settore, ed è giusto ri-
cordare a tal riguardo la figura dell’ing. Riccardo Carbonero, titolare della SIMI di Milano, che all’epoca era una delle fon-
derie di pressocolata più avanzate d’Europa e l’unica a stampare in Italia blocchi motore con canne in ghisa co-fuse. In
un contesto industriale come questo, fortemente orientato alle opportunità di fornitura verso un settore in rapida evolu-
zione come quello Automotive, i fonditori domestici apparivano culturalmente “giovani” e un po' “acerbi” riguardo la
formazione metallurgica, così la funzione del CTP ha assunto gradualmente un ruolo strategico per fornire ai fonditori Ita-
liani degli strumenti di conoscenza e di informazione tecnica utili per poter competere con consapevolezza in un merca-
to fortemente competitivo e globalizzato. Il CTP grazie alla
presenza al suo interno di una pluralità di competenze tecniche assai completa, ha individuato alcuni macro-temi che
stanno influenzando l’evoluzione del settore Pressocolata, e fra questi citiamo: la mobilità elettrica, con la conseguente
prospettiva di un drastico cambiamento nella tipologia dei
getti che verranno prodotti, delle loro dimensioni (con l’utilizzo di presse di potenze mai raggiunte sinora), delle leghe
stenibilità del processo produttivo, delle fonti energetiche
utilizzate, al riciclo dei materiali d’uso e al risparmio delle risorse naturali.
A fronte dell’evoluzione in atto, le iniziative del CTP si sono orientate verso la proposizione di Giornate di Studio sia in
presenza che in modalità webinar, fra le quali citiamo soltanto alcune di quelle di prossimo svolgimento: “Eco-sostenibilità: una sfida per i getti pressocolati” 22 Settembre 2021,
“Pressocolata delle leghe di Zinco” 6 Ottobre 2021. Accanto
alle Giornate di Studio il CTP propone anche Corsi di formazione e Master su tematiche specifiche, anche in questo caso citiamo solo quelli ormai prossimi: “Getti Strutturali per il
settore Automotive” 3-4 Novembre 2021; “Master in proget-
tazione di Stampi per pressocolata” in 12 giornate completo di esercitazioni pratiche, che si svolgerà l’anno prossimo.
Per quanto riguarda le iniziative di più ampia visibilità siamo orgogliosi di aver dato vita ad un Convegno Internazionale come HTDC (High Tech Die Casting), in lingua Inglese, che
è giunto quest’anno alla sua settima edizione, con la partecipazione di relatori da tutto il mondo e una prossima edizione
programmata nel 2024. Oltre a queste iniziative “frontali” il CTP ha realizzato alcune importanti pubblicazioni come il “Manuale della difettologia nei getti pressocolati” con te-
sto in Italiano e Inglese e un glossario dei difetti in Inglese,
Tedesco, Francese e Spagnolo, disponibile sia in versione cartacea che in versione digitale; e il “Capitolato degli Acciai
per utensili destinati alla Pressocolata” anch’esso con testo in Italiano e Inglese e disponibile sia in versione cartacea che in quella digitale.
Il settore della Pressocolata vedrà nei prossimi anni l’affermarsi di notevoli cambiamenti, alcuni dei quali abbiamo già
descritto brevemente, ma altri arriveranno presto, e in un
contesto così dinamico il ruolo del CTP assume una valenza fondamentale per la diffusione della conoscenza, a vantag-
gio di un settore che in Italia dà lavoro a circa 11.000 persone di 650 fonderie.
