SISTEMI DUPLEX MANUALE PER LA VERNICIATURA DELL’ACCIAIO ZINCATO A CALDO
PREMESSA I sistemi duplex sono costituiti dall’ applicazione di verniciatura su acciaio zincato a caldo. La combinazione dei due sistemi protettivi è utilizzata -per incrementare la resistenza a corrosione e durata, per l’esposizione in ambienti particolarmente aggressivi; -per mimetizzare o, al contrario, evidenziare la presenza dei manufatti; -per esigenze funzionali; -per esigenze estetiche. La durata di un sistema duplex è sempre maggiore (circa doppia) della somma delle durate dei sistemi applicati singolarmente.
INDICE Applicazione di vernici liquide su acciaio zincato La verniciatura a polvere su acciaio zincato La predisposizione al sistema duplex Principi fondamentali per la progettazione La scelta e le condizioni dei materiali Lo stato della superficie Le vernici liquide Le vernici a polveri Come preparare la zincatura per la verniciatura Le lavorazioni sui manufatti L’assemblaggio Le saldature Esempi applicativi
Applicazione di vernici liquide su acciaio zincato La vernice viene applicata sulla superficie del manufatto, opportunamente trattata, mediante pistole spruzzatrici o pennello. Le vernici utilizzate possono essere del tipo a solvente o all’acqua. Esistono anche vernici cosiddette “ad alto solido”, caratterizzate dal ridotto contenuto di solvente. Una volta applicate con un sistema idoneo, manifestano performance di resistenza e durata prevalentemente dipendenti dalla loro natura chimica e dalla loro compatibilità con la superficie zincata. Le vernici liquide possono essere applicate tanto in impianti industriali che direttamente in cantiere o officina ma anche prima o dopo l’istallazione.
NOTA Assicurarsi all’atto della specifica o dell’acquisto della vernice che essa sia formulata per l’utilizzo su acciaio zincato.
NOTA Esistono diverse tipologie di vernici compatibili con la superficie di zinco. Nella scelta è consigliabile leggere attentamente le schede tecniche al fine di ottenere le performance desiderate. Come per gli altri tipi di verniciatura, il risultato in termini di aderenza, durata e resistenza alla corrosione è pesantemente influenzato dalla preparazione della superficie prima dell’applicazione della vernice.
La verniciatura a polvere su acciaio zincato
La vernice a polvere è applicabile solo in impianti industriali attrezzati. Il rivestimento si ottiene sfruttando proprietà elettrostatiche per la copertura della superficie metallica. Lo strato definitivo si ottiene per polimerizzazione in forno o con sistemi a raggi infrarossi (IR). Uno schema tipico d’impianto prevede:
un nastro trasportatore aereo a catena per il trasporto dei pezzi da verniciare; un sistema di lavaggio e pretrattamento; cabine di applicazione con pistole elettrostatiche; un forno di polimerizzazione
NOTA Lo spessore di verniciatura ottenibile, in genere, è superiore a quello ottenibile con vernice liquida. Le caratteristiche meccaniche (durezza, elasticità ) possono essere molto elevate. Si possono ottenere tinte con tutte le tonalità di colore della gamma internazionale RAL, comprese le tinte metallizzate. Si possono ottenere quasi tutte le finiture desiderate anche se la brillantezza non raggiunge quella di certe vernici liquide.
