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I rivestimenti superficiali dei metalli sono dei trattamenti effettuati sui manufatti con lo scopo di migliorarne l’aspetto estetico, aumentarne la durata nel tempo ed eliminare i processi di ossidazione in cui possono incorrere.
Si tratta di operazioni condotte con particolari sostanze o trattamenti che hanno la capacità di modificare le proprietà del materiale su cui vengono applicati.
Esistono diverse tipologie di lavorazioni che è possibile effettuare sulle superfici metalliche: dai trattamenti realizzati con soluzioni chimiche a quelli che prevedono immersioni in bagni elettrolitici; inoltre, ogni processo è regolato da una specifica normativa di riferimento.
Scopriamo insieme nei paragrafi successivi le funzioni dei rivestimenti superficiali dei metalli, i principali scopi per cui vengono realizzati e i diversi tipi di trattamento che è possibile effettuare.
L’utilità dei trattamenti di superficie è principalmente quella di proteggere il metallo dal lento deterioramento provocato dall’usura e dagli agenti atmosferici.
Infatti, gli acciai al carbonio e gli acciai legati hanno ottime caratteristiche meccaniche, ma una forte tendenza a reagire con gli elementi dell’atmosfera. Senza una opportuna protezione qualsiasi oggetto realizzato in questo materiale è destinato a subire l’aggressione chimica e a ricoprirsi di uno strato di ruggine in breve tempo.
Questo fenomeno porta alla corrosione totale del prodotto e alla perdita delle sue proprietà fisiche: a seconda della tipologia di agente che causa il deterioramento del manufatto, si verificano diversi tipi di corrosione, che richiedono a loro volta specifici trattamenti per combatterla.
Dunque, i principali motivi per cui sono stati ideati i rivestimenti superficiali dei metalli sono:
Prevenire il loro deterioramento;
Ripristinare le loro funzionalità;
Ripristinare la loro estetica.
Esistono diversi tipi di lavorazioni metalliche, ognuna con caratteristiche e peculiarità diverse.
Per scegliere il procedimento corretto, è necessario tenere sempre a mente la tipologia di prodotto su cui bisogna intervenire e gli agenti chimici e fisici a cui sarà esposto durante la sua esistenza: solo considerando questi fattori, sarà possibile fare la scelta giusta e garantirgli la migliore protezione.
Con il progresso della tecnologia sono state sviluppate diverse tipologie di rivestimento in grado di proteggere i metalli dal fenomeno dell’ossidazione.
Nel caso della bulloneria, la questione è di estrema importanza, in quanto è necessario rispettare le tolleranze di accoppiamento e permettere agli utensili di serraggio di funzionare correttamente: il trattamento superficiale deve proteggere ma allo stesso tempo essere sottile e permettere il corretto utilizzo degli elementi di fissaggio.
I rivestimenti metallici esistenti sono in genere indicati con il nome del metallo da cui sono formati (di rame, di zinco di nichel, ecc..) e possono essere ottenuti tramite 3 differenti metodi:
Meccanici (rivestimenti a spruzzo o per immersione);
Chimici (riduzione chimica o elettrodeposizione);
Fisici (immersione nel metallo fuso o diffusione di metalli).
Un’importante distinzione che riguarda il trattamento dei metalli è la differenza tra rivestimenti galvanici e non galvanici.
I rivestimenti superficiali che è possibile applicare ai metalli si distinguono principalmente in due categorie: trattamenti galvanici e trattamenti non galvanici.
La principale caratteristica che distingue gli uni dagli altri è il bagno elettrolitico, peculiarità intrinseca del trattamento di tipo galvanico: è un processo che prevede la polarizzazione di un anodo e un catodo immersi in una soluzione compatibile con il rivestimento che si vuole ottenere.
I processi galvanici sono regolati dalla normativa UNI EN 4042 e sono i rivestimenti più diffusi tra quelli utilizzati nel mondo della bulloneria, grazie alla loro capacità di garantire protezione e donare qualità estetica ai prodotti.
All’interno di questa categoria troviamo le seguenti lavorazioni:
Trattamento di zinco nichel
I trattamenti non galvanici comprendono invece tutte quelle operazioni di rivestimento della superficie che non prevedono il bagno elettrolitico.
Sono disciplinati dalla norma UNI EN ISO 13811 e comprendono:
Zincatura per sherardizzazione
Applicazione in lamelle di zinco UNI EN ISO 10683
Applicazione di rivestimenti organici.