impiegate, delle loro caratteristiche meccaniche, e di quelle qualitative; la digitalizzazione dei processi (la cosiddetta In-
dustria 4.0), con la conseguente introduzione di sensoristi-
ca, raccolta di dati di processo, e la loro gestione in ottica di miglioramento delle performance sia tecniche che econo-
miche; la eco-sostenibilità, con la conseguente attenzione alle leghe utilizzate e alla loro impronta carbonica, alla so-
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Atti e notizie - AIM news
Piero Parona
Paolo Claus
Giulio Timelli Università di Padova Sede Vicenza
Davide Garretto
Roberto Martina
Federico Lanzoni
Andrea Battaiotto
Andrea Magistrelli
Vesuvius
Bonomi Acciai
Stefano Bellucco
Giorgio Munerati
Flavio Cecchetto
Simone Paramento
Baraldi
Diecasting Service
Marposs
Baraldi
La Metallurgia Italiana - October 2021
Tecnopres
Shiloh Industries
Quaker Houghton
Costampress
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Atti e notizie - AIM news
Ruggero Pederzoli
Enrico Prati
Raul Pirovano
Lorenzo Valente
Annalisa Pola
Ruggero Zambelli
Meccaninca PI.ERRE
XC Engineering
Università di Brescia -DIMI
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
Bonomi Acciai
Ecotre Valente
Raffmetal
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Atti e notizie - AIM news
CT RIVESTIMENTI E TRIBOLOGIA Il “Centro di Studio Rivestimenti e Tribologia” nasce
ricerca, laboratori universitari e aziende private, perché
come “Gruppo di Lavoro Rivestimenti” nel 2005 all’in-
si crede fortemente che questa sinergia sia fondamen-
terno del Centro “Trattamenti Termici e Metallografia”
tale per promuovere sviluppo e competitività. Il centro
e diventa un centro autonomo nel 2006, quando con-
organizza annualmente varie iniziative, quali corsi di
fluisce al suo interno anche il “Centro di Studio Tribo-
formazione e giornate di studio, su tutte le principa-
logia”. L’istituzione del centro si deve principalmen-
li tecnologie di ricoprimento e le loro applicazioni. In
te all’iniziativa del suo primo presidente, la Dott.ssa
particolare, il Centro organizza, a cadenza periodica, il
Claudia Rinaldi di CESI Ricerca (oggi Ricerca sul Siste-
Corso Modulare “Rivestimenti” e il corso di “Tribologia
ma Energetico - RSE S.p.A.), per creare un’occasione
Industriale” per offrire una formazione ad ampio spet-
di scambio e di incontro fra i tanti tecnici e ricercatori
tro, e giornate dedicate all’approfondimento di temi
che, a vario titolo, operano nel settore dei rivestimenti
specifici come, ad esempio, l’ingegneria delle superfici
e promuovere attività di formazione e divulgazione in
per impianti alimentari, le tecniche di caratterizzazione
materia. A livello nazionale, il settore dei rivestimenti
dei rivestimenti, i rivestimenti decorativi, ecc. Nell’am-
è infatti attivo e dinamico, anche per la presenza di un
bito della crescente attenzione che AIM pone sui temi
importante “end-user” nell’industria manifatturiera, la
della sostenibilità, il Centro ha più di recente lanciato
cui competitività dipende spesso in modo critico dalla
anche iniziative quali quella su rivestimenti e “green
funzionalizzazione superficiale di componenti e pro-
economy”.
dotti. Ad esempio, componenti più resistenti a usura e corrosione permettono di aumentare la produttività di un impianto industriale e di ridurne tempi e costi di manutenzione; superfici auto-lubrificanti minimizzano il consumo di lubrificanti liquidi e riducono consumi energetici e relative emissioni di CO2; superfici bio-compatibili sono indispensabili per qualsiasi impianto protesico ortopedico e dentario; colore ed effetti estetici possono essere determinanti nel successo di un prodotto di consumo. Di conseguenza, vi sono numerose aziende, alcune delle quali, partite come piccole imprese, sono cresciute fino ad assumere una dimensione internazionale, che operano nel settore dei rivestimenti applicando un’ampia gamma di processi di natura fisica e chimica per le più svariate esigenze, supportate dalla ricerca di base e applicata condotta in Università e Centri di Ricerca. Questa varietà si riflette nella composizione del Centro di Studio Rivestimenti e Tribologia. Tramite i suoi componenti, sono equamente rappresentati centri di
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Atti e notizie - AIM news
Giovanni Bolelli
Ambrogio Colombo
Università di Modena e R.
Consulente
Denis Romagnoli
Stefano Lionetti
Lorenzo Montesano
Simone Marchesi
Università di Brescia
Anton Paar Italia
Laura Borghese
Luca Pezzato
STS Group
Smart Solutions
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
RINA Consulting - CSM
Università di Padova
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Atti e notizie - AIM news
CT STORIA DELLA METALLURGIA Il Centro di studio “Storia della Metallurgia” è nato nel 1953 ed ha ripreso effettiva operatività nel 1999. L’obiettivo primario del centro è quello di riunire gli studiosi inte-
ressati sia alla evoluzione storica dei processi e delle tecnologie metallurgiche, sia allo studio dei manufatti antichi ed alle problematiche inerenti la loro conservazione. Significativa è la partecipazione e l’apporto a questo Centro
di componenti con cultura umanistica, quali archeologi, storici dell’arte, museologi e restauratori, che operano
in questo settore di confine e che trovano competenze fondamentali per avvicinarsi ai materiali metallici o per approfondire la conoscenza sui principali fenomeni me-
tallurgici, od integrare metodologie di studio e di ricerca maturate altrove.
