La durata di servizio dei rivestimenti epossidici, secondo gli standard citati, è stimata essere di circa 15 anni, periodo durante il quale non si prevede la necessità di riparazioni. Per questo motivo, tali rivestimenti sono diventati uno dei più adatti per l'uso in strutture costiere e offshore. Un’analisi più approfondita dei rivestimenti epossidici a tre strati, secondo lo standard NORSOK M-501, rivela che la durata di servizio di questi rivestimenti può superare i 15 anni, con le eventuali riparazioni che non dipendono da difetti intrinseci del rivestimento, ma piuttosto da una manutenzione non adeguata della struttura e del rivestimento stesso.

La qualità finale della vernice prodotta dipende dalla cura con cui le aziende formulano e realizzano i rivestimenti, ma anche gli errori durante l’applicazione possono compromettere l’efficacia del trattamento, portando a difetti nel rivestimento dopo un periodo di utilizzo. Questi errori di applicazione possono verificarsi a causa di imperfezioni nel processo, ma anche l’ambiente corrosivo in cui viene applicato il rivestimento può influire negativamente sulle proprietà del materiale, riducendo la sua durata di servizio. Proprio per questo motivo è stato definito lo standard ISO 12944-5, che regola la resistenza alla corrosione e la protezione delle superfici metalliche.

Studi condotti da Knudsen et al. sui difetti nei rivestimenti hanno evidenziato punti critici come gli angoli e i punti saldati delle strutture, che sono particolarmente vulnerabili a fenomeni di corrosione. Per risolvere questo problema, è stato introdotto un rivestimento sostitutivo, il TSZ, che offre una maggiore flessibilità rispetto ai tradizionali rivestimenti epossidici a tre strati. Questa maggiore flessibilità ha permesso di migliorare le prestazioni in ambienti difficili, riducendo i danni strutturali.

Un altro sviluppo importante nel campo dei rivestimenti polimerici è l’introduzione dei rivestimenti auto-riparanti. Questi rivestimenti, dotati di proprietà auto-riparative, sono in grado di autoripararsi in caso di danni alla superficie, come graffi o impatti, creando una superficie continua e priva di difetti. Il principale vantaggio di questa tecnologia è l’aumento della durata utile del rivestimento, riducendo al contempo i costi di riparazione e prolungando la vita utile delle strutture metalliche, in particolare quelle esposte a danni fisici. I materiali auto-riparanti vengono progettati per rispondere alla necessità di affrontare danni potenziali alla struttura, mediante diversi meccanismi, tra cui l’aggiunta di catene polimeriche auto-riparanti e materiali a nucleo e guscio contenenti agenti riparatori.

I fili elettrospinning a base di disolfuro aromatico, che utilizzano il meccanismo di fusione interchain, rappresentano un esempio di materiali auto-riparanti efficaci. Questi fili accumulano e si auto-riparano quando vengono riscaldati al di sopra della loro temperatura di transizione vetrosa (Tg). Se si verificano danni alla superficie, i fili si auto-riparano automaticamente grazie a questo meccanismo. Questo tipo di rivestimento si rivela particolarmente utile per la protezione di superfici esposte a danni microscopici, come micro-crepe invisibili a occhio nudo, che possono causare corrosione e danneggiare la struttura metallica sottostante.

Un altro approccio innovativo per migliorare la protezione è l'uso di microcapsule, che contengono agenti riparatori al loro interno. Quando si verifica un danno sulla superficie del rivestimento, la capsula si rompe, rilasciando l'agente riparatore contenuto al suo interno, riparando così il difetto. Gli agenti riparatori utilizzati in queste microcapsule includono resine epossidiche, che consentono di riparare efficacemente i danni sulla superficie del rivestimento. Un altro approccio prevede l’uso di capsule separate contenenti sia l’agente riparatore che il catalizzatore necessari per la formazione della rete polimerica. Quando una crepa si forma, entrambe le capsule vengono rilasciate nella zona danneggiata, permettendo la riparazione del danno.

È importante sottolineare che la capacità di auto-riparazione di questi rivestimenti è limitata. Non possono riparare difetti su superfici di grandi dimensioni, ma sono in grado di riparare danni localizzati, ripristinando l’integrità del rivestimento senza compromettere la protezione contro la corrosione. I rivestimenti auto-riparanti offrono un’importante soluzione per migliorare la durabilità dei materiali in ambienti difficili, come quelli marini e offshore, dove l’esposizione a condizioni corrosive è costante.

La selezione dell’alleato giusto per le strutture costiere e offshore è cruciale, poiché questi ambienti presentano un alto potenziale di corrosione per i metalli. Nonostante la presenza di molteplici strutture nel mondo, l’utilizzo di leghe costose in questo settore non è sempre giustificato dal punto di vista economico. Pertanto, è fondamentale scegliere leghe che abbiano un costo ragionevole e un’adeguata resistenza agli ambienti corrosivi. Negli ultimi 50 anni, numerose aziende hanno cercato di sviluppare leghe adatte a queste strutture. Un esempio significativo è l’azienda NAM, che ha prodotto leghe resistenti alla corrosione aggiungendo cromo nell’acciaio, creando leghe come l’acciaio inox martensitico e la lega 3RE60, che contengono rispettivamente il 13% e il 18% di cromo nella loro composizione. L’aggiunta di cromo ha permesso lo sviluppo di leghe con capacità di resistenza alla corrosione superiori. Altre leghe, come quelle a base di nichel, sono state sviluppate per applicazioni in pipeline, come l'904L o le leghe 625 e 825, grazie alla loro elevata resistenza alla corrosione e alla forza meccanica.