Scarico Forno di cottura Cabina polveri Asciugatura Pretrattamento Carico Figura Schema tipo di un processo di verniciatura a polvere
La predisposizione al sistema duplex Nella sua realizzazione, il manufatto in acciaio dovrà essere predisposto alla zincatura a caldo in modo ottimale (per info vedi “Manuale di Buone Pratiche per la 1 Zincatura a Caldo” – Associazione Italiana Zincatura ). Le norme di riferimento per le azioni da compiere e per la predisposizione dei manufatti prima della zincatura a caldo al sistema duplex sono:
UNI EN ISO 1461 UNI EN ISO 14713 parte 2 NOTA Per il migliore risultato della verniciatura, la progettazione del manufatto dovrà tenere conto di semplici regole non dissimili da quelle normalmente seguite per l’acciaio grezzo. NOTA All’atto dell’ordine, occorre informare lo zincatore dell’intenzione di sottoporre il manufatto zincato a successiva verniciatura. NOTA La norma di riferimento per la verniciatura è la UNI EN ISO 12944. Per le vernici a polvere ci sono normative specifiche come la UNI EN 13438. NOTA Per la zincatura, richiedere sempre un certificato di conformità alla norma UNI EN ISO 1461. NOTA Per la preparazione della superficie zincata è applicabile la norma UNI EN 15773. 1 Il manuale può essere richiesto ad Associazione Italiana Zincatura o consultato on line su www.aiz.it
Principi fondamentali per la progettazione
Evitare superfici sovrapposte per evitare colature di ruggine
Dimensionare correttamente i fori di sfiato e drenaggio per evitare colature di zinco
Figura esempi di consigli progettuali per la zincatura
La buona realizzazione del processo di verniciatura dipende, in primo luogo, dal rispetto di regole di base nel dimensionamento e nella progettazione dei pezzi da rivestire. E’ necessario prevedere i possibili rischi che possono insorgere in ogni fase di lavorazione di zincatura a caldo e verniciatura Con adeguata prevenzione, si evitano difetti come la deformazione, difficoltà di applicazione della vernice, costi aggiuntivi di produzione e di trasporto, nonché in casi estremi, rischi per la sicurezza
In fase di progettazione Quando si progetta un componente, non dimenticare di prendere in considerazione:
le sue dimensioni e il peso (preferire strutture smontabili, evitando grandi dimensioni); la forma del singolo pezzo da verniciare, preferendo geometrie semplici da assemblare successivamente; materiali e trattamenti superficiali (vedi sez. 2); modalità di movimentazione e di trasporto; evitare parti pericolose (per esempio. parti sporgenti o instabili) o predisporre per la riduzione al minimo del rischio
Interstizi e cavità
ruggine
ruggine nelle cavità Figura – difetti dovuti a interstizi e cavità
Regole di base Interstizi: ornamenti sovrapposti, saldature delle cerniere, applicazione di rinforzi e battenti, sono casi comuni in cui si possono formare degli interstizi. Lo spazio ristretto dell’interstizio impedisce alla vernice di penetrare. Se l’interstizi non è sigillato si possono avere fenomeni di ossidazione. Cavità: nel caso di sabbiatura di manufatti con cavità sono facili accumuli di materiale che, se non rimosso opportunamente, dà luogo a difetti nella successiva verniciatura.
Soluzioni in fase di progettazione Evitare cavità ed interstizi
Figura – esempio di corretta progettazione
*
Prevedere uno spazio sufficiente accessibile in tutte le fasi di trattamento sia chimico che meccanico (sabbiatura).
La scelta e le condizioni dei materiali
Figura – L’eccessiva rugosità del materiale di base si accentua con la zincatura ed ancora con la verniciatura.
Regole di base Se si assemblano altri materiali insieme all’acciaio zincato a caldo, ciò può essere causa di problemi di disuniformità dopo verniciatura per differenza di natura e composizione. (vedi sez. 7). Occorre considerare che, a seconda del materiale utilizzato (componenti di acciaio grezzo, inox assieme ad acciaio zincato), la tecnica di preparazione al rivestimento della superficie può variare. Lo stato della superficie: La condizione superficiale è determinante per il risultato finale della verniciatura. La superficie metallica deve essere esente da: ossidazione; irregolarità della superficie come trucioli, scaglie di laminazione, saldature longitudinali (per esempio tubi saldati) e rettifiche mal eseguite; grasso ed altri inquinanti Alcune differenze emergono solo dopo il trattamento delle superfici e diventano problemi durante la verniciatura. Il manufatto d'acciaio appena zincato ha una superficie perfettamente pulita. In quelle condizioni, la vernice non creerebbe problemi di adesione ma essa rapidamente inizia a reagire con l'aria, ricoprendosi di uno strato incoerente di ossidi di spessore microscopico. Se la vernice è applicata direttamente su questi ossidi, non aderisce. È consigliabile prevedere un trattamento di pulizia superficiale nell’immediatezza dell’applicazione della vernice, come ad esempio una blanda sabbiatura (vedi sez.6).