Il confronto aperto tra i diversi aspetti culturali caratterizza le attività del Centro, che ha proposto giornate di studio, a carattere teorico-pratico, sulle antiche miniere
e sulle fonderie di ghisa con il coinvolgimento di studiosi locali (Isola d’Elba, Cogne, Traversella, Follonica, Usse-
glio-Punta Corna, Val Sessera, ecc…), scuole di metallo-
grafia e corsi sul degrado e sulla protezione dei manufatti metallici, (Roma, Genova, Padova, Bologna, Ferrara, Torino, ecc.).
Sono stati organizzati convegni nazionali su specifici set-
tori (storia e tecnologia della moneta, i metalli negli organi a canne, l’archeometallurgia in Sardegna, i metalli in Etruria: dalla produzione antica alla copia moderna,…),
attività di supporto tecnico ad esperienze di archeometallurgia sperimentale (Isola d’Elba).
Sono stati inoltre promossi i due convegni internazionali “Archaeometallurgy in Europe”, il primo tenutosi a Milano
nel 2003, in occasione del cinquantesimo anniversario del
centro di studio, ed il secondo a Grado/Aquileia nel 2007,
che hanno avuto un notevole successo ed hanno visto la partecipazione di numerosi studiosi giunti in Italia da cir-
Per quanto riguarda le attività recenti, nel settembre 2021 il Centro di Studio ha organizzato a Bielmonte (Biella) la
Tavola Rotonda “Archeologia mineraria, conservazione e tutela” nel quadro delle Giornate Europee del Patrimonio e della XIII Giornata Nazionale delle Miniere.
E’ infine in corso l’organizzazione della Giornata di Studio
“La ghisa nell’arredo urbano: arte o industria?”, prevista per fine novembre 2021, in collaborazione con la Fondazione Neri - MIG, Museo Italiano della Ghisa, Longiano
(FC). La giornata di studio si propone di far conoscere, valorizzare e promuovere la conservazione degli antichi e pregevoli manufatti di ghisa, che testimoniano un importante periodo storico dell’industria metallurgica e dell’ar-
te nel periodo tra fine 800 ed inizio 900. La ghisa incominciò infatti ad essere utilizzata anche per la costruzione dei
primi edifici industriali in materiale metallico su larga scala e senza il supporto di muratura; da qui venne poi usata per la realizzazione di altri tipi di strutture, quali stazioni ferroviarie, ponti, gazebi, fontane, padiglioni termali, ecc.
Il Centro è presieduto dal 2012 dal prof. Gian Luca Ga-
ragnani del Dipartimento di Ingegneria dell’Università
di Ferrara; vice-presidente è il restauratore Alessandro Ervas, titolare di “Fucina Ervas”, segretaria la prof. Irene
Calliari del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova.
Il centro conta su una ventina di aderenti e si riunisce preferenzialmente in occasione delle attività localizzate sul territorio. Le attività del Centro di Storia della Metallurgia
si basano dunque, forse più che per gli altri Centri, per la precipua connotazione interculturale, sulla spontanea e
disinteressata partecipazione di soci AIM, ma un contributo essenziale è venuto e viene da non-soci o da nuo-
vi soci non-metallurgisti, che hanno trovato delle fertili condizioni di incontro.
ca 30 paesi, che hanno presentato memorie riguardanti materiali metallici antichi provenienti da tutti i continenti.
Questi convegni di archeometallurgia propongono dun-
que l’AIM come centro di riferimento, sia a livello nazionale che internazionale, per gli operatori che si occupano
della diffusione della conoscenza e della salvaguardia del patrimonio culturale.
