Come viene monitorata la corrosione interna negli impianti industriali?

L’industria del petrolio e del gas, storicamente caratterizzata da una marcata resistenza al cambiamento, ha inizialmente mostrato scetticismo nei confronti dei sistemi di monitoraggio della corrosione in grado di trasmettere dati tramite internet. Col tempo, tuttavia, questi sistemi sono stati progressivamente adottati sia in impianti esistenti che in quelli di nuova costruzione, nonostante alcune difficoltà iniziali dovute a metodologie inappropriate, sensori non adeguati e sonde mal progettate per ambienti ostili. La predominanza di fornitori statunitensi ha inoltre comportato ritardi nelle consegne in Europa, carenze nei pezzi di ricambio, supporto tecnico insufficiente e difficoltà nell'applicazione generale dei sistemi.

Nel Regno Unito, alcuni settori avevano già iniziato a implementare tecniche di monitoraggio della corrosione nel 1981. Tre anni dopo, uno studio di follow-up dimostrava che molte criticità iniziali erano state superate. Gli utenti che adottavano sistemi integrati, combinando diverse strategie di monitoraggio, riportavano i risultati più efficaci. Tipicamente, un pacchetto completo di monitoraggio includeva coupon di corrosione, sistemi online basati su sonde (come la resistenza elettrochimica o la polarizzazione lineare) e metodi di controllo non distruttivo, con l’ultrasonografia come tecnica più diffusa.

I coupon di corrosione sono campioni metallici appositamente progettati ed esposti ad ambienti corrosivi per un periodo determinato, con lo scopo di calcolare il tasso di corrosione. Una volta recuperati, vengono pesati e sottoposti a un’analisi dettagliata. Sebbene il principio di utilizzo sia semplice, è fondamentale rispettare le linee guida stabilite, ad esempio dalla norma ASTM G4, per evitare errori significativi. I coupon offrono un punto di riferimento essenziale nei programmi di monitoraggio, in quanto permettono confronti con tecniche più avanzate come le misurazioni elettrochimiche.

I coupon, disponibili in una varietà di materiali e forme, vengono solitamente trattati superficialmente, pesati e marcati con codici identificativi univoci. Per evitare tensioni residue dovute al taglio (solitamente eseguito con ghigliottina), si raccomanda la ricottura del metallo. I coupon possono essere utilizzati in ambienti liquidi, gas ad alta temperatura, terreni o persino in condizioni ambientali normali. Dopo l’esposizione, la rimozione accurata dei prodotti di corrosione è fondamentale per un’analisi corretta. A tal fine, l’impiego di inibitori di corrosione nelle soluzioni di pulizia aiuta a minimizzare la perdita involontaria di metallo. L’utilizzo di un coupon di riferimento “bianco”, sottoposto al solo processo di pulizia, permette di correggere eventuali errori legati alla rimozione del metallo.

Esistono anche coupon specifici per test avanzati, ad esempio per valutare la corrosione nelle saldature, la corrosione per fessura o quella sotto sforzo (come gli U-bend o i C-ring),

Quali sono i materiali e i trattamenti che migliorano la resistenza alla corrosione nell’industria aerospaziale?

L’industria aerospaziale richiede materiali con prestazioni elevate e durabilità in ambienti estremi, spesso corrosivi, che includono atmosfere marine, industriali e condizioni ad alta temperatura. In questo contesto, i trattamenti di anodizzazione rappresentano una tecnologia chiave per migliorare le proprietà elettrochimiche di leghe di titanio, una delle famiglie di materiali più utilizzate per applicazioni critiche. Gli studi condotti da Gaona-Tiburcio e colleghi hanno analizzato l’effetto dell’anodizzazione su quattro leghe di titanio differenti (Ti CP2, Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo, Ti–6Al–4V e Ti Beta-C), trattate in soluzioni di NaOH e KOH. È stato osservato che le superfici anodizzate in KOH mostrano una maggiore eterogeneità rispetto a quelle anodizzate in NaOH, con uno sviluppo non uniforme dello strato di ossido, come evidenziato da immagini SEM ad alta risoluzione. Tuttavia, la lega Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo si è distinta per aver formato uno strato ossidico più spesso e resistente alla corrosione, soprattutto con l’anodizzazione in NaOH.

