Comprensione della corrosione galvanica negli assiemi di fissaggio
Ogni assemblaggio meccanico che combina due metalli diversi in presenza di umidità comporta un rischio nascosto. Quando un elemento di fissaggio costituito da una lega si appoggia a un materiale di base costituito da un'altra lega, può iniziare silenziosamente una reazione elettrochimica. Questa reazione, nota come corrosione galvanica, è una delle principali cause di guasto prematuro degli elementi di fissaggio nelle strutture esterne, negli accessori marini e persino negli assemblaggi interni esposti all'umidità.
La gravità della reazione dipende dalla distanza tra i due metalli sulla scala galvanica, dalla quantità di umidità presente e dalla durata dell'esposizione del gruppo a tale umidità. Un elemento di fissaggio che sembra identico a un altro sullo scaffale può comportarsi in modo completamente diverso una volta installato, semplicemente a causa di ciò che tocca. Questo è il motivo per cui comprendere la differenza tra Acciaio inossidabile 18/8 e gli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio sono molto più importanti di quanto la maggior parte degli installatori si renda conto.
Non è necessario che un elemento di fissaggio sia immerso per corrodersi galvanicamente. Un sottile strato di condensa, pioggia o anche aria umida è un elettrolita sufficiente per avviare il processo.
Cosa succede realmente durante la corrosione galvanica
La corrosione galvanica si verifica quando due metalli diversi sono collegati elettricamente ed esposti a un elettrolita, come umidità contenente sali o minerali disciolti. Un metallo funge da anodo e perde gradualmente materiale, mentre l'altro funge da catodo ed è protetto. Quanto più distanti sono i due metalli sulla serie galvanica, tanto più veloce e aggressivo diventa questo scambio.
In termini di fissaggio, ciò significa che una vite in acciaio al carbonio inserita in un pannello di alluminio, o un bullone non trattato utilizzato contro la scossalina in rame, si corroderà molto più velocemente dello stesso dispositivo di fissaggio utilizzato su un materiale compatibile. Gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile resistono a questo processo a causa di uno strato passivo di ossido di cromo che si forma naturalmente sulla superficie, come discusso più dettagliatamente di seguito.
Ciò che rende diverso l'acciaio inossidabile 18/8
La designazione 18/8 si riferisce ad una composizione di acciaio inossidabile austenitico contenente circa il 18% di cromo e l'8% di nichel. Questa composizione è strettamente correlata a quello che viene comunemente etichettato come acciaio inossidabile di tipo 304 e nella maggior parte dei cataloghi di dispositivi di fissaggio commerciali i due termini sono usati in modo intercambiabile, poiché 18/8 è essenzialmente un modo semplificato per descrivere la famiglia di leghe 304.
- Il contenuto di cromo forma sulla superficie un sottile strato di ossido passivo autoriparante
- Il contenuto di nichel migliora la duttilità e la resistenza a un'ampia gamma di ambienti
- La lega resiste alla maggior parte dei prodotti chimici domestici, all'umidità e all'esposizione esterna moderata
- È non magnetico o solo debolmente magnetico a seconda della lavorazione a freddo durante la produzione
A causa di questo strato passivo, an Acciaio inossidabile 18 8 contro 304 il confronto è in gran parte una questione di terminologia piuttosto che una reale differenza materiale. Entrambi i termini descrivono tipicamente la stessa famiglia austenitica e gli elementi di fissaggio contrassegnati in questo modo sono ampiamente utilizzati per la ferramenta di mobili, l'assemblaggio di elettrodomestici e le costruzioni generali dove è richiesta una moderata resistenza alla corrosione.
Vale la pena notare che l'acciaio inossidabile 18/8 non è immune a tutti gli ambienti corrosivi. In condizioni ad alto contenuto di cloruro, come l'aria costiera o l'esposizione al sale antighiaccio, un grado più elevato contenente molibdeno può superare lo standard 18/8. Per la maggior parte delle applicazioni interne ed esterne moderate, tuttavia, 18/8 offre un forte equilibrio tra durata, aspetto e costo.
Elementi di fissaggio in acciaio al carbonio: punti di forza e limiti
Gli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio rimangono ampiamente utilizzati perché offrono un'elevata resistenza meccanica a un costo del materiale inferiore. A differenza dell’acciaio inossidabile, l’acciaio al carbonio non ha uno strato passivo intrinseco, il che significa che si affida interamente a rivestimenti superficiali, come la zincatura o i trattamenti di fosfatazione, per resistere alla ruggine e alla corrosione.
| Proprietà | Acciaio inossidabile 18/8 | Acciaio al carbonio (rivestito) |
|---|---|---|
| Resistenza alla corrosione di base | Alto | Basso senza rivestimento |
| Resistenza alla trazione relativa | Da moderato ad alto | Alto |
| Costo per unità | Altoer | Più in basso |
| Miglior ambiente di utilizzo | Umido, all'aperto, con lavaggio | Struttura a secco, interna, strutturale |
| Dipendenza dal rivestimento | Non richiesto | Necessario per la longevità |
Una volta che il rivestimento protettivo di un elemento di fissaggio in acciaio al carbonio viene graffiato, perforato o usurato, l'acciaio esposto diventa vulnerabile quasi immediatamente, in particolare se è a contatto con un metallo più nobile. Questa è una modalità di guasto comune nei progetti di terrazze, recinzioni e rivestimenti in cui la testa di una vite in acciaio al carbonio viene lasciata esposta alle intemperie dopo l'installazione.
