Decapaggio per immersione dell’acciaio inossidabile
- Bagni a base nitrico
- Bagni esenti nitrico
Nell’industria della produzione e trasformazione degli acciai inossidabili si fa largo uso di bagni di decapaggio e di passivazione.
Questi bagni consentono di rimuovere gli strati ossidati e decromizzati che si vengono a formare sulla superficie del materiale in seguito a trasformazioni a caldo dello stesso e congiuntamente di formare uno strato di ossido di cromo omogeneo e protettivo.
La pratica industriale prevede tradizionalmente l’utilizzo di miscele acquose di acido nitrico e acido fluoridrico.
La scelta di questa miscela è dettata dalla necessità di disporre di un acido minerale forte in grado di attaccare il materiale, di un ossidante in grado di mantenere il potenziale della soluzione all’interno del range di passività dell’acciaio inox e di un complessante per il ferro disciolto.
La miscela nitrico/fluoridrica rispondeva a questa esigenza dal momento che l’acido nitrico è un acido minerale forte e ossidante e l’acido fluoridrico è un buon complessante per il ferro.
Con lo svilupparsi di una più puntuale attenzione a tutela dell’ambiente e dell’operatore, le normative relative alle emissioni in atmosfera e gli scarichi nelle acque sono diventate sempre più restrittive.
Questo “inasprimento” dei limiti imposti ha reso sempre più difficoltoso l’utilizzo delle miscele nitrico fluoridriche richiedendo l’impiego di tecnologie atte a contenere le emissioni di ossidi di azoto in atmosfera e di nitrati/nitriti nelle acque (provenienti dai bagni esausti, dalle acque di risciacquo e dalle torri di abbattimento).
Il costo sempre maggiore di decapaggio e la difficoltà di rispondere ai requisiti richiesti dalle più severe normative vigenti ha promosso negli ultimi anni lo sviluppo di miscele di decapaggio alternative ed esenti da acido nitrico (NITRIC FREE).
Queste nuove miscele hanno già avuto un buono sviluppo e allo stato attuale il 20% circa di acciaio inossidabile prodotto in Europa viene decapato senza l’impiego di acido nitrico.
La massima parte di queste nuove miscele decapanti si basa sulla sostituzione dell’acido nitrico con del ferro trivalente.
La miscela di decapaggio a base di acido fluoridrico e ferro trivalente spesso utilizza congiuntamente degli acidi minerali forti, principalmente il solforico, che consentono di disporre di una concentrazione di H+ più elevata, di aumentare il potenziale redox della soluzione e di aumentare la solubilità del ferro riducendo il pericolo di cristallizzazioni e/o formazioni di fanghi.
Il metodo che ha trovato maggiore sviluppo è quello che prevede l’utilizzo di acqua ossigenata stabilizzata.
Differenze tra i due bagni di immersione
“base Nitrico” e “Nitric Free” per acciaio inossidabile
a) Capacità decapante
Le caratteristiche principali che contraddistinguono le due tipologie di soluzioni sono le seguenti:
Il bagno con la soluzione nitrofluoridrica cala di efficienza con l’aumento di metalli in soluzione e pertanto occorre continuamente variare i tempi di permanenza.
Il bagno con la soluzione NITRIC FREE mantiene costanti i tempi di permanenza al variare del contenuto di metalli consentendo una più semplice gestione del processo.
La soluzione NITRIC FREE, a parità di temperatura, ha una capacità decapante pari a una soluzione nitrofluoridrica contenente ca. 20 g/l di ferro.
b) Durata del bagno
La durata del bagno NITRIC FREE è pari a circa 8 volte la durata di un bagno nitrofluridrico in quanto il bagno NITRIC FREE:
- Non attacca il metallo base.
- Si esaurisce giunto a una concentrazione di ferro pari a ca. 90 g/l anziché ai 40 g/l tipici delle soluzioni nitrofluridriche.
c) Pericolosità
La soluzione nitrofluoridrica opera con acido nitrico che è un prodotto che può originare il cancro e che genera ossidi di azoto, anch’essi dannosi per la salute.
