Zincatura a caldo: cos’è
La zincatura a caldo è un processo di protezione anticorrosiva dell’acciaio che avviene mediante immersione del materiale in un bagno di zinco fuso a una temperatura di circa 450°C.
Tra i vantaggi di questo trattamento la durabilità e l’integrità che garantisce alle strutture in acciaio, creando un rivestimento resistente alla corrosione galvanica.
Particolarmente efficace anche in condizioni ambientali avverse, la zincatura a caldo può preservare il prodotto per decenni, facilitando eventuali interventi di ripristino della protezione, poiché lo zinco diffuso nelle leghe interne mantiene una solida capacità protettiva residua, offrendo una base ottimale per la verniciatura.
La zincatura a caldo non solo protegge le strutture in acciaio dalle intemperie e dalla corrosione, ma offre anche una base solida per interventi di manutenzione futuri, assicurando la continuità delle prestazioni nel tempo.
Lo strato protettivo formatosi in seguito a zincatura offre due tipi di difesa complementari:
- Effetto isolante
- Protezione catodica
Innanzitutto, l’effetto barriera isolante derivante dal rivestimento di leghe di zinco e ferro protegge la superficie dell’acciaio dall’azione dell’ossigeno e delle sostanze ossidanti. In secondo luogo, si instaura un fenomeno di protezione catodica, in cui il rivestimento di zinco funge da anodo sacrificale, proteggendo l’acciaio sottostante dalla corrosione elettrolitica.
La zincatura a caldo è un processo tipicamente eseguito a lotti, adatto al trattamento di gruppi di manufatti in produzione discontinua e per questo definito processo batch.
Spesso, questo trattamento superficiale viene affidato a terzi e viene eseguito principalmente su manufatti di ferro e acciaio già pre-assemblati, rappresentando spesso l’ultima fase della produzione.
Zincatura a caldo e a freddo
Esistono due tipi di zincatura:
- zincatura a caldo
- zincatura a freddo
Come abbiamo approfondito, la zincatura a caldo coinvolge l’immersione del metallo in fusione di zinco ad alta temperatura, solitamente intorno ai 450°C.
Questo strato fornisce una protezione eccellente contro la corrosione e ha una maggiore resistenza all’abrasione rispetto alla zincatura a freddo. Tuttavia, il processo a caldo può deformare leggermente il metallo e richiede attrezzature speciali e un controllo preciso della temperatura.
- Resistenza e durata
La zincatura a freddo, d’altra parte, coinvolge l’applicazione di uno strato di zinco attraverso un processo di immersione o spruzzatura a temperatura ambiente. Lo strato di zinco ottenuto è meno uniforme e meno resistente rispetto alla zincatura a caldo, ma offre comunque una protezione efficace contro la corrosione per molti tipi di applicazioni. Inoltre, la zincatura a freddo è meno costosa e richiede meno attrezzature speciali rispetto alla zincatura a caldo, rendendola una scelta più conveniente per alcune applicazioni.
- Convenienza
Il processo di zincatura a caldo: come avviene
Il processo di zincatura a caldo comprende diverse fasi, ognuna delle quali è fondamentale per garantire un rivestimento di zinco uniforme e resistente. Ecco una panoramica delle fasi principali del processo di zincatura a caldo:
- Pretrattamento chimico
- Sgrassaggio: Rimozione degli oli, dei grassi e di altre sostanze superficiali attraverso l’immersione degli articoli in soluzioni acquose di tensioattivi.
- Decapaggio: Rimozione della ruggine, delle incrostazioni e di altre impurità mediante l’immersione degli articoli in soluzioni acquose di acido cloridrico.
- Lavaggio: Eliminazione dei residui della soluzione di decapaggio attraverso l’immersione degli articoli in acqua.
- Flussaggio: Applicazione di una soluzione acquosa arricchita con sali di cloruro di zinco e cloruro d’ammonio. Facilita la formazione di uno strato uniforme di zinco sulle superfici metalliche durante il trattamento.
- Essiccazione e forno di preriscaldo
La fase di essiccazione avviene in un forno dedicato, spesso situato vicino al forno di zincatura.
Questo forno recupera parte del calore dai fumi di combustione, ma talvolta sono necessari bruciatori supplementari.