Grafico delle serie galvaniche: lettura della compatibilità dei metalli
La serie galvanica classifica i metalli dal più attivo, o anodico, al più nobile, o catodico. I metalli posizionati vicini tra loro sul grafico possono generalmente essere utilizzati insieme con un rischio minimo. I metalli posizionati distanti tra loro devono essere separati con una barriera non conduttiva o evitati del tutto il contatto diretto.
| Posizione | Gruppo di metalli o leghe | Comportamento relativo |
|---|---|---|
| 1 (Molto anodico) | Magnesio e leghe di magnesio | Si corrode prima, sacrificale |
| 2 | Zinco, Acciaio Galvanizzato | Altoly active, common coating metal |
| 3 | Leghe di alluminio | Attivo, comune nei rivestimenti e nelle rifiniture |
| 4 | Acciaio al carbonio, ghisa | Attivo, richiede un rivestimento protettivo |
| 5 | Piombo, Stagno | Leggermente attivo |
| 6 | Ottone, Bronzo, Rame | Abbastanza nobile |
| 7 | Acciaio inossidabile passivo (tipo 18/8) | Nobile, protetto da strato di ossido |
| 8 (più catodico) | Titanio, Grafite | Molto nobile, raramente si corrode |
Questo a volte viene indicato come a grafico delle serie galvaniche e costituisce la base per la maggior parte delle linee guida per la selezione degli elementi di fissaggio nelle specifiche di costruzione e produzione. Come regola generale, mantenere il dispositivo di fissaggio e il materiale di base entro due o tre posizioni l'uno dall'altro su questa scala riduce sostanzialmente il rischio di corrosione accelerata.
Tabella pratica di compatibilità galvanica per accoppiamenti comuni di elementi di fissaggio
La seguente tabella semplifica la serie galvanica trasformandola in un riferimento pratico per le comuni combinazioni di elementi di fissaggio e substrati. Questo tipo di tabella compatibilità galvanica è utile per valutare rapidamente il rischio prima dell'inizio di un progetto, senza dover memorizzare l'intera classifica dei metalli.
| Materiale di fissaggio | Substrato di alluminio | Substrato in acciaio al carbonio | Substrato di rame o ottone |
|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile 18/8 | Giusto, utilizzare una barriera se bagnato a lungo termine | Bene | Bene |
| Acciaio al carbonio (rivestito) | Scarso, evitare il contatto diretto con l'ambiente umido | Bene | Povero |
| Acciaio zincato | Giusto | Bene | Povero |
| Chiusura in alluminio | Bene | Povero | Povero |
Laddove una valutazione mostri una scarsa compatibilità, l'approccio consigliato è passare a un materiale di fissaggio più compatibile o introdurre uno strato isolante non conduttivo, come una rondella polimerica o un sigillante, tra i due metalli.
Guida specifica per l'applicazione: viti per macchine e viti per truciolare
viti della macchina sono generalmente utilizzati in fori prefilettati o con dadi, rendendoli comuni in involucri, pannelli, gruppi elettrici e alloggiamenti di macchinari. Poiché queste applicazioni spesso coinvolgono pannelli metallici diversi, come involucri in alluminio o morsettiere in ottone, la scelta di un materiale per viti a macchina resistente alla corrosione è particolarmente importante quando l'assemblaggio sarà soggetto a umidità o esposizione al lavaggio.
viti per truciolare , al contrario, sono elementi di fissaggio autofilettanti progettati principalmente per pannelli a base di legno come pannelli truciolari, MDF e compensato. Questi sono ampiamente utilizzati nell'assemblaggio di mobili, nell'ebanisteria e nella costruzione leggera. Sebbene il legno in sé non causi generalmente reazioni galvaniche, le viti per truciolare entrano spesso in contatto indiretto con staffe, cerniere o connettori metallici, il che reintroduce gli stessi problemi di compatibilità discussi in precedenza.
Viti autofilettanti per truciolare progettate per l'assemblaggio di pannelli truciolari e MDF
Per mobili da esterno, ferramenta per terrazze o qualsiasi assemblaggio a base di truciolare esposto alle intemperie, un'opzione in acciaio inossidabile 18/8 è generalmente la scelta più sicura a lungo termine, poiché evita il problema della dipendenza dal rivestimento che i dispositivi di fissaggio in acciaio al carbonio comportano una volta installati ed esposti.
Selezione di elementi di fissaggio non corrosivi per costruzioni esterne
I progetti di costruzione all'aperto, tra cui terrazze, recinzioni, pergolati e finiture esterne, presentano alcune delle condizioni più impegnative per le prestazioni degli elementi di fissaggio. Le piogge, gli sbalzi di temperatura e in alcune regioni l'aria carica di sale accelerano la corrosione, in particolare sulle teste degli elementi di fissaggio lasciate esposte agli elementi.