I prodotti NITRIC FREE non contengono acido nitrico.
L’acido nitrico è infatti sostituito dal meno dannoso acido solforico.
La soluzione nitrofluoridrica opera a una concentrazione di HF superiore ai 10 g/l e pertanto il contenuto delle vasche attuali deve essere classificato ed etichettato, secondo la normativa europea vigente, come tossico.
La soluzione di NITRIC FREE opera con concentrazione di acido fluoridrico inferiore ai 10 g/l e pertanto deve essere etichettata solo come nocivo.
d) Fanghi di decapaggio
La soluzione nitrofluoridrica tende a formare cristalli insolubili (fluoruri di ferro) che devono essere estratti manualmente dalle vasche.
La soluzione NITRIC FREE non provoca formazione di cristalli e l’unica tipologia di fango che si trova in vasca è la frazione di ossido di ricottura che risulta essere insolubile nel bagno.
Questa è decisamente modesta e può essere allontanata con l’acido stesso in fase di “smezzamento” della vasca.
Decapaggio ad immersione per acciai ferritici e martensitici
In caso di società che producono prevalentemente materiali in acciaio austenitico e in misura modesta in acciaio ferritico e martensitico è possibile utilizzare, con alcuni accorgimenti, i bagni di decapaggio utilizzati per gli acciai austenitici.
In caso la produzione di ferritici e martensitici fosse preponderante o comunque significativa suggeriamo invece di utilizzare delle soluzioni appositamente studiate, come evidenziato nei bollettini tecnici.
In caso di necessità di immergere acciai ferritici e martensitici si consiglia contattare la Giemme Srl –Ufficio Tecnico per info sulla miscela più adatta.
Decapaggio ad immersione per acciai al carbonio
Il decapaggio per acciai al carbonio in installazioni importanti (produttori di nastri, tubi, vergelle ecc.) viene generalmente eseguito con acidi minerali forti di base a basso costo quali l’acido solforico e l’acido cloridrico.
Per accelerare l’operazione di rimozione dell’ossido e per preservare dalla corrosione la superficie del metallo base (anche in occasione di soste forzate), gli acidi sono generalmente additivati di opportuni agenti inibitori.
Per la rigenerazione delle soluzioni di decapaggio a base solforica o cloridrica è ancora possibile utilizzare resine a ritardo acido e/o unità di dialisi a diffusione.
Tuttavia come unità di recupero specifiche vengono proposte unità di cristallizzazione per asportare in continuo il solfato ferroso da bagni solforici e unità di ossidazione catalitica per produrre cloruro ferrico da bagni cloridrici.
Nel caso di decapaggio di componenti di minori dimensioni vengono inoltre proposti formulati di decapaggio completi a base di acido fosforico o a base di acidi organici meno aggressivi e meno pericolosi per l’operatore.
Infine, una classe di prodotti particolari consente di conseguire una contemporanea azione detergente rendendo possibile eseguire congiuntamente le operazioni di sgrassaggio e di decapaggio.
Decapaggio ad immersione per titanio e leghe nichel
Comunemente le soluzioni usate per decapare il TITANIO sono a base di acidi nitrico e fluoridrico. I difetti ed i problemi principali che derivano dall’impiego di tali soluzioni sono essenzialmente di ordine ambientale-sicurezza e di natura metallurgica.
Problemi ambientali e di sicurezza
• L’attacco ossidante sul metallo provoca la formazione di ossidi di azoto che si liberano nell’atmosfera.
Questi gas sono fortemente inquinanti ed aggressivi verso le strutture metalliche, sono estremamente dannosi per la salute e contribuiscono al fenomeno delle piogge acide.
• I processi di depurazione tradizionali delle acque di lavaggio e dei bagni esausti non consentono l’eliminazione dei nitrati dalla soluzione.
• La presenza di acido fluoridrico aggravia la pericolosità della soluzione nei confronti dell’operatore.
Problemi metallurgici
L’elevata resistenza degli ossidi di titanio ha promosso l’impiego di soluzioni di decapaggio molto aggressive.