L’essiccazione riduce gli spruzzi e le eiezioni di metallo durante l’immersione nel bagno di zinco con un duplice beneficio: il manufatto viene preriscaldato e migliorano le condizioni per la formazione dello strato di zinco, riducendo i tempi di permanenza nel bagno.
Successivamente, i pezzi flussati vengono posizionati in una camera ventilata e preriscaldati prima della zincatura. Questa fase di preriscaldamento ottimizza ulteriormente la reazione chimica durante il processo di zincatura.
- Zincatura a caldo
Immersione degli articoli in una vasca contenente zinco fuso (puro almeno al 98,5 %) ad una temperatura di circa 450°C per formare uno strato di lega intermetallico ferro-zinco sulla superficie dell’acciaio.
Le vasche di zincatura sono fatte di acciaio a basso tenore di carbonio, fatte di una lega particolare per essere poco reattive con lo zinco.
- Stacco e finitura
Rimozione fisica dei manufatti dall’attrezzatura e pulizia del materiale da eventuali residui di flusso bruciato.
Spianamento di eventuali eccessi di zinco e ripristino di eventuali zone non zincate.
Controlli finali degli spessori di zincatura in accordo al piano di campionamento previsto dalla normativa di riferimento.
- Raffreddamento
Il materiale viene raffreddato rapidamente in aria o acqua per evitare che la lega di zinco si sgretoli.
- Controllo e carico dei manufatti
Verifica dello stato dei pezzi per assicurarsi che siano stati eseguiti i fori di sfiato e di drenaggio dello zinco ed eliminati eventuali residui bituminosi di vernice e scorie di saldatura non eliminabili nella fase di sgrassaggio.
I vantaggi della zincatura a caldo
I principali vantaggi dell’impiego di zincatura a caldo sono:
Efficacia Anticorrosiva. Uno dei principali vantaggi della zincatura a caldo è la sua efficacia nell’offrire protezione contro la corrosione. Questo processo rappresenta il metodo più efficace per proteggere l’acciaio dalla ruggine e dalla corrosione causate dagli agenti atmosferici. Il rivestimento di lega di ferro e zinco crea una barriera protettiva che preserva l’integrità strutturale del manufatto per decenni.
Durabilità. La zincatura a caldo è nota per la sua capacità di prolungare la vita utile dei manufatti in acciaio. I benefici della zincatura persistono per un lungo periodo di tempo, spesso superando la vita utile prevista del manufatto stesso. Ciò significa che i costi e il disagio associati alla sostituzione o alla riparazione anticipata sono significativamente ridotti.
Versatilità. Questo metodo può essere applicato a una vasta gamma di strutture metalliche, che vanno dalle piccole superfici agli elementi di arredo urbano, dalle tubazioni alle strutture più complesse come serre, recinzioni e grigliati. La sua versatilità lo rende adatto a una varietà di applicazioni, garantendo protezione contro la corrosione e prolungando la durata dei manufatti in acciaio in diversi contesti.
Sicurezza. La zincatura a caldo non solo protegge i manufatti dalla corrosione, ma contribuisce anche a mantenere la sicurezza generale delle opere. Le strutture zincate sono meno soggette a danni strutturali causati dalla corrosione, il che significa che mantengono la loro integrità e sicurezza per un periodo prolungato.
Sostenibilità Ambientale. Oltre ai vantaggi tecnici, la zincatura a caldo offre anche benefici ambientali significativi. Questo metodo è considerato ecologico poiché non produce emissioni nocive durante il processo di zincatura. Inoltre, il riciclo dei depositi di produzione e l’impiego di leghe senza piombo contribuiscono a ridurre l’impatto ambientale complessivo del processo.
Zincatura a caldo: ha dei difetti?
La zincatura a caldo è un processo altamente affidabile per proteggere i manufatti dall’ossidazione e dalla corrosione, ma come ogni processo industriale, può essere soggetto a difetti che compromettono la qualità del rivestimento di zinco.
Di seguito sono elencati alcuni dei potenziali difetti della zincatura a caldo:
- Inclusione di impurità
- Formazione di bolle e porosità
- Difetti di adesione
- Ossidazione post-zincatura
Affrontare e prevenire questi difetti richiede una rigorosa gestione del processo, compresa la corretta preparazione della superficie, il controllo delle temperature e dei tempi di immersione, nonché la manutenzione regolare delle attrezzature e dei bagni di zinco.