Quando si specifica elementi di fissaggio non corrosivi e generale viti per costruzioni esterne per questi progetti, i seguenti fattori in genere contano più del costo iniziale:
- Se la testa del dispositivo di fissaggio rimarrà esposta dopo l'installazione o sarà svasata e sigillata
- Se il substrato è legname trattato, che può contenere conservanti chimici corrosivi
- Condizioni climatiche locali, tra cui umidità, esposizione al sale e cicli di gelo-disgelo
- Se l'elemento di fissaggio entra in contatto con scossaline, staffe o connettori metallici diversi
In particolare il legname trattato merita attenzione, poiché molti moderni preservanti del legno contengono composti a base di rame. Il rame si trova relativamente in alto nella serie galvanica, il che significa che gli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio non trattato inseriti nel legname trattato possono corrodersi molto più velocemente rispetto al legno non trattato. Questa è una delle cause più comuni e sottovalutate di cedimento prematuro degli elementi di fissaggio nelle pavimentazioni esterne.
Un semplice processo decisionale per la selezione dei materiali di fissaggio
Invece di memorizzare l’intera serie galvanica, la maggior parte dei progetti può essere guidata attraverso un breve processo decisionale per arrivare alla scelta del dispositivo di fissaggio appropriato.
Questo flusso di lavoro è intenzionalmente semplificato, ma riflette il modo in cui la maggior parte dei prescrittori di dispositivi di fissaggio affronta nella pratica la selezione dei materiali: inizia con le condizioni di esposizione, quindi restringe il campo in base a ciò che il dispositivo di fissaggio entrerà fisicamente in contatto una volta installato.
Confronto del valore a lungo termine, non solo del prezzo unitario
Un errore comune nella scelta degli elementi di fissaggio è confrontare solo il prezzo unitario dell’acciaio inossidabile con quello delle opzioni dell’acciaio al carbonio. Negli ambienti soggetti a corrosione, il confronto dei costi totali dovrebbe includere il costo della manodopera e del materiale per la sostituzione degli elementi di fissaggio guasti, i potenziali danni ai materiali circostanti dovuti a macchie di ruggine e il rischio di allentamento strutturale se un elemento di fissaggio si indebolisce nel tempo.
| Considerazione | Acciaio inossidabile 18/8 | Acciaio al carbonio |
|---|---|---|
| Costo iniziale | Altoer | Più in basso |
| Vita utile prevista in condizioni di bagnato | Lungo | Da breve a moderato |
| Requisito di manutenzione | Minimo | Necessaria ispezione periodica |
| Rischio di macchiare il materiale circostante | Basso | Altoer, especially with rust bleed |
Per i progetti in cui gli elementi di fissaggio sono di difficile accesso dopo l'installazione, come l'intelaiatura strutturale dietro i rivestimenti, il costo iniziale più elevato dell'acciaio inossidabile è spesso compensato dalla manodopera sostitutiva evitata durante la vita della struttura.
Domande frequenti
Q1: È significativo un confronto tra acciaio inossidabile 18 8 e acciaio inossidabile 304 o sono lo stesso materiale?
In termini pratici, gli acciai inossidabili 18/8 e 304 si riferiscono essenzialmente alla stessa famiglia di leghe austenitiche. L'etichetta 18/8 descrive il contenuto approssimativo di cromo e nichel, mentre 304 è la designazione formale del grado. La maggior parte degli elementi di fissaggio venduti con entrambi i nomi hanno prestazioni simili nell'uso generale.
D2: Gli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio e acciaio inossidabile possono mai essere utilizzati insieme in modo sicuro?
Possono, in ambienti interni asciutti dove l'umidità non è un fattore, poiché la corrosione galvanica richiede che si verifichi un elettrolita. In qualsiasi applicazione esposta a pioggia, umidità o pulizia con lavaggio, il contatto diretto tra i due deve essere evitato o isolato con una barriera non conduttiva.
D3: Perché alcune opzioni di viti in acciaio inox costano molto di più rispetto alle equivalenti in acciaio al carbonio rivestito?
Le leghe di acciaio inossidabile contengono una percentuale maggiore di cromo e nichel, entrambi materie prime più costose rispetto al semplice acciaio al carbonio. Il costo aggiuntivo riflette sia la composizione del materiale che la resistenza alla corrosione che si ottiene senza fare affidamento su un rivestimento esterno.
Q4: Le viti per truciolare devono essere in acciaio inossidabile per il montaggio di mobili da interni?
Generalmente no. L'assemblaggio di mobili da interni in condizioni asciutte in genere non richiede l'acciaio inossidabile e le viti per pannelli truciolari rivestiti standard funzionano adeguatamente. L'acciaio inossidabile diventa più importante per i mobili da esterno, i mobili del bagno o qualsiasi applicazione esposta a umidità costante.
D5: Come posso sapere se un guasto dell'elemento di fissaggio è stato causato specificamente dalla corrosione galvanica?
La corrosione galvanica mostra tipicamente vaiolatura concentrata o perdita di materiