Corrosione galvanica: cause, meccanismo e prevenzione

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La corrosione galvanica, nota anche come corrosione da contatto, corrosione bimetallica o corrosione bimetallica , è una forma di corrosione elettrochimica che si verifica quando due metalli o leghe diversi sono in contatto elettrico tra loro e sono contemporaneamente immersi in un ambiente conduttivo, ovvero un elettrolita.

In tali condizioni, si crea cella galvanicaUn materiale funge da anodo e subisce una corrosione accelerata, mentre l'altro agisce da catodo e viene protetto. La corrosione galvanica è un fenomeno significativo nelle strutture realizzate con diversi materiali, in particolare negli impianti idrici, chimici, marittimi, energetici e edili, nonché nelle giunzioni tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio, alluminio, rame o altri metalli.

Che cos'è la corrosione galvanica?

La corrosione galvanica si verifica a seguito di una differenza di potenziale elettrochimico tra due materiali metallici differenti.
Se i materiali sono:

• collegato elettricamente,
• e allo stesso tempo saranno a contatto con l'elettrolita,

La corrente può iniziare a fluire tra di loro.
Il metallo con un potenziale più attivo diventa anodo e subisce una dissoluzione accelerata.
Il metallo diventa più nobile catodo e la sua corrosione è limitata.

Condizioni per il verificarsi della corrosione galvanica

Affinché si verifichi la tipica corrosione galvanica, devono essere soddisfatte tre condizioni fondamentali:

Se una di queste condizioni viene eliminata, il funzionamento della cella galvanica si interrompe.

Come funziona una pila galvanica?

In un sistema composto da due metalli diversi, un materiale diventa l'anodo e l'altro il catodo.
Il processo di ossidazione del metallo avviene all'anodo:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Gli atomi di metallo passano nell'elettrolita sotto forma di ioni. Ciò rappresenta una vera e propria perdita di materiale.
Gli elettroni fluiscono attraverso la giunzione metallica fino al catodo, dove hanno luogo le reazioni di riduzione.

In effetti:

• l'anodo si corrode più velocemente,
• il catodo è protetto.

Che cosa potrebbe essere un elettrolita?

L'elettrolita non deve necessariamente essere un acido aggressivo o una soluzione chimica concentrata.

In pratica, quanto segue potrebbe essere sufficiente:

• acqua di mare,
• acqua del rubinetto,
• acqua tecnologica,
• acqua piovana,
• umidità atmosferica,
• condensato,
• soluzioni saline,
• terreno umido,
• ambienti chimici.

Un elettrolita particolarmente efficace è l'acqua contenente sali disciolti.
Pertanto, il problema della corrosione galvanica è particolarmente importante negli ambienti marini e in presenza di cloruri.

Serie galvanica dei metalli

La suscettibilità alla corrosione galvanica può essere valutata approssimativamente sulla base di serie galvanica specifico per un ambiente specifico.
I metalli che si trovano nella parte più attiva della serie hanno una maggiore tendenza a comportarsi come anodi.
I materiali più nobili hanno una maggiore tendenza a comportarsi come catodo.
Un esempio semplificato della disposizione dei materiali nell'ambiente marino può essere rappresentato come segue:

Questo è un elenco indicativo. La posizione di un materiale nella serie galvanica dipende dall'ambiente e dalle condizioni della sua superficie.
Pertanto, la serie galvanica non dovrebbe essere considerata come una tabella universale valida per tutte le condizioni.

acciaio inossidabile e acciaio al carbonio

Un collegamento molto comune è quello tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio ordinario.
In molti contesti, l'acciaio inossidabile passivo è più nobile dell'acciaio al carbonio.
Dopo aver combinato entrambi i materiali in presenza di un elettrolita:

• l'acciaio inossidabile può fungere da catodo,
• L'acciaio al carbonio può diventare un anodo e corrodersi più rapidamente.