Materiali e acciai più idonei a zincatura
Per ottenere risultati ottimali in termini di qualità e resistenza del rivestimento, è essenziale utilizzare materiali e acciai specificamente progettati per la zincatura.
Uno degli aspetti cruciali da considerare è la tipologia dell’acciaio utilizzato. Durante la fase di progettazione, è importante prevedere l’impiego di acciai appositamente formulati per la zincatura a caldo, i quali sono classificati in base alla loro concentrazione di silicio (Si) e fosforo (P).
Ad esempio, la presenza di una concentrazione elevata di silicio nell’acciaio (Si > 0,25%) può causare la formazione di rivestimenti di zinco molto spessi, che possono risultare in un aspetto non uniforme, con macchie chiare e scure.
Per evitare questo problema e ottenere una zincatura dall’aspetto brillante e uniforme, è consigliabile utilizzare acciai appartenenti alla Classe 1, caratterizzati da una bassa concentrazione di silicio (Si <= 0,03%) e fosforo (P <= 0,025%), con una somma di silicio e fosforo inferiore o uguale a 0,09%.
In generale, la zincatura a caldo può essere applicata a una vasta gamma di materiali e acciai, compresi pilastri, capriate, tubazioni, serre, recinzioni, grigliati, tralicci, infissi, paletti, arredo urbano, impianti di risalita, tondino per calcestruzzo armato, gru, ponteggi, serbatoi, bulloni e molto altro ancora. Tuttavia, è essenziale selezionare con cura i materiali in base alle loro caratteristiche chimiche e strutturali per garantire una zincatura efficace e duratura.
Zincatura a caldo: campi d’applicazione
L’efficacia di questo processo nell’offrire una protezione anticorrosiva duratura lo rende una scelta preferita per una vasta gamma di applicazioni.
I principali settori d’impiego sono:
Costruzione. La zincatura a caldo è ampiamente utilizzata nel settore della costruzione per proteggere strutture metalliche quali ponti, edifici, recinzioni e strutture di supporto. Queste strutture sono esposte agli agenti atmosferici e alla corrosione, ma la zincatura a caldo fornisce una barriera protettiva che preserva l’integrità strutturale nel tempo. Questo settore beneficia dei vantaggi della durabilità e della resistenza alla corrosione offerti dalla zincatura a caldo, garantendo la longevità delle opere costruite.
Ingegneria Civile. Nel settore dell’ingegneria civile, la zincatura a caldo è essenziale per proteggere infrastrutture metalliche come tubazioni, pali, supporti e altre strutture utilizzate in ponti, strade, ferrovie e altre opere infrastrutturali. L’applicazione della zincatura a caldo su questi componenti assicura la loro resistenza alla corrosione e prolunga la loro vita utile, riducendo al contempo la necessità di manutenzione e sostituzione precoce.
Industria. Nei settori industriali, la zincatura a caldo è ampiamente impiegata per proteggere macchinari, attrezzature metalliche e componenti strutturali utilizzati in varie industrie. Questo include settori quali l’automotive, l’aerospaziale, l’energia, l’oil & gas e molti altri. La zincatura a caldo garantisce che questi componenti mantengano la loro integrità strutturale e prestazioni nel tempo, anche in ambienti gravosi e aggressivi.
Agricoltura. Nel settore agricolo, la zincatura a caldo è utilizzata per proteggere attrezzature agricole come trattori, macchine per la lavorazione del terreno, serre e strutture di supporto per l’allevamento. Queste attrezzature sono esposte a condizioni ambientali difficili e umide.
FAQs: Le domande più frequenti sulla zincatura
Perché proprio lo zinco?
La scelta dello zinco come materiale per la zincatura a caldo è guidata dalle sue proprietà uniche che lo rendono particolarmente adatto a proteggere l’acciaio dalla corrosione elettrolitica.
Lo zinco è naturalmente meno nobile dell’acciaio e quindi elettronegativo. Questo significa che, in caso di danni al rivestimento protettivo di zinco, come rotture o porosità, il materiale agisce come un anodo sacrificale nella corrosione elettrolitica. In altre parole, lo zinco si corrode preferenzialmente rispetto all’acciaio sottostante, proteggendo efficacemente la superficie metallica da danni più gravi.