Inoltre, l’utilizzo di leghe meno resistenti alla corrosione può essere migliorato mediante rivestimenti di acciai con maggiore resistenza, come il 316L, e la produzione di tubi a doppio strato, che conferiscono una protezione aggiuntiva contro gli agenti corrosivi. È quindi fondamentale, nella selezione delle leghe per strutture costiere, prendere in considerazione vari fattori come il tipo di ambiente, la temperatura, la pressione, il flusso e la composizione chimica, nonché le attività microbiologiche che potrebbero accelerare la corrosione.

Come la Corrosione Influenza l'Industria Off-shore e Marina: Un'Analisi Approfondita

La corrosione è uno dei principali fattori che influisce sulla durata e sull'affidabilità delle strutture metalliche utilizzate nell'industria marina e offshore. Le condizioni ambientali estreme, come la presenza di salinità e l'esposizione a flussi di acqua marina aggressivi, accelerano il deterioramento dei materiali metallici, influenzando in modo significativo la loro capacità di resistere nel tempo. La complessità della corrosione marina è accentuata dai vari meccanismi che ne determinano la formazione e l'evoluzione, come la corrosione galvanica, la corrosione da crepe, la fatica da corrosione e la corrosione assistita dallo stress.

Un aspetto centrale nella corrosione dei materiali è l'interazione tra il tipo di metallo, la sua microstruttura e le sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto. In questo contesto, i giunti saldati rappresentano uno dei punti più vulnerabili, poiché le sollecitazioni residue, che derivano dal processo di saldatura, possono modificare significativamente la resistenza alla corrosione del materiale. Studi recenti hanno mostrato che l'orientamento cristallografico dei giunti saldati e la distribuzione delle tensioni residue hanno un impatto diretto sulla velocità di corrosione e sulla formazione di crepe. In particolare, la resistenza alla corrosione delle giunzioni saldate in leghe come l'AZ31B è fortemente influenzata dalla dimensione del grano e dalle tensioni interne generate durante il processo di saldatura.

Un altro fenomeno di rilevante interesse è la corrosione da cavitazione, che si verifica quando il flusso di acqua marina, o altro liquido, genera piccole bolle che implodono vicino alla superficie metallica, provocando danni localizzati. La cavitazione è particolarmente dannosa per le superfici di metallo in movimento, come quelle di pompe e turbine, ma anche per le strutture marine come le eliche e i caschi delle imbarcazioni. In queste circostanze, l'erosione e la corrosione si combinano in un ciclo distruttivo che può ridurre drasticamente la vita utile dei materiali.

La corrosione da pitting, che si manifesta con la formazione di piccole cavità sulla superficie metallica, è un altro fenomeno critico in ambienti marini. Le zone danneggiate da questi piccoli fori possono essere difficili da rilevare, ma continuano a propagarsi e ad evolversi in danni più gravi se non vengono trattate adeguatamente. Studi sull'acciaio inox AISI 316, ad esempio, hanno dimostrato che la formazione di frange arcobaleno attorno alle cavitazioni è un segno distintivo del processo di corrosione localizzata in acqua di mare.

Un ulteriore meccanismo di corrosione da non sottovalutare è la corrosione da stress, che si verifica quando un materiale è sottoposto simultaneamente a stress meccanici e a un ambiente corrosivo. Questo fenomeno è particolarmente pericoloso per le strutture in servizio da lungo tempo, come le cavi e le sospensioni dei ponti, dove le sollecitazioni esterne e l'umidità marina possono causare crepe che si propagano rapidamente, compromettendo la stabilità della struttura.

L'introduzione di nuovi materiali e tecnologie di protezione sta cercando di mitigare gli effetti della corrosione in ambito industriale. Le vernici protettive, i rivestimenti in materiali ceramici e l'uso di leghe speciali sono alcune delle soluzioni proposte. Tuttavia, la protezione contro la corrosione non può mai essere garantita al 100%, poiché la natura stessa del processo implica un'interazione continua tra il materiale, il fluido e le forze esterne.

Nel contesto della protezione dalle corrosioni, un aspetto cruciale che viene frequentemente trascurato è l'importanza di un monitoraggio costante. Le tecnologie di sensori avanzati, come quelli basati su noise elettrochimici, sono strumenti promettenti per il monitoraggio in tempo reale dello stato di corrosione delle strutture. Questi sistemi consentono di identificare i segni precoci di danno, riducendo il rischio di guasti catastrofici.

Infine, una comprensione approfondita dei meccanismi di corrosione è fondamentale per migliorare la progettazione delle strutture e la selezione dei materiali più adeguati per le condizioni ambientali specifiche. L'industria off-shore e marina, infatti, deve affrontare sfide uniche, dove la combinazione di fattori ambientali e meccanici richiede soluzioni su misura, attente alla durata dei materiali e al loro comportamento in condizioni estreme.

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