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Atti e notizie - AIM news
Gian Luca Garagnani Università di Ferrara
Alessandro Ervas Fucina Ervas
Alessandra Giumlia-Mair AGM Archeoanalisi Lab
Carlo Mapelli
Politecnico di Milano
Marco Benvenuti
Paolo Piccardo
Università di Firenze
Università di Genova
Anna Gattiglia Museo Civico Alpino Tazzetti
Paola Rizzi
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
Università di Torino
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Atti e notizie - AIM news
CT TRATTAMENTI TERMICI E METALLOGRAFIA Il Centro “Scienza dei Metalli” dell’AIM, anche per soddisfa-
re la richiesta dei tecnici di stabilimento interessati ai trattamenti termici, indice questo Convegno per illustrare e discutere i problemi e gli aspetti più interessanti del settore.
L’incontro vuole anche essere una presa di contatto con i meccanici interessati ai problemi dei trattamenti termici e il
Comitato Organizzatore si augura che le adesioni dei colleghi meccanici siano particolarmente numerose.
Con questa premessa si annunciava il primo Convegno sui Trattamenti Termici che si tenne al Teatro della Società Cornigliano, Genova il 28-29 Ottobre 1960.
Da quel momento in poi il Convegno sui Trattamenti Termi-
ci è divenuto un appuntamento fisso, a cadenza mediamente biennale, che l’associazione con il Centro di riferimento ha
voluto assicurare a tutti i tecnici e imprenditori del settore. Successivamente, incrementandosi progressivamente le
specializzazioni a cui AIM veniva chiamata, crebbero i Centri di Studio di AIM, pertanto il Comitato prese il nome di Centro Trattamenti Termici e Metallografia abbracciando in ma-
niera sempre più specializzata scienza e tecniche correlate al trattamento termico e termochimico dei metalli. Il Centro
si è sviluppato progressivamente fino ad arrivare a promuovere una tra le più vaste proposte didattiche e di approfondimento scientifico presenti in AIM, stando al passo con i ritmi
dell’industrializzazione che ha caratterizzato, stravolgendosi in alcuni casi, questi ultimi 60 anni.
Tutto questo per sottolineare ancora una volta come, anche nell’era dell’industria 4.0, il processo del trattamento termi-
co sia baricentrico nell’intera catena di valore dei processi industriali che partono dalla fabbricazione dell’acciaio fino all’impiego del manufatto.
di intercettare e strumentare il percorso di specializzazione
in anni dove fattori tecnologici e automazioni tra macchine
e tra macchina e uomo sono sempre più spinte finalizzate ad un controllo totale dei processi.
Corsi di formazione e Giornate di studio costituiscono l’os-
satura di percorsi formativi che si pongono proprio tale obiettivo, ovvero supportare il comparto nel continuo e necessario aggiornamento tecnico. All’interno dei Congressi
vi è poi occasione di confrontarsi con linee di ricerca sia accademica che industriale in campo sia Nazionale che Internazionale.
Doverosamente sono partito da chi ha iniziato a costrui-
re nel tempo quelle attività che ancora oggi ci pregiamo di sostenere e divulgare. Con estremo orgoglio ripercorriamo
la chiamata degli illustri colleghi al primo Convegno TT nel 1960 e con lo stesso entusiasmo riorganizziamo, sempre a
Genova nel 2022, il nostro Convegno Nazionale Trattamen-
ti Termici con immutato spirito proprio della divulgazione scientifica. Tutto questo è stato possibile grazie ad una Associazione come AIM che ha saputo attraversare le differenti
epoche industriali rimanendo un faro fondamentale per le
nostre aziende. Concludo ringraziando tutti i partecipanti del nostro Centro di studi il cui confronto continuo e la disponi-
bilità alla condivisione delle competenze è di fondamentale importanza, ringrazio tutto il Team AIM che quotidianamente rende possibile la tessitura delle competenze mettendole a disposizione negli eventi, ringrazio chi ha avuto prima di me l’opportunità e l’onore di Presiedere tale Centro di Studio e di svilupparlo con successo.
Tanti Auguri AIM per i tuoi primi 75 anni!!!
Voglio ricordare ancora una volta con particolare orgoglio
le aziende, spesso di dimensione piccolissima o piccola a livello nazionale che offrono trattamento termico conto
terzi e che possiedono elevatissime competenze e qualità
tecniche rese disponibili su differenti settori con richieste ad altissima complessità.