Alcuni passivanti adatti alla successiva verniciatura, lo stoccaggio in ambiente asciutto e una opportuna ventilazione della superficie zincata, assieme ad un veloce passaggio alle fasi di verniciatura, sono rimedi efficaci per prevenire l’ossidazione della superficie zincata in attesa della verniciatura. NOTA Nel caso di formazione di ruggine bianca sulla superficie, anche nel caso in cui essa sia molto evidente, lo spessore dello zinco sottostante è, in genere, ancora a norma. Una volta rimossa (ad esempio, tramite sabbiatura o altra rimozione meccanica) non dà nessun effetto sulla verniciatura. NOTA Se la superficie zincata resta esposta all’atmosfera per un tempo sufficiente (nell’ordine dei 3-4 mesi ed oltre), gli ossidi incoerenti si trasformano in carbonati: è la cosiddetta passivazione naturale. In questo caso, è possibile effettuare la verniciatura anche a manufatto istallato. Prima di procedere, è opportuno rimuovere preventivamente gli inquinanti con sgrassaggio e spazzolatura o altro sistema meccanico (vedi sez. 6).
Figura La ruggine bianca va rimossa prima della verniciatura
In fase di progettazione
Anche se tutti gli acciai, con rarissime eccezioni, possono essere zincati con risultati soddisfacenti, preferire quelli di composizione rientranti nelle categorie A e B della tabella 1 – norma UNI ENI ISO 14713 parte 2.
Figura - Evitare l’ assemblaggio di acciai di composizione diversa
In officina Controllare e verificare che la superficie del materiale da verniciare sia priva di disuniformità dovute ai processi produttivi (Es.: tubi saldati, laminati, travi, profilati a freddo,...).
Figura -- Stato della superficie per la verniciatura
NOTA Nel caso di protezione tramite elettroforesi, la superficie deve essere esente da corrosione. Per ulteriori informazioni, è bene che il clienti contatti il verniciatore. NOTA Montare i tubi saldati assicurandosi che la saldatura non sia visibile.
Le vernici liquide Le vernici adatte alla zincatura sono di facile reperibilitĂ . Le vernici acriliche ed il policloruro di vinile (PVC) sono normalmente mono-componenti. Le vernici poliuretaniche ed epossidiche sono normalmente bi-componenti. Ăˆ possibile avere delle vernici acriliche ed epossidiche all'acqua per uso sia come primer che come rivestimento di finitura. La norma ISO 12944 raccomanda che si utilizzi una vernice alifatica poliuretanica per il rivestimento di finitura quando sono importanti la lucentezza e la conservazione del colore.
NOTA Le vernici sono materiali ad alta tecnologia in costante sviluppo. I produttori di vernice si sono adeguati ai regolamenti europei sull'inquinamento dell'aria, cambiando le formule delle loro vernici. Occorre scegliere con il fornitore una vernice raccomandata per la zincatura che possa assolvere alla funzione richiesta dal cliente. NOTA Il numero di mani e lo spessore del rivestimento dipendono dalla vita utile preventivata e dall’aggressività dell’ambiente corrosivo. Possono esserci, soprattutto per i primer, prescrizioni tecniche particolari riguardo applicazione e spessore. Leggere sempre attentamente le schede tecniche del fornitore della vernice.
Le vernici a polveri
Figura – difetti di finitura del supporto
Regole di base I tipi di vernici in polvere comunemente usate sono:  
le polveri miste (epossidiche/poliestere) utilizzate per l'applicazione interna, le polveri poliestere, resistente agli UV, utilizzate principalmente per l'applicazione esterna.
NOTA Sono disponibili diversi altri tipi di vernice (
poliuretaniche, o acriliche) con proprietĂ specifiche (antigraffiti, alta lucentezza,...).
Ci sono rischi associati alla scelta di finitura:
sfarinatura delle pitture miste (epossidiche/poliestere) in genere a seguito di esposizione ai raggi UV differenza di colori o di aspetto (opaco/lucido, ruvido/liscio,...) tra le due parti assemblate, dipinte in lotti diversi.
LE PITTURE EPOSSIDICHE NON DEVONO ESSERE ESPOSTE A RAGGI UV (OVVERO ALLA LUCE DIRETTA DEL SOLE)
Effettuare la scelta del tipo di verniciatura prescelta in base a:
montaggio della struttura: è preferibile fornire una singola partita di vernice per le parti da assemblare, al fine di evitare differenze di aspetto; ambiente di esposizione della pittura. L'uso di polveri miste non è consigliato per uso esterno; colore, brillantezza ed effetti superficiali desiderati (per la zincatura sono disponibili le più ampie scelte).