Le superfici anodizzate offrono un miglioramento significativo della protezione dalla corrosione, riducendo i difetti superficiali, aumentando la durezza e ostacolando l’innesco e la propagazione della corrosione stessa. La possibilità di progettare rivestimenti nanostrutturati con proprietà funzionali specifiche — come auto-riparazione, anti-incrustazione e anti-corrosione — è particolarmente interessante per applicazioni aerospaziali dove affidabilità e performance sono imprescindibili.

Accanto ai trattamenti superficiali, la scelta di leghe resistenti alla corrosione è fondamentale. Tra queste, l’acciaio inossidabile rappresenta uno dei materiali più versatili e diffusi, grazie alla presenza di cromo e nichel che formano uno strato passivo di ossido protettivo. Le sue proprietà meccaniche, termiche e di resistenza alla fatica lo rendono adatto per componenti aerospaziali sottoposti a condizioni operative gravose, come motori, sistemi di fissaggio e strutture portanti.

Le leghe di alluminio-litio sono un’altra famiglia importante, apprezzata per il notevole risparmio di peso senza compromessi nelle prestazioni meccaniche e nella resistenza alla corrosione. Sono ampiamente impiegate in parti strutturali di velivoli, dove la riduzione di massa è cruciale per l’efficienza complessiva. Queste leghe offrono inoltre una maggiore resistenza alla fatica e tolleranza ai danni rispetto agli alluminî tradizionali, risultando così particolarmente adatte alle nuove generazioni di velivoli.

Il titanio, grazie al suo rapporto forza-peso elevato e alla straordinaria resistenza in ambienti corrosivi quali acqua salata, atmosfere acide e alte temperature, rimane una scelta privilegiata per componenti come motori, strutture dell’aeromobile e carrelli d’atterraggio. La combinazione di durabilità, integrità strutturale e resistenza alla corrosione assicura performance elevate e affidabili anche in condizioni operative estreme.

Negli ultimi anni, materiali avanzati come compositi e metalli prodotti tramite additive manufacturing stanno aprendo nuove frontiere nella protezione dalla corrosione. I compositi rinforzati con fibre di carbonio o di vetro uniscono leggerezza e alta resistenza, dimostrandosi ideali per strutture esposte a condizioni ambientali aggressive. Le tecnologie di stampa 3D, come selective laser melting ed electron beam melting, permettono inoltre di realizzare geometrie complesse e leghe su misura, ottimizzate per specifiche caratteristiche di resistenza alla corrosione.

Un esempio di innovazione è dato dallo studio di Shao e collaboratori, che ha esaminato come la temperatura di ricottura influisca sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di una lega di titanio (Ti552). Le trasformazioni microstrutturali influenzano direttamente la resistenza alla corrosione e la performance meccanica del materiale, sottolineando l’importanza di un controllo preciso dei processi termici per ottimizzare i componenti aerospaziali.

Comprendere l’interazione tra composizione chimica, trattamenti superficiali, e condizioni operative è cruciale per progettare materiali capaci di garantire sicurezza, durata e efficienza in aerospazio. L’approccio integrato tra sviluppo di nuove leghe, tecniche avanzate di lavorazione e metodi innovativi di rivestimento rappresenta la strada da percorrere per affrontare le sfide della corrosione in questo settore così esigente.

È essenziale che il lettore tenga conto del fatto che la resistenza alla corrosione non è un attributo isolato, ma il risultato di un complesso equilibrio tra fattori chimici, fisici e meccanici. La selezione di materiali e trattamenti deve essere sempre effettuata considerando l’interazione con l’ambiente specifico di utilizzo, la natura dei carichi meccanici e termici, e i requisiti di manutenzione e ciclo di vita del componente. Solo un’analisi multidisciplinare e approfondita permette di massimizzare le prestazioni e la sicurezza delle applicazioni aerospaziali.