Vorrei per questo soffermarmi proprio sul ruolo strategico di AIM e il Centro Trattamenti Termici e Metallografia, che si
Danilo Petta Gearchem
è sempre posto l’obiettivo di essere un tessuto connettivo tra le esigenze delle aziende e i percorsi formativi cercando
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Atti e notizie - AIM news
Marina La Vecchia
Università di Brescia
Stefano Schiavo BRVI
Paolo Buzzi Gefran
Mario Cusolito
La Metallurgia Italiana
Alessio Bellino
Antonio De Sario
Air Liquide Italia
Vimi Fasteners
Francesca Bonfanti
Francesca Ecclesia
Mimete
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
CRF - FCA Group
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Atti e notizie - AIM news
Donato Firrao
Marco Stanco
Andrea Magistrelli
Franco Trombetta
Daniele Piccardo
Riccardo Donnini
Politecnico di Torino
Bonomi Acciai
Quaker Houghton
Ramona Sola
Modena Centro Prove
La Metallurgia Italiana - October 2021
Fomas Group
STT
CNR Icmate
Cristian Viscardi Ecotre Valente
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IN M
ODA
LITÁ
IN WEB
AR!
Leghe di alluminio Corso di base
Foto: Courtesy of Endurance Overseas
16-17 novembre 2021 Organizzato da
CENTRO DI STUDIO METALLI LEGGERI
FaReTra Fair Remote Training
presentazione La necessità di utilizzare materiali “leggeri” e con elevate prestazioni, sta inducendo i progettisti a usare sempre più spesso le leghe di alluminio in alternativa ai tradizionali acciai. Queste, oltre a un elevato rapporto resistenza meccanica/densità, sono caratterizzate da buona resistenza a corrosione e buone proprietà chimico-fisiche. Alla diffusione dell’utilizzo delle leghe d’alluminio concorrono, però, anche le ottime proprietà tecnologiche, a caldo e a freddo, e la riciclabilità, che fanno sì che l’alluminio possa essere considerato un materiale “efficiente”, in grado di favorire la sostenibilità ambientale. È chiara, quindi, la necessità per i tecnici, e non solo, di conoscere le leghe di alluminio, i processi produttivi e i trattamenti termici cui possono essere sottoposte, al fine di utilizzarle nelle condizioni più appropriate per le varie applicazioni, esaltandone i pregi ed evitando loro usi impropri. Il Corso ha lo scopo di fornire le nozioni di base concernenti la metallurgia delle leghe di alluminio e le tecnologie a esse applicabili. Scopo è comprendere come i processi produttivi e i trattamenti termici incidano sulla loro microstruttura e quindi sul loro comportamento meccanico o a corrosione, informazioni necessarie per una progettazione consapevole con questo materiale. La loro importanza sarà evidenziata attraverso il riferimento a specifici casi applicativi in grado di mostrare le corrette norme d’impiego dell’alluminio e delle sue leghe. Il Corso si articolerà in due giornate. Nella prima saranno descritte le caratteristiche principali delle leghe di alluminio più utilizzate, i principi metallurgici che consentono di ottenere, controllare e ottimizzare tali caratteristiche e quindi saranno illustrate le tecnologie di processo più appropriate per la loro trasformazione. Nella seconda giornata saranno presentati esempi “vincenti” di utilizzo dell’alluminio in diverse applicazioni. Alla fine di ogni giornata i relatori saranno a disposizione per approfondire i temi trattati. Il programma completo è disponibile online sul sito www.aimnet.it Coordinatori Elisa Fracchia, Alessandro Morri
segreteria organizzativa
FaReTra Via F. Turati, 8 · 20121 Milano Tel. 02-76021132 / 02-76397770 e-mail: spedizioni@aimnet.it · www.aimnet.it
Atti e notizie - AIM news
Eventi AIM / AIM events FaReTra (Fair Remote Training) - FORMAZIONE E AGGIORNAMENTO A DISTANZA Modalità Sincrona (diretta streaming) Corso PROVE MECCANICHE – Milano, 26-27 ottobre, 9-10 novembre Corso di base LEGHE DI ALLUMINIO – 16-17 novembre Giornata di Studio GREEN ECONOMY E ASPETTI AMBIENTALI PER L'INDUSTRIA DEI RIVESTIMENTI – 17-18 novembre