Come preparare la zincatura per la verniciatura I trattamenti superficiali coinvolgere diverse fasi:
post-zincatura
possono
decapaggio chimico o sabbiatura opzionalmente, conversione e/o passivazione prevalentemente per la verniciatura a polveri, in alcuni casi, si può avere una fase detta di degasaggio per evitare la formazione di “crateri”.
Figura – la formazione di crateri può dipendere da vari fattori: umidità o aria nella polvere, rugosità superficiale del substrato, temperature di polimerizzazione troppo alte, rilascio di acqua di cristallizzazione in substrati non completamente liberati da fasi disomogenee superficiali
NOTA Il cosiddetto degasaggio, in realtà, è un preriscaldamento della superficie dello zinco a temperature intorno a 150°C. Nonostante non sia ancora chiarito il meccanismo, ciò sembra giovare nel prevenire difetti puntuali nella verniciatura. L’esperienza dimostra che per evitare la formazione di crateri (pinhole) è utile non prescrivere l’utilizzo di polveri che polimerizzano ad alte temperature (t≈180190°C).
Le norme ISO 12944 e EN 15773 raccomandano procedure per preparare le superfici zincate. La preparazione comprendere: -
della
superficie
zincata
può
pre-trattamento chimico eseguito secondo le specifiche del produttore ; pre-trattamento meccanico, che deve rimuovere ogni impurità significativa e ogni traccia di ossidi.
Se si usa la sabbiatura: -
conferisce rugosità alla superficie e promuove aderenza; la superficie sabbiata deve mostrare un aspetto totale opaco
Per non danneggiare la zincatura, la sabbiatura deve essere effettuata mediante uso di: -
graniglia fine non-metallica o inossidabile (non di ferro); pressione dell'aria fino a 3 atm (35 psi o 0,3MPa); ugello a minimo 60-70 cm dalla superficie; tempo di sabbiatura di circa 30 secondi per ogni punto; angolo tra ugello e superficie di 50°-70°.
È molto importante rimuovere solo la superficie del rivestimento di zincatura per esporre una superficie opaca non-butterata per l'applicazione delle vernici.
È MOLTO FACILE ECCEDERE NELLA SABBIATURA DEGLI ANGOLI DEI PROFILATI CAVI RETTANGOLARI RIMUOVENDO LO ZINCO E, VICEVERSA, MANCARE LE PARTI DIFFICILI DE RAGGIUNGERE DEI MANUFATTI PIÙ COMPLESSI. VA POSTA PARTICOLARE ATTENZIONE NEL CASO IN CUI LA ZINCATURA SIA PARTICOLARMENTE SPESSA PER NON DANNEGGIARE MECCNICAMENTE LO STRATO.
Alternativamente, possono essere adoperati spazzole o dischi abrasivi, con strumenti elettrici o manuali, purché manovrati in maniera delicata. Possono essere impiegati anche getti di aria ad alta pressione o vapore.
NOTA Per la rimozione di impurità da manufatti zincati posti da tempo (mesi) in opera, si può prevedere l’impiego di sostanze sgrassanti o detergenti in acqua calda e l’utilizzo, con cautela, di dischi abrasivi polimerici (flessibili) a basse velocità o di spazzole metalliche. Il trattamento deve essere blando per non rimuovere la patina di passivazione naturale.
Le lavorazioni sui manufatti Da evitare
Figura – difetto dovuto a scarsa preparazione dei tagli prima della zincatura
Regole di base 
Il taglio: crea spigoli vivi Queste aree possono ricoprirsi rapidamente di uno strato di ossidi incoerente che, se non rimosso, crea problemi
La foratura: nel processo di zincatura di parti cave, se i fori di drenaggio sono insufficienti, otturati o piccoli, si possono avere accumuli, colature o gocce di zinco e deformazioni per la pressione del vapore delle soluzioni trattenute a contatto con lo zinco fuso. Gli eventuali residui di acido colano dai fori e macchiare la zincatura o la verniciatura (vedi sez 8).