Esiste un’ulteriore categoria di lavorazione che comprende i trattamenti effettuati con sostanze chimiche: si parla in questo caso di rivestimenti non metallici.
Fanno parte di questa tipologia di trattamento:
Prima di sottoporre i materiali a uno qualsiasi di questi rivestimenti superficiali, si raccomanda di provvedere a una accurata preparazione delle superfici: da un semplice lavaggio con solventi a procedure più complesse come la passivazione e il decapaggio, è necessario scegliere il processo migliore a seconda del materiale, del suo rivestimento e della sua consistenza.
La zincatura è il rivestimento dei metalli più noto e conosciuto.
Prevede l’applicazione di uno strato di zinco sulla superficie del manufatto, donandogli una protezione durevole e resistente nel tempo.
Il processo di zincatura viene eseguito tramite tre differenti tecniche:
Zincatura a caldo
Zincatura a freddo
Per scegliere l’alternativa migliore da utilizzare, bisogna considerare le dimensioni, il peso e la composizione del particolare da trattare.
La zincatura meccanica è un tipo particolare di zincatura che si ottiene tramite un processo di compattamento dello zinco. Il suo principale vantaggio è offrire un rivestimento anticorrosivo esente da problemi di infragilimento da idrogeno.
Questo trattamento prevede l’inserimento dell’oggetto da trattare in un rotobarile (un cilindro girevole riscaldato ad altissime temperature) contenente polveri sottili di zinco insieme ad opportuni additivi e sfere metalliche. Sottoponendo il manufatto a rotazione e al calore, il martellamento delle sfere schiaccia la polvere di zinco sulla superficie, facendola aderire al materiale.
È un trattamento adatto a pezzi con geometrie complesse.
La fosfatazione è un processo chimico che prevede l’applicazione di uno strato protettivo di fosfati metallici sulla superficie. È un rivestimento adatto a manufatti che si trovano in ambienti aggressivi ed esposti a condizioni avverse, oppure a componenti meccanici sottoposti a carichi abrasivi.
Viene anche utilizzato come base per l’applicazione di rivestimenti successivi come vernici e lubrificanti, migliorandone l’adesione e l’efficacia.
Il trattamento può essere realizzato usando diverse formulazioni chimiche a seconda del tipo di metallo e delle proprietà desiderate dello strato fosfato. Le tre principali tipologie di fosfatazione sono:
Fosfatazione al manganese;
Fosfatazione allo zinco;
Fosfatazione al ferro.
Ogni rivestimento presenta vantaggi e caratteristiche particolari, e la scelta deve essere presa in base al risultato finale che si vuole ottenere.
La brunitura è un processo chimico che consiste nell’applicazione di un rivestimento di colore scuro e lucido sui metalli. È un trattamento che oltre a conferire resistenza alla corrosione serve a migliorare l’estetica degli oggetti trattati.
Ne esistono due varianti: brunitura chimica - elettrolitica e brunitura termica.
La brunitura chimica - elettrolitica è un procedimento lungo e composto da vari passaggi in sequenza:
Sgrassatura ad immersione
Lavaggio in acqua
Decapaggio
Lavaggio in acqua ad immersione
Brunitura chimica-elettrolitica
Lavaggio in acqua ad immersione
Lavaggio finale
Soffiatura ad aria calda
La brunitura termica è invece una lavorazione usata soprattutto nel ciclo di produzione delle viti ad alta resistenza e prevede l’immersione del prodotto in un bagno d’olio particolare. Il passaggio nell’olio e poi il trattamento ad alte temperature conferiscono alla superficie una patina opaca.
L’oliatura consiste nell’applicazione ad immersione di una sostanza liquida oleosa sui metalli allo scopo di proteggerli dall’ossidazione e di perfezionarne l’aspetto estetico.
L’operazione è applicabile su tutte le finiture e aumenta di molto la resistenza alla corrosione dei manufatti.
È importante distinguere l’oliatura dalla lubrificazione, che consiste invece nell’applicazione di un prodotto fluido contenente sostanze in grado di ridurre gli attriti.
La ramatura è un trattamento galvanico che prevede l’applicazione di uno strato sottile di rame su un oggetto. Viene effettuata solitamente su materiali quali ottone, alluminio, ferro e acciaio inox e rende possibili i trattamenti successivi con altri metalli senza pregiudicarne l’aderenza.