www.aimnet.it
Modalità Asincrona (registrazioni) Giornata di Studio PRESSOCOLATA IN ZAMA
Per ulteriori informazioni rivolgersi alla Segreteria AIM, e-mail: info@aimnet.it, oppure visitare il sito internet www.aimnet.it
Giornata di Studio LA SFIDA DELLA NEUTRALITÀ CARBONICA Corso itinerante METALLURGIA SICURA Corso modulare TRATTAMENTI TERMICI Corso modulare I REFRATTARI E LE LORO APPLICAZIONI Corso GLI ACCIAI INOSSIDABILI 11ª edizione Corso FAILURE ANALYSIS 11a edizione Giornata di Studio PERFORMANCE E DEGRADO DEI MATERIALI METALLICI UTILIZZATI IN CAMPO EOLICO: CAPIRE PER PREVENIRE Giornata di Studio DIFETTI NEI GETTI PRESSOCOLATI: POROSITA’ DA GAS FORMAZIONE E AGGIORNAMENTO IN PRESENZA (con eventuale collegamento da remoto) Giornata di Studio IL CICLO DI FABBRICAZIONE DI UNA VALVOLA. NORMATIVE, PROGETTO, ACCIAIO, FUCINATURA COLLAUDO – Brescia, 11 novembre Corso CORROSIONE PER NON CORROSIONISTI – Milano, 24-25 novembre Giornata di Studio TECNOLOGIE DI FORMATURA DELLE ANIME IN SABBIA PER GETTI IN LEGA LEGGERA Bergamo, 2-3 dicembre CONVEGNI RAW MATERIALS & RECYCLING - Bergamo, 1-2 dicembre 2021 http://www.aimnet.it/rawmat.htm 27° Convegno Nazionale Trattamenti Termici – 26-27 maggio 2022 http://www.aimnet.it/tt.htm 39° Convegno Nazionale AIM – Padova, 21-23 settembre L’elenco completo delle iniziative è disponibile sul sito: www.aimnet.it
(*) In caso non sia possibile svolgere la manifestazione in presenza, la stessa verrà erogata a distanza in modalità webinar
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Atti e notizie - AIM news
Comitati tecnici / Study groups CT MATERIALI PER L’ENERGIA (ME) (riunione telematica del 09 settembre 2021)
Notizie dal Comitato •
Il gruppo di lavoro italiano su Creep ed ECCC risulta molto attivo e sta preparando nuove proposte da sottoporre all’organismo europeo ECCC.
•
Anche il tema della stesura specifiche registra notevole interesse, per cui il presidente Gavelli chiede a chi ha proposto l’argomento di fornire una breve descrizione/presentazione delle tematiche per proporre l’evento ad altri CT.
Iniziative future •
Si discute lungamente del tema “Idrogeno”, un argomento che ha riacquistato molto interesse negli ultimi tempi sia a livello politico che di opinione pubblica. Il presidente Gavelli ricorda che è il corso un confronto anche con altri CT per l’organizzazione di una iniziativa sul tema: gli argomenti da trattare sono relativi a diffusione e infragilimento da idrogeno, trasporto dell’idrogeno in tubazioni, impiego dell’idrogeno come combustibile nei generatori di energia, materiali per elettrolizzatori. Si discute sull’opportunità di promuovere una iniziativa su queste tematiche perché spesso si tratta di esperienze specifiche che non possomno ancora essere divulgate. Occorre quindi definire meglio il taglio da dare ad una eventuale GdS.
•
A latere del tema idrogeno si discute anche del nucleare, anch’esso tornato di moda. Al momento non si prendono decisioni e si rinvia alla prossima riunione per ulteriore discussione.
CENTRO RIVESTIMENTI E TRIBOLOGIA (R) (riunione del 13 settembre 2021)
Manifestazioni in corso di organizzazione •
La GdS “Green economy e aspetti ambientali per l’industria dei rivestimenti” è stata confermata per il 17-18 novembre 2021 in modalità webinar; la segreteria ha diffuso la locandina.
Iniziative future •
Il presidente Bolelli propone di ripetere il corso di ”Tribologia”, rivedendo e aggiornando la scaletta della precedente edizione: si discute sulla possibilità di migliorare alcune lezioni. Bisogna decidere se è possibile tenere la manifestazione in presenza in una sede dotata di laboratori, come una sede universitaria dove pare si possano tenere manifestazioni, ovviamente in numero limitato e con green pass, o se si deve utilizzare la modalità webinar.