Ribave : le ribave da taglio o foratura creano sporgenze evidenti dopo la verniciatura. Nel caso della zincatura, sono causa di ritenzione di zinco. In officina
Per evitare il distacco della vernice, gli spigoli vivi devono essere eliminati
Figura – protezione dei bordi e degli spigoli dei pezzi
IN CASO DI TAGLIO LASER É MEGLIO EVITARE LA VERNICIATURA A POLVERE
La foratura: le parti da zincare realizzare in maniera appropriata i fori di sfiato. Assicurarsi che sia rispettato il diametro minimo di foratura. NOTA Per ulteriori informazioni su diametri di foratura, fare riferimento al “Manuale di buone pratiche per la zincatura a caldo” edito da AIZ.
Ribave: eliminare con limatura o smerigliatura le ribave per ottenere un aspetto uniforme della struttura. ATTENZIONE ALLE MOLATURE O RETTIFICHE ECCESSIVE CHE POTREBBERO GENERARE DIFFERENZE DI ASPETTO SULLA SUPERFICIE (VEDI SCHEDA 10).
Attenzione ad evitare temperature eccessive di cottura nei forni di polimerizzazione Da evitare
Figura -- Spellatura dello strato di zinco dovuta a temperatura di cottura troppo elevata >200°C
L’assemblaggio L’assemblaggio di materiali differenti. in generale, l’unione di materiali di diversa composizione sono all'origine di differenze di aspetto dopo la verniciatura. Evitare le superfici eterogenee prima di applicare un rivestimento. RENDERE UNIFORME LA PROTEZIONE CONTRO LA CORROSIONE SU ASSEMBLAGGI ETEROGENEI, COMPORTA COSTI AGGIUNTIVI.
Sovra spessore del rivestimento: Eventuali difetti superficiali (puntinature, rugosità, cordoni di saldatura mal eseguiti) sono evidenziati dalla zincatura e dalla successiva verniciatura. La steel preparation è fondamentale per il risultato estetico del sistema duplex.
Elementi riportati: Guarnizioni e isolamenti (ad esempio, lana di roccia) e alcuni elementi quali per esempio: cerniere, perni, serrature… possono non resistente ai trattamenti di superficiali (sabbiatura, trattamento chimico, cura eventuale in forno,...).
In fase di progettazione dovrebbe essere preso in considerazione lo spessore del rivestimento negli assemblaggi. In officina Evitare le combinazioni di materiali di diversa composizione, come l’unione "di acciaio grezzo/acciaio zincato" o "acciaio grezzo/acciaio inossidabile. Preferire Prevedere il montaggio di elementi riportati (cerniere, isolanti…) dopo la verniciatura, quando possibile.
ASSICURARSI DI AVER TOLTO TUTTO CIÒ DI NON APPROPRIATO COME IMBALLAGGI DI PLASTICA, ETICHETTE E PULIRE I RESIDUI DI COLLA CON UN SOLVENTE.
Le saldature Difetti
Figura – difetti di saldatura
Regole di base
Le saldature discontinue e non sigillate sono all’origine di difetti: Lo sviluppo di gas durante la zincatura impedisce il contatto dello zinco con acciaio; Le soffiature delle saldature mal eseguite spesso causano ritenzione di acido che crea colature di ruggine sul prodotto finito; Risultato in genere antiestetico. Le saldature eseguite dope la zincatura causano la distruzione locale della protezione e rischi di deformazioni.
Regole di base Le saldature non levigate generalmente generano differenze di spessore del rivestimento superficiale.
NOTA Una saldatura piana é difficilmente realizzabile su uno smusso mal realizzato. Inoltre, il cordone di saldatura, in fase di zincature risulta più reattivo, dando origine, localmente, a spessori di zincatura più alti. In officina
Realizzare saldature continue e preparare adeguatamente gli smussi in modo tale da poter ottenere saldature più lisce ed uniformi possibile
NON MOLARE LE SALDATURE DI COMPONENTI STRUTTURALI SE NON CON AVVISO DIRETTO DI COSTRUTTORE E PROGETTISTA
Dopo la zincatura a caldo: Se si salda acciaio zincato occorre ripristinare la protezione delle bruciature con un metodo compatibile. Preferire la metallizzazione a spruzzo o l’uso di vernici ricche di zinco. SAREBBE MEGLIO EVITARE LA SALDATURA SU PEZZI VERNICIATI A POLVERE
Esempi realizzativi
Copertura Campo Pratica – Golf Club Franciacorta (BS)
Esempi realizzativi
Centro Commerciale-Direzionale Brise-Soleil (Brescia)
Esempi realizzativi
Novotel - Montecarlo