La scoperta della tecnica di zincatura risale a diversi secoli fa. Sebbene non sia possibile attribuire la sua scoperta a una singola persona o momento, si ritiene che le prime forme di zincatura siano state praticate nell’antica Cina. Nel corso dei secoli, la tecnica si è evoluta e perfezionata, diventando un processo industriale ampiamente utilizzato per proteggere una vasta gamma di manufatti metallici.
L’ampia disponibilità dello zinco, la sua capacità di formare facilmente leghe protettive con l’acciaio e le sue proprietà anticorrosive lo rendono un materiale ideale per la zincatura a caldo. Grazie alla sua efficacia e alla sua affidabilità nel proteggere le strutture metalliche, lo zinco rimane una scelta popolare per il trattamento superficiale dell’acciaio in molteplici settori industriali e civili.
Zincatura e verniciatura
La zincatura a caldo spesso presenta una caratteristica estetica di uniformità non sempre apprezzata. In molti casi, la verniciatura diventa quindi necessaria non solo per ragioni estetiche, ma anche per migliorare ulteriormente la resistenza del metallo alla corrosione.
E’ bene infatti sapere che la zincatura a caldo offre una protezione duratura grazie alla formazione di una lega ferro-zinco tenacemente aggrappata all’acciaio, resistente anche all’azione meccanica e agli agenti corrosivi.
Al contrario, le vernici rivestono il materiale di una pellicola coprente. Questa, con l’invecchiamento, diventa permeabile all’acqua e agli agenti aggressivi, compromettendo la protezione a lungo termine.
L’uso combinato di zincatura a caldo e verniciatura offre vantaggi significativi che vanno oltre l’aspetto estetico.
La verniciatura applicata dopo la zincatura può incrementare la durata del materiale e prolungare la sua vita utile. Sebbene la zincatura fornisca una protezione robusta, nel corso del tempo potrebbero verificarsi danni o usura che richiedono interventi di ripristino della protezione.
In tali casi, la presenza dello zinco diffuso nelle leghe interne conserva un’ottima capacità protettiva residua, fornendo una base ideale per l’applicazione di vernici protettive.
Inoltre, la verniciatura consente una maggiore flessibilità in termini di design e colore. Questo permette di personalizzare le superfici metalliche secondo le preferenze estetiche o le esigenze di integrazione architettonica. La combinazione di zincatura a caldo e verniciatura consente quindi di ottenere non solo una protezione duratura, ma anche un’estetica piacevole e versatile.
Una curiosità: si stima che se i ferri della francese Tour Eiffel fossero stati trattati mediante zincatura a caldo, gli interventi di manutenzione delle sue strutture sarebbero oggi costati quasi 3 volte in meno.
Durabilità della zincatura a caldo
La durabilità della zincatura a caldo dipende dallo scenario d’uso dei manufatti, con una variazione significativa tra ambienti aggressivi come quelli marini e quelli meno aggressivi come quelli rurali. Lo strato di zinco si trasforma progressivamente in composti ossidati, mantenendo la protezione anche quando ridotto a uno spessore sottilissimo. La durata può estendersi da un minimo di 40 anni fino a oltre un secolo. Ci sono esempi reali che confermano la persistenza della protezione anche dopo decenni di esposizione agli agenti atmosferici.
Per capire quanto tempo impiega lo strato di zinco a consumarsi bisogna conoscerne lo spessore e la velocità di corrosione.
Spessore della zincatura a caldo e durabilità
Lo spessore del rivestimento di zincatura a caldo, solitamente compreso tra 85 e 150 micron per acciai strutturali superiori a 5-6 millimetri, è direttamente correlato alla durabilità del materiale trattato. In condizioni d’uso comuni, questo strato resistente può durare decenni, offrendo una protezione efficace contro la corrosione. La velocità media di corrosione varia da 0,1 a 2 micron all’anno in scenari d’uso tipici, influenzando il tempo utile del rivestimento e la sua capacità protettiva nel tempo. Studi condotti dall’Università italiana di Ancora su tralicci elettrici hanno dimostrato che anche dopo oltre 30 anni, lo spessore residuale dello zinco rimane significativo, superando spesso i requisiti delle norme per una nuova zincatura.
