Decapaggio dei metalli meccanico o chimico

Lavorazioni

Il decapaggio dei tubi è un trattamento di pulitura superficiale volto alla rimozione di strati di ossido mediante l’utilizzo di acidi oppure con metodi meccanici. Generalmente, tale operazione si rende necessaria in quanto, durante le fasi di lavorazione ad elevata temperatura, i componenti tendono ad ossidarsi superficialmente per la presenza, appunto, della temperatura e di un’atmosfera ricca di ossigeno, come può essere l’aria stessa. Infatti, se questo strato non venisse rimosso in qualche modo, non sarebbe possibile andare a deporre sulla superficie un altro strato che può essere necessario per aumentare la resistenza a corrosione.

Il decapaggio di tipo meccanico è un’operazione che viene svolta mediante metodi come la pallinatura e la sabbiatura.
- Pallinatura: è un’operazione superficiale che viene svolta mediante l’applicazione di un potente getto di pallini sferici. L’effetto, oltre ad indurre uno stato tensionale residuo di compressione, è di eliminare possibili layer di ossido e creare una superficie adatta per la deposizione di uno strato superficiale richiesto dal progetto.
- Sabbiatura: la superficie del componente, che in questo caso è il tubo, viene trattata e raschiata mediante l’applicazione di un getto di sabbia. Ancora una volta, quando lo strato di ossido viene rimosso, tale operazione garantisce la possibilità di ancorare un ulteriore strato superficiale.

Tra i materiali utilizzati per queste operazioni ci sono le sabbie silicee, il corindone, microsfere di vetro ed altri materiali idonei. Può anche essere usata come fase preliminare del decapaggio acido.

Il decapaggio chimico dei metalli, contrariamente al decapaggio di tipo meccanico che prevede l’utilizzo di un corpo esterno per andare a rimuovere lo strato di ossido, si basa sulla reazione chimica che si instaura tra l’ossido superficiale e un composto acido. Tale reazione dà il via ad un processo di dissoluzione che porta alla formazione di una soluzione liquida tra l’ossido disciolto e l’acido. Il metallo si comporta, dunque, da base che reagendo con l’acido porta alla formazione di un sale e di un gas (prevalentemente idrogeno).

Tre sono i fattori principali da tenere in considerazione per questo tipo di decapaggio:
- Composizione chimica: come sempre, la composizione del metallo è fondamentale per il processo. In particolare, si nota che più l’acciaio presenta quantità elevate di elementi in lega (acciaio alto-legato), più sarà necessario utilizzare sostanze che svolgano un decapaggio più spinto e per un tempo più lungo;
- Temperatura: il controllo di questo parametro è fondamentale per svolgere un decapaggio ottimizzato ed efficace, senza produrre alterazioni estetiche o funzionali del componente;
- Tipologia di saldatura: a seconda della tipologia di saldatura che si può applicare ad un tubo che richiede un’operazione di decapaggio, possono essere necessarie tempistiche e condizioni differenti. Per esempio, una saldatura MIG produce una maggiore quantità di ossidi rispetto ad una saldatura TIG e, quindi, richiede un tempo di trattamento sicuramente maggiore.

I due metodi sono entrambi efficaci anche se presentano pregi e difetti differenti l’uno dall’altro. Da una parte, il decapaggio meccanico permette di ridurre l’utilizzo di acidi e di composti chimici con tutte le complessità che derivano dal trattamento pre e post utilizzo. Presenta, però, il problema della scelta corretta dei materiali e dei parametri per evitare che vengano inglobati all’interno del metallo creando difetti. Dall’altra parte, il decapaggio acido è più efficace rispetto a quello meccanico ai fini del risultato che si vuole ottenere, nonostante il costo si presenti più elevato.
Inoltre, il decapaggio meccanico, come detto, può fungere da operazione preliminare di quello chimico e, quindi, i due metodi possono lavorare anche sinergicamente.

In generale si può dire che a seconda della situazione si può preferire l’uno o l’altro metodo: l’aspetto fondamentale per ottenere un prodotto di qualità è la capacità di gestire il trattamento in maniera opportuna da parte dell’operatore.