Ciò non significa che ogni combinazione di acciaio inossidabile e acciaio al carbonio porterà automaticamente a una grave corrosione.
Altrettanto importanti sono:

• tipo di ambiente,
• conduttività degli elettroliti,
• il rapporto superficiale di entrambi i materiali,
• tempo di bagnatura,
• temperatura,
• geometria della struttura.

acciaio inossidabile e alluminio

La combinazione di alluminio e acciaio inossidabile richiede particolare attenzione.
In molti contesti, l'acciaio inossidabile allo stato passivo è molto più nobile dell'alluminio.
Se l'alluminio viene collegato elettricamente all'acciaio inossidabile e si forma un elettrolita, l'alluminio può fungere da anodo.
Il rischio è particolarmente elevato in:

• ambiente marino,
• presenza di sale stradale,
• condizioni di umidità costante,
• strutture con un'ampia superficie in acciaio inossidabile e una piccola superficie in alluminio.

In tali connessioni vengono spesso utilizzati materiali isolanti elettrici.

acciaio inossidabile e rame

L'acciaio inossidabile e il rame possono essere utilizzati nella stessa installazione, ma è necessario valutare la possibilità di interazioni galvaniche in base all'ambiente specifico.
Nell'acqua elettricamente conduttiva, la differenza di potenziale tra i materiali può portare alla formazione di una cella galvanica.
Ciò che conta principalmente è:

• composizione dell'acqua,
• temperatura,
• conduttività elettrica,
• rapporto tra le superfici dei materiali,
• condizioni di flusso.

rapporto tra la superficie dell'anodo e quella del catodo

Uno dei fattori più importanti che determinano la velocità della corrosione galvanica è rapporto tra la superficie del catodo e la superficie dell'anodo.
La situazione è particolarmente pericolosa:
anodo piccolo + catodo grande
L'ampia superficie catodica può sostenere una reazione catodica significativa, mentre il processo di dissoluzione anodica è concentrato in una piccola area.
Ciò provoca una densità di corrente anodica molto elevata e può portare a una rapida distruzione localizzata del metallo meno nobile.

Anodo piccolo e catodo grande – esempio

Immaginate un piccolo pezzo di acciaio al carbonio collegato a una grande superficie di acciaio inossidabile.
Se la struttura è bagnata con un elettrolita:

• l'acciaio al carbonio può diventare un anodo,
• L'acciaio inossidabile può fungere da grande catodo.

L'intero processo di anodizzazione viene quindi concentrato su una piccola area di acciaio al carbonio.
La corrosione può essere molto più rapida rispetto a un componente realizzato interamente in acciaio al carbonio.

Anodo grande e catodo piccolo

La seguente disposizione è molto più vantaggiosa:
anodo grande + catodo piccolo
La corrente anodica viene quindi distribuita su un'ampia superficie.
La densità di corrente di corrosione per unità di area dell'anodo è inferiore, quindi il tasso di corrosione locale può essere molto più basso.

Esempio: viti in acciaio inossidabile in una struttura in acciaio

Una piccola vite in acciaio inossidabile montata su un componente di grandi dimensioni in acciaio al carbonio crea in genere un rapporto di superficie più favorevole:

• piccolo catodo – vite in acciaio inossidabile,
• anodo di grandi dimensioni – struttura in acciaio al carbonio.

La situazione opposta può essere molto più pericolosa.
Un piccolo elemento in acciaio al carbonio collegato a un'ampia superficie di acciaio inossidabile può essere soggetto a una corrosione galvanica molto intensa.

Danni al rivestimento protettivo e corrosione galvanica

Una situazione particolarmente pericolosa può verificarsi quando un materiale meno nobile viene ricoperto con un rivestimento protettivo, ma quest'ultimo si danneggia localmente.
Se una piccola porzione di materiale esposta diventa anodo rispetto a un'ampia superficie catodica, la corrosione può concentrarsi nel punto di danneggiamento.
Pertanto, il metodo di applicazione dei rivestimenti protettivi in ​​sistemi composti da metalli diversi deve essere valutato con attenzione.

Zincatura dell'acciaio – sfruttando il fenomeno galvanico

Il fenomeno galvanico non è sempre sfavorevole.
Può essere utilizzato per proteggere il metallo.
Un esempio classico è acciaio galvanizzato.
Lo zinco è più elettrochimicamente attivo dell'acciaio.
Se il rivestimento di zinco è danneggiato localmente, lo zinco stesso può comportarsi da anodo e corrodersi al posto dell'acciaio esposto.
Questo è il cosiddetto protezione sacrificale.