CT TRATTAMENTI TERMICI E METALLOGRAFIA (TTM) (riunione telematica del 09 giugno 2021)
Notizie dal Comitato •
Il presidente Petta auspica la possibilità di tornare a riunioni in presenza, fatte salve tutte le disposizioni di sicurezza e la capienza della sede AIM; se ci fossero partecipanti in numero eccessivo, sarà data precedenza ai coordinatori e ai comitati ristretti delle iniziative più vicine, mentre gli altri potranno continuare a seguire in remoto.
Consuntivo di attività svolte •
Il corso modulare “Trattamenti termici”, che si è concluso proprio il giorno prima della riunione, ha avuto un esito particolarmente soddisfacente anche in termini di numero di iscritti. Nella prossima riunione si potranno esaminare i questionari di soddisfazione compilati dai partecipanti.
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Atti e notizie - AIM news
Manifestazioni in corso di organizzazione •
E’ stato definito il programma della GdS “La potenzialità della simulazione numerica per i trattamenti termici” in modalità webinar con 6 interventi da 25 minuti. I coordinatori Viscardi e Pellizzari confermeranno con i relatori le nuove date del 9 e 10 dicembre 2021 e manderanno in pubblicazione la locandina.
•
Il seminario “Trattamenti termici, normativa e interpretazione dei requisiti” (coordinatori Morgano, Firrao e Cusolito) si svolgerà nella seconda metà di novembre; la locandina sarà pronta nella prima decade di ottobre. Al termine delle presentazioni è prevista una tavola rotonda per favorire un ampio dibattito.
•
“Convegno Nazionale Trattamenti Termici”: il convegno è confermato a Genova per il 26 e 27 maggio 2022 come evento in presenza.
•
Il coordinatore Morgano comunica che è pronto il programma del seminario “Trasmissioni nell’automotive: dall’acciaieria al processo di pallinatura”, in calendario per il 16 e 17 giugno 2022 presso la Magna (Modugno – Bari). La locandina sarà pubblicata a marzo 2022, quando sarà anche organizzato un breve webinar di promozione: questo nuovo modo di approccio viene approvato dal CT; restano solo da definire le modalità del webinar. Si decide anche di sfruttare i canali social AIM per la diffusione del video del webinar.
•
La GdS “Il Mondo Industrial - aspetti metallurgici e metodologie di controllo” (coordinatore Massa) è confermata di presenza presso CNH Torino nel 2022.
Iniziative future •
Nel 2022 è in programma il corso modulare di Metallografia, secondo la normale alternanza prevista dai programmi del CT TTM. Va definita la modalità (ibrida o solo webinar).
•
Sempre nel 2022 si terrà anche un seminario congiunto con il CT Metallurgia delle Polveri e Tecnologie Additive, che sarà ospitato da una o più aziende.
•
La proposta di una GdS su “Cementazione/nitrurazione” viene ritenuta interessante e si decide di metterla in calendario per il secondo semestre 2022.
•
Una GdS sul tema “TT e metallurgia delle polveri” potrebbe essere organizzata nel 2022.
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Atti e notizie - AIM news
Normativa / Standards Norme pubblicate e progetti in inchiesta (aggiornamento 28 settembre 2021)
EN 17415-2:2021
Norme UNSIDER pubblicate da UNI nel mese di settembre 2021
Industrie petrolifere, petrolchimiche e del gas naturale - Rivestimenti interni per i serbatoi di processo - Parte 1: Requisiti tecnici UNI EN ISO 15663:2021
Industrie del petrolio e del gas naturale Stima del costo globale di produzione e trattamento
Industrie del petrolio e del gas naturale - Tubi di acciaio da utilizzarsi come rivestimento o tubi di produzione nei pozzi
Prodotti fucinati di acciaio per impieghi generali - Parte 4: Acciai inossidabili
e ISO nel mese di settembre 2021 CEN ISO/TR 10400:2021 Formulae
characterization of Charpy V-notch test
networks - Part 2: Factory made fitting
pieces for indirect verification of pendulum
assemblies of steel or plastic service pipe,
impact machines
polyurethane thermal insulation and a
EN 13480-3:2017/A4:2021
Metallic industrial piping - Part 3: Design
and
and
natural
calculations
prEN – progetti di norma europei
EN 10132:2021
prEN ISO 35102
Cold rolled narrow steel strip for heat
Petroleum and natural gas industries -
treatment - Technical delivery conditions