Sia che si tratti di decapaggio meccanico e sia che si tratti di decapaggio chimico, emerge chiaramente l’importanza di questo trattamento per l’ottenimento di componenti qualitativamente ottimi e che possano durare nel tempo. Infatti, il decapaggio è un trattamento superficiale ampiamente diffuso a livello industriale e che riguarda varie tipologie di metalli:
- acciaio al carbonio: essendo un materiale che, a causa della sua composizione chimica, è soggetto a fenomeni meccanici e termochimici, come l’usura e la corrosione, viene spesso sottoposto al trattamento di decapaggio sia dopo le fasi di formatura e saldatura, sia in condizioni particolari di stoccaggio e trattamento con determinate tipologie di strumenti;
- acciaio inossidabile: pur resistendo meglio dell’acciaio al carbonio ai fenomeni sopra elencati grazie allo strato che si forma superficialmente, può subire dei danneggiamenti superficiali causati dalla fragilità intrinseca di tale strato e il decapaggio rappresenta la soluzione migliore per ripristinare le caratteristiche perse;
- alluminio: l’ossidazione superficiale dovuta alle varie fasi lavorative può generare problematiche dal punto di vista meccanico ed estetico rendendo necessario il decapaggio;
- titanio: tale trattamento consente di ridurre l’invecchiamento precoce del materiale;
- rame: come per il titanio, il trattamento di decapaggio elimina l’invecchiamento ma soprattutto risolve problematiche di natura estetica (la classica colorazione “verde rame”) derivanti dalla formazione dell’ossido.

Svolgere un processo di decapaggio dei metalli corretto e a regola d’arte non è semplice ma richiede la presenza di personale adeguatamente formato. Infatti, un decapaggio svolto in modo approssimativo può portare a vantaggi minimi o, addirittura, ad un peggioramento delle condizioni portando ad uno spreco di sostanze, energetico ed economico.
Tra le considerazioni più importanti da fare, come anticipato precedentemente, vi è la scelta sulla tipologia di decapaggio che influenza sia le proprietà ottenute che le metodologie di svolgimento. I parametri, che sono influenzati anche dalla prima scelta, sono fondamentali per ottenere una rimozione ottima dello strato di ossido e favorire le successive deposizioni. Tra questi sicuramente vi è la temperatura di svolgimento in quanto, soprattutto nel decapaggio chimico, vi è una relazione di proporzionalità diretta tra l’aggressività del trattamento e l’aumento della temperatura. Inoltre, il controllo della temperatura consente di ridurre deterioramenti e reazioni incontrollate che si possono sviluppare a causa di un trattamento errato.
I liquidi e gli agenti che vengono utilizzati durante il trattamento sono nocivi per l’ambiente e richiedono uno smaltimento apposito seguendo le normative ambientali inerenti, evitando che vi siano fuoriuscite incontrollate con danni a persone ed edifici che sono siti nelle vicinanze di tali impianti: la manutenzione rappresenta, quindi, un requisito essenziale sia per il decapaggio che per l’ambiente.

Parlando del decapaggio meccanico è stato introdotto il processo di pallinatura dei materiali. Come specificato, tale tecnica consiste nell’andare a sparare tramite ugelli ad aria compressa numerose microsfere di metallo che hanno il compito preciso di creare crateri sulla superficie del pezzo in oggetto.
Quali sono le principali caratteristiche da tenere in considerazione?
Il processo di pallinatura deve essere svolto sfruttando al meglio le caratteristiche e limitando al minimo le difettologie che possono essere create. In particolare, bisogna tenere in considerazione:
- l’ampiezza del fascio di pallinatura che va a convergere sulla superficie;
- la velocità di impatto con la superficie;
- la velocità di movimentazione del flusso;
- il tempo di esposizione al fascio della superficie di interesse.

Oltre ai vantaggi espressi nell’apposito paragrafo relativo al decapaggio, vi sono alcuni benefici che si possono ottenere e che non sono trascurabili:
1. miglioramento della resistenza a fatica: infatti, la pallinatura crea uno stato di tensione di compressione che va ad aumentare lo sforzo critico a fatica e, quindi, ad allungare la vita utile;
2. miglioramento della durezza superficiale del componente, riducendo anche le problematiche ad usura;
3. non viene rimosso materiale ma viene solamente modificata la superficie andando a creare dei crateri.
Questi aspetti fanno propendere verso l’utilizzo di questa tecnica in ambito industriale ed idraulico.