La ramatura viene realizzata tramite l’immersione del manufatto in bagni elettrolitici dove il rame metallo diventa l’anodo e il materiale da rivestire il catodo.
I bagni per la ramatura possono essere di due tipologie:
Alcalini – l’elettrolita è costituito da cianuro complesso;
Acidi -- l’elettrolita è formato da acido solforico e solfato rameico.
Questi due processi hanno caratteristiche e peculiarità molto diverse fra loro:
La ramatura acida produce depositi molto lucidi, garantisce una soluzione stabile nel tempo e offre un alto potere livellante;
La ramatura alcalina ha invece un elevato potere penetrante, produce un deposito semilucido e può essere applicata direttamente sulle superfici di un gran numero di materiali.
Come accennato, la ramatura galvanica è spesso utilizzata come trattamento preparatorio per i rivestimenti successivi. Fra questi, il più comune è la nichelatura.
Il trattamento di nichelatura può essere di due diverse tipologie: chimico o elettrolitico.
La nichelatura chimica è il rivestimento superficiale che più si presta ad essere applicato ai pezzi di meccanica di precisione. Si tratta infatti di un processo in grado di garantire:
uniformità di spessore
elevata durezza
resistenza all’usura
eccellente resistenza alla corrosione.
La nichelatura chimica prevede l’immersione del manufatto in una soluzione di nichel, che si deposita sulla superficie creando un rivestimento dagli spessori uniformi e capace di penetrare anche nelle parti più interne e in geometrie complesse. È applicabile a tutte le leghe di ferro, alluminio, rame e titanio.
La nichelatura elettrolitica è un procedimento che prevede l’uso del bagno galvanico per depositare uno strato di nichel sulla superficie del metallo. Le sue caratteristiche principali sono:
Controllo preciso dello spessore di nichel da depositare;
Elevata adesione del rivestimento di nichel al metallo sottostante;
Varietà di leghe e additivi che si possono utilizzare nel bagno elettrolitico, che permettono di ottenere risultati diversi sia dal punto di vista estetico che di resistenza.
I due processi presentano caratteristiche molto differenti tra loro e la scelta tra i due metodi dipenderà dalle esigenze specifiche e dal risultato desiderato.
La stagnatura consiste nel deposito uniforme di uno strato di stagno sulla superficie di un materiale. Lo scopo principale, come per tutti i trattamenti, è di tipo protettivo.
Il rivestimento viene applicato direttamente sul manufatto oppure può essere preceduto dalle operazioni di sgrassatura, decapaggio e attivazione.
Esistono tre sistemi di stagnatura:
Stagnatura termica, che viene utilizzata per grosse lamiere e semilavorati;
Stagnatura galvanica, caratterizzata dalla possibilità di poter controllare lo spessore dei rivestimenti dei vari oggetti;
Stagnatura chimica.
Le caratteristiche di questo trattamento superficiale sono molteplici:
ottima conducibilità elettrica;
ottima resistenza all’ossidazione su leghe di rame;
stabilità agli agenti chimici;
antigrippaggio su acciaio inox.
Il processo di stagnatura trova applicazione soprattutto nel settore alimentare grazie alla sua capacità di protezione agli agenti atmosferici, alle acque e a sostanze di vario tipo.
L’argentatura dei metalli è un procedimento utilizzato sia per conferire a un oggetto durezza e capacità anticorrosiva ma anche per donargli grande lucentezza. Crea infatti una pellicola solida, protettiva e brillante.
Essendo un trattamento di tipo galvanico, prevede l’immersione in bagni elettrolitici di argento. A seconda della concentrazione di questo metallo, è possibile fare una distinzione fra:
bagni comuni – prevedono un quantitativo variabile di argento nella soluzione, per cui sono utilizzati per le esigenze più svariate, compresa la minuteria;
bagni concentrati – permettono di ottenere un’argentatura rapida e pesante, ma lo spessore del film protettivo è superiore.
Il processo di argentatura galvanica permette di ottenere un ottimo risultato grazie alle capacità conduttive e protettive dell’argento. Inoltre, è possibile effettuare un trattamento selettivo solo su alcune particolari aree di interesse del manufatto.
Per bloccare il processo di solfurazione, tipico dell’argento, è spesso necessario effettuare un ulteriore passaggio tramite la passivazione.
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