Arctic operations - Escape, evacuation and rescue from offshore installations (ISO
ISO 18797-2:2021
35102:2020)
industries — External corrosion protection
ISO/DIS
of risers by coatings and linings — Part 2: Maintenance and field repair coatings for riser pipes
the
line pipe used as casing or tubing (ISO/TR 10400:2018) EN 17415-3:2021
District cooling pipes - Bonded single pipe systems for directly buried cold water networks - Part 3: Factory made steel valve assembly for steel or plastic service pipe, polyurethane thermal insulation and a
La Metallurgia Italiana - Ottobre 2021
progetti
di
norma
ISO/DIS 24139-1
Corrosion resistant alloy clad bends and
Refractory mortars — Part 7: Determination
fittings for pipeline transportation system
of permanent change in dimensions on
— Part 1: Clad bends
ISO 8840:2021
Refractory materials — Determination of
ISO/DIS 7992
Iron ores for blast furnace feedstocks — Determination of reduction under load
bulk density of granular materials (grain
properties of casing, tubing, drill pipe and
casing of polyethylene
–
internazionali
Petroleum and natural gas industries —
ISO/DIS 4370
Environmental life cycle assessment and
industries for
ISO/DIS – ottobre 2021
and calculation
density) gas
Progetti UNSIDER in inchiesta prEN e
heating
Norme UNSIDER pubblicate da CEN
-
pipe systems for directly buried cold water
ISO 13765-7:2021
UNI EN 10250-4:2021
Petroleum
impact test – Part 3: Preparation and
Petroleum, petrochemical and natural gas
UNI EN ISO 11960:2021
Metallic materials – Charpy pendulum
District cooling pipes - Bonded single
casing of polyethylene
UNI EN ISO 18796-1:2021
prEN ISO 148-3 rev
Progetti UNSIDER messi allo studio dal CEN (Stage 10.99) – ottobre 2021 prEN ISO 148-1 rev
Metallic materials – Charpy pendulum impact test – Part 1: Test method prEN ISO 148-2 rev
recycling of ductile iron pipes for water applications
Progetti UNSIDER al voto FprEN e ISO/FDIS – ottobre 2021
FprEN – progetti di norma europei
Metallic materials – Charpy pendulum
FprEN ISO 10113
impact test – Part 2: Verification of testing
Metallic materials - Sheet and strip -
machines
Determination of plastic strain ratio (ISO/ FDIS 10113:2019)
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Atti e notizie - AIM news ISO/FDIS
–
internazionali
progetti
di
norma
ISO/FDIS 18338 Metallic materials — Torsion test at room temperature ISO/PRF 6368 Petroleum,
petrochemical
and
natural
gas industries — Dry gas sealing systems for axial, centrifugal, and rotary screw compressors and expanders
In chiusura della manifestazione Made in Steel a Milano sono stati consegnati due importanti riconoscimenti: la medaglia di acciaio Federico Giolitti, attribuita da AIM e la medaglia di acciaio inossidabile Gabriele di Caprio attribuita da AIM e da Centro Inox congiuntamente. Queste medaglie sono consegnate ad imprenditori e personaggi del mondo della siderurgia che si distinguono nel loro campo.
La medaglia Giolitti viene assegnata a un personaggio con particolari benemerenze nel campo della siderurgia: nell’occasione è stato scelto Alessandro Banzato, presidente di Acciaierie Venete, un imprenditore che gestisce un'impresa con più di 100 anni di attività, e ha saputo elaborare una visione moderna nello sviluppo degli acciai speciali da costruzione, che ha permesso non solo di far crescere i siti siderurgici già di proprietà del gruppo Acciaierie Venete, ma anche di accrescerne il perimetro industriale con il rilancio di siti siderurgici in dissesto a beneficio delle comunità locali e dell'economia nazionale.
La medaglia di acciaio inossidabile Gabriele di Caprio è stata invece assegnata a Massimo Zoppegni, presidente del Centro Inox, una persona che da tanti anni vive nel settore dell’acciaio e ha tuttora un ruolo fondamentale di promozione per l’acciaio inossidabile, sulla scia di quanto fatto proprio da Gabriele di Caprio, a cui è intestata la medaglia.
Ci sentiamo in dovere di fare i migliori complimenti ai premiati per la loro brillante attività.
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international
meeting
RAW
MATERIALS & RECYCLING
Organised by
In co-operation with
With the support of
Patronized by Pantone 382ec #c4d600 rgb(196, 214, 0)
www.aimnet.it/rawmat.htm
BERGAMO . ITALY . 1-2 DECEMBER 2021