Queste agiscono in modo deciso anche sul metallo base e sono pertanto causa dell’insorgenza dei seguenti problemi:
• corrosione generalizzata della superficie
• corrosione localizzata del cordone di saldatura
• consumo di metallo.
L’attacco del metallo base comporta inoltre la produzione di idrogeno nascente che, data la sua affinità con il titanio, viene assorbito nella matrice del metallo causandone infragilimento.
Nuove soluzioni di decapaggio delle Leghe di Titanio
Alla luce di quanto sopra descritto Giemme ha sviluppato una serie di prodotti di decapaggio specifici per il titanio e le sue leghe che consentono di risolvere egregiamente i problemi descritti.
Le caratteristiche che accomunano i nuovi prodotti sviluppati sono l’assenza di acidi nitrico e cloridrico e la presenza di acqua ossigenata opportunamente stabilizzata.
La formazione del complesso titanile rende favorita la dissoluzione degli ossidi superficiali rispetto alla dissoluzione del metallo base e questo rende possibile decapare il metallo con soluzioni blande che non provocano corrosione superficiale, preservano il cordone di saldatura ed evitano di aggredire, e quindi consumare, il metallo.
Inoltre la scarsa reattività della soluzione nei confronti del metallo evita il suo attacco acido e quindi l’evoluzione dell’idrogeno.
Decapaggio ad immersione per rame e sue leghe
Per decapare e brillantare superfici di rame e sue leghe sono sempre state tradizionalmente utilizzate soluzioni contenenti acido nitrico.
Con lo svilupparsi di una più puntuale attenzione a tutela dell’ambiente e dell’operatore le normative relative all’emissioni in atmosfera e gli scarichi nelle acque sono diventate sempre più restrittive.
Questo inasprimento dei limiti imposti ha reso sempre più difficoltoso l’utilizzo delle miscele nitriche richiedendo l’impiego di tecnologie atte a contenere le emissioni di ossido di azoto in atmosfera e di nitrati/nitriti nelle acque (provenienti dai bagni esausti, delle acque di risciacquo e delle torri di abbattimento fumi).
Il costo sempre maggiore del decapaggio e la difficoltà di rispondere ai requisiti richiesti dalle normative più severe ha promosso negli ultimi anni lo sviluppo di miscele di decapaggio alternative ed esenti da acido nitrico. Alcune di tali miscele operano solo sull’ossido ripulendo la superficie del metallo, altre miscele, principalmente a base di acqua ossigenata stabilizzata, agiscono anche sul metallo base livellando le asperità e creando così una superficie levigata e brillante.
Decapaggio ad immersione per alluminio e sue leghe
Dato che le leghe leggere sono costituite da materiali anfoteri le loro superfici possono essere decapate sia con soluzioni fortemente alcaline sia con soluzioni di natura acida.
Per quanto riguarda i prodotti alcalini, oltre alla gamma standard tradizionale, trovano oggi impiego dei nuovi formulati che riducono le emissioni di idrogeno grazie alla presenza di agenti ossidanti. Tali agenti ossidanti vengono poi ripristinati con l’aggiunta di acqua ossigenata stabilizzata.
Per quanto invece riguarda i prodotti acidi sono tuttora innovativi i prodotti esenti da acido nitrico che consentono di eliminare a monte i problemi generati dalle emissioni di NOx nell’atmosfera e dalla presenza di nitrati/nitriti nelle acque reflue.
Tali formulati esenti da acido nitrico vengono utilizzati sia per svolgere normali azioni di decapaggio sia per rimuovere le patine nere che si creano durante le fasi di decapaggio alcalino su alluminio legato.
Additivi di sgrassaggio e agenti schiumogeni per tutti i bagni
Per migliorare il potere bagnante degli acidi in modo da rendere più uniforme l’attacco e per consentire la rimozione di oli e contaminanti organici vengono proposti degli additivi, da aggiungere ai bagni di decapaggio, composti da agenti tensioattivi e idrotopi.
Per contenere invece le emissioni di fumi nei bagni operanti ad alte temperature trovano invece impiego dei formulati che, in ambiente acido, formano sul bagno uno strato di schiuma stabile e compatto.