Anodi sacrificali

Il fenomeno galvanico viene utilizzato anche nella protezione catodica.
Un metallo più elettrochimicamente attivo viene fissato alla struttura protetta e intenzionalmente corroso.
Tra gli altri, vengono utilizzati i seguenti anodi:

• zinco,
• magnesio,
• alluminio.

Tali anodi sono denominati anodi sacrificali o anodi galvanici.
Vengono utilizzati, tra l'altro, per proteggere:

• scafi delle navi,
• oleodotti,
• carri armati,
• strutture marine,
• impianti in acciaio sotterranei.

Due diversi tipi di acciaio inossidabile possono causare corrosione galvanica?

La combinazione di due diversi tipi di acciaio inossidabile non causa necessariamente una corrosione galvanica significativa.
Se entrambi i materiali si trovano in uno stato passivo e presentano potenziali simili in un dato ambiente, la differenza di potenziale può essere piccola.
Pertanto, connessioni come:

• 304L con 316L,
• 316L con 904L,
• 316L con duplex 2205

può funzionare senza seri problemi galvanici in molti ambienti.
Tuttavia, la situazione deve essere sempre valutata alla luce delle effettive condizioni operative.

Stati attivi e passivi dell'acciaio inossidabile

Nel caso degli acciai inossidabili, le condizioni della superficie rivestono particolare importanza.
L'acciaio inossidabile allo stato passivo è ricoperto da uno strato passivo e presenta un potenziale elettrochimico relativamente nobile.
Se lo strato passivo viene distrutto e il materiale diventa localmente attivo, il suo comportamento elettrochimico può cambiare in modo significativo.
Pertanto, nella valutazione del rischio di corrosione galvanica, non è sufficiente conoscere solo il nome o il numero del tipo di acciaio.

La differenza di potenziale è sufficiente per prevedere la velocità di corrosione?

Non.
Un'ampia differenza di potenziale tra i materiali indica la possibilità di corrosione galvanica, ma non ne determina di per sé la velocità effettiva.
Altrettanto importanti sono:

• cinetica della reazione catodica,
• polarizzazione dei materiali,
• conduttività degli elettroliti,
• temperatura,
• accesso all'ossigeno,
• rapporto tra la superficie del catodo e quella dell'anodo,
• distanza tra gli elementi,
• geometria della struttura.

Pertanto, una semplice tabella dei potenziali non dovrebbe essere l'unica base per la selezione dei materiali.

Influenza della conduttività dell'elettrolita

Maggiore è la conduttività elettrica dell'ambiente, più facile è il flusso di corrente in una cella galvanica.
Pertanto, è particolarmente pericoloso acqua di mare, che, grazie all'elevato contenuto di sali disciolti, è un buon elettrolita.
In acque con conduttività molto bassa, l'interazione galvanica può essere molto più debole e spazialmente più limitata.

Corrosione galvanica in acqua di mare

L'ambiente marino crea condizioni ottimali per la formazione di celle galvaniche.
Lì accadono contemporaneamente le seguenti cose:

• elevata conduttività degli elettroliti,
• cloruri,
• contatto costante o periodico con l'acqua,
• un gran numero di materiali da costruzione diversi.

Pertanto, nelle strutture marine, la possibilità di contatto viene analizzata con particolare attenzione:

• acciaio inossidabile con acciaio al carbonio,
• acciaio inossidabile con alluminio,
• acciaio con rame e sue leghe,
• varie leghe di alluminio,
• varie qualità di acciaio inossidabile.

Come prevenire la corrosione galvanica?

I metodi più importanti per ridurre la corrosione galvanica sono:

• evitando combinazioni sfavorevoli di metalli diversi,
• selezionando materiali con i potenziali galvanici più simili in un dato ambiente,
• isolamento elettrico di vari metalli,
• utilizzo di rondelle, boccole e distanziatori isolanti,
• limitando il contatto della struttura con l'elettrolita,
• utilizzo di rivestimenti protettivi adeguati,
• evitando la configurazione anodo piccolo – catodo grande,
• progettazione appropriata delle connessioni,
• utilizzo della protezione catodica,
• utilizzo di anodi sacrificali.

