Corrosione in acqua addolcita di coppia elettrochimica ottone-alluminio?

In una apparecchiatura vi sono due circuiti di acqua.

Qesti circuiti sono formati da parti in alluminio (lega 6060) con raccorderia in ottone nichelato o cromato

un circuito ha acqua di acquedotto, durezza 30°F a temperatura fra 30 e 90°C,

l'altro circuito è in acqua addolcita pressurizzata a 130°C.

I componenti di alluminio in acqua addolcita pressurizzata alimantare si sono corrosi con una rapidità inaspettata: caverne dell'ordine di 10 mm in 4 mesi.

Giusificazioni elettrochimiche? Come fare visto che non si possono mettere additivi e i componenti di alluminio sono indispensabili per conducibilità termica ecc?

Aggiornamento:

Ottime le due risposte!

2 risposte

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  • Anonimo
    1 decennio fa
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    Ciao!

    Il tuo sistema di piping composto da accoppiamenti di leghe diverse in presenza di un elettrolita (acqua+sali) ha generato un sistema di celle galvaniche dove un componente l'impianto funzionerà da anodo e un altra parte da catodo.

    Se osserviamo la "serie elettrochimica degli elementi" notiamo che il potenziale, riferito ad un elettrodo di riferimento qualsiasi tipo H2, Ag/AgCl2 o Zn, è in una posizione in cui la reazione di ossidazione (anodo):

    Al - 3e^-==> Al^3+ ha comportamento anodico e fortemente spontaneo, pertanto l'Alluminio tende a cedere facilmente 3 elettroni, ossidandosi,

    all'elemento più catodico con cui è ha contatto (Ni o Cr) che hanno un potenziale più basso e quindi funzionano da riducenti (catodo) catturando i 3 elettroni ceduti dall'Alluminio.

    In poche parole nella cella Al/Cr-Ni, l'Alluminio si sacrifica per proteggere il Cr o il Ni. Il sacrificio dell'Alluminio significa la sua solobilizzazione in acqua per formazione di sali di Alluminio.

    Il processo si complica perchè, con quasi assoluta certezza,

    i filetti dei giunti durante il serraggio perdono il sottilissimo strato di placcatura mettendo a contatto l'ottone con l'Alluminio. L'ottone è una lega Rame/Zinco mediamente 75%/25%. Il Rame ha un potenziale più alto del Cromo e del Nichel e in termini galvanici l'Alluminio lavorerà

    per proteggere prima il Rame e poi Cromo e Nichel. Lo Zinco presente nell'ottone anche lui è parente dell'Alluminio, il suo potenziale è immediatamente sotto a quello dell'Alluminio. Per cui l'Alluminio oltre che a sacrificarsi per proteggere principalmente il Cu/Cr/Ni in parte protegerrà anche lo Zinco. Ma questo processo è vero solo in parte, perchè raggiunto un certo potenziale di protezione lo Zinco si allea elettrochimicamente con l'Alluminio formando una pila con una "f.e.m molto eleveta" secondo l'Equazione di Nerst. In parole spicciole l'Alluminio non ha il suo potenziale di inibizione ma avrà quello di sovraprotezione. L'ossidazione anodica dell'Alluminio sarà velocissima fino ad arrivare localmente alla perforazione del componente (nel tuo caso il tubo).

    Le velocità di reazione dei semielementi costituenti la pila Al+Zn/Cu-Cr-Ni è regolata dalla temperatura quale parametro termodinamico: il potenziale di un semielemento è direttamente proporzionale alla temperatura.

    Quindi se una cella a 25°C ha un potenziale di (-x,yz) mVolt a 90°C e a 130°C questo aumenterà di 3,6 volte (a 90°C) e di

    5,2 volte (a 130°C). Quindi c'è da aspettarsi che la linea che lavora a 130°C si perfori prima di quella operante a 90°C.

    Per la precisione, citando ed usando la legge di Nerst, la temperatura non deve essere espressa in °C ma in °K (Kelvin) °K=(273,15+x°C)

    Qualsiasi libro che tratti il problema della corrosione dei materiali insegna che non bisogna "mai" accoppiare metalli e/o leghe di composizione chimica elementare dissimile; perchè si formano inevitabilmente reazioni catodiche ed anodiche in presenza di un medium elettrolitico.

    La pressione è ininfluente nei processi galvanici. La turbolenza del fluido in movimento incrementa la corrosione dell'Alluminio per cavitazione e per aereazione differenziata.

    Chi ha montato l'impianto ha fatto una grande corbelleria!

    Quali possono essere i rimedi?

    1) cambiare i tratti che si ritengono fortemente corrosi.

    2) usare flange saldate in Peraluman serie H 5xxx al posto della raccorderia in ottone placcato galvanicamente.

    3) se il punto 3) è impossibile guarnire le filettature della raccorderia con nastro in PTFE OPVDF o usare un prodotto liquido isolante che si chiama "DUALOX". Se ci sono flange isolare i filetti dei prigionieri con Duoalox o Polietilene termoretraibile impiegato nell'impiantistica elettrica.

    4) eliminati così le cortocircuitazioni fra metalli diversi, fare un lavaggio delle tubazioni in Alluminio con una soluzione al 5% di Cromato di Potassio leggermente acidificata con acido solforico al 30% - portare il Ph della soluzione ad un valore compreso fra 3 e 4. Far circolare la soluzione a temperatura ambiente e risciacquare con acqua addolcita a temperatura ambiente. Questo trattamento passiva l'Alluminio e lo protegge dalla corrosione (parzialmente).

    Prendi queste due righe per affidabili perchè ho 33 anni di R&D di impianti chimici e sono uno dei pochi anticorrosionisti italiani patentati.

    Saluti,

    sandro m

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  • Anonimo
    1 decennio fa

    Del nichel e dell'alluminio separati da acqua in cui sono sciolti dei sali minerali a creato una pila di volta. Se prendi un tester e toccherai la parte nichelata e quella in Al troverai 1, 05 volt. Questa differenza di potenziale causa una corrente trasportata dagli ioni contenuti nell'acqua. L' alluminio meno "nobile" del nichel viene consumato. Dovresti trovare da qualche parte dei fiocchi bianchi che altro non sono che il risultato della corrosione elettrochimica (si tratta di idrato di alluminio) Per risolvere il problema elimina la raccorderia in ottone nichelato e realizzala in alluminio. L' altra soluzione sarebbe la protezione dell'alluminio con del teflon ma sarebbe costosissimo e poi minimi difetti nel rivestimento si tramutano in punti preferenziali di corrosione.

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