Isolamento elettrico di vari metalli

Uno dei metodi più efficaci per prevenire la corrosione galvanica è interrompere il contatto elettrico tra materiali diversi.
Tra gli altri, è possibile utilizzare i seguenti metodi:

• cuscinetti isolanti,
• boccole in plastica,
• guarnizioni isolanti,
• rivestimenti non conduttivi,
• distanziatori realizzati con materiali isolanti.

Se gli elettroni non possono fluire tra i metalli, una classica cella galvanica non può funzionare correttamente.

Corrosione galvanica e corrosione interstiziale

La corrosione galvanica e la corrosione interstiziale sono meccanismi diversi, ma possono verificarsi simultaneamente nella stessa combinazione.

Corrosione galvanica e corrosione per vaiolatura

La corrosione galvanica non è lo stesso fenomeno della corrosione per vaiolatura.
La corrosione per vaiolatura può verificarsi su un materiale a causa di danni localizzati allo strato passivante, soprattutto in presenza di cloruri.
La corrosione galvanica deriva dall'interazione elettrochimica di vari materiali collegati elettricamente in presenza di un elettrolita.
Tuttavia, nella pratica entrambi i meccanismi possono verificarsi simultaneamente.

Gli errori di progettazione più comuni

Errori di progettazione apparentemente di poco conto spesso causano problemi di corrosione galvanica.
Questi includono:

• unire l'alluminio direttamente all'acciaio inossidabile in un ambiente marino,
• l'uso di piccoli elementi in acciaio al carbonio con un'ampia superficie di acciaio inossidabile,
• nessun isolamento elettrico tra metalli diversi,
• progettazione di aree di ritenzione idrica,
• danni ai rivestimenti protettivi,
• utilizzo di elementi di fissaggio inappropriati,
• mancata considerazione delle effettive condizioni operative.

Corrosione galvanica: le conclusioni più importanti

La corrosione galvanica si verifica quando due materiali metallici differenti sono in contatto elettrico e contemporaneamente in presenza di un elettrolita.
Il materiale più attivo diventa l'anodo e subisce una corrosione accelerata, mentre il materiale più nobile funge da catodo.
Il sistema è particolarmente pericoloso anodo piccolo – catodo grande, poiché il processo di corrosione è concentrato su una piccola area del materiale anodico.
Nella progettazione di giunzioni in acciaio inossidabile, occorre prestare particolare attenzione al contatto con alluminio, acciaio al carbonio, rame e altri metalli.
Il rischio dipende non solo dal tipo di materiali che vengono collegati, ma anche da il loro rapporto di superficie, il tipo di elettrolita, la temperatura, la conduttività ambientale e la geometria della costruzione.
I metodi più efficaci per limitare la corrosione galvanica sono la corretta selezione dei materiali, l'interruzione del contatto elettrico, la limitazione dell'accesso dell'elettrolita e un'adeguata progettazione del rapporto tra la superficie dell'anodo e quella del catodo.

La corrosione può verificarsi attraverso diversi meccanismi, a seconda del materiale, dell'ambiente e delle condizioni operative. Scopri altri tipi di corrosione:

Tipi di corrosione dell'acciaio e dei metalli

Corrosione uniforme di acciaio e metalli
Corrosione per vaiolatura degli acciai inossidabili
Corrosione interstiziale degli acciai inossidabili
Corrosione intergranulare dell'acciaio inossidabile
Corrosione da stress SCC
Corrosione galvanica
Corrosione erosiva
Corrosione da cavitazione
Fatica da corrosione
Corrosione da sfregamento
Corrosione microbiologica MIC
Corrosione ad alta temperatura

Classificazione della corrosione in base all'ambiente

Corrosione marina – corrosione dell'acciaio e dei metalli in acqua di mare
Korozja atmosferyczna
corrosione del terreno
Corrosione nelle acque dolci e industriali
Corrosione in ambienti clorurati
Corrosione in ambienti acidi
Corrosione in ambienti alcalini
Corrosione nei gas e nei gas di scarico
Corrosione nelle reti fognarie e di depurazione
Corrosione in ambienti chimici e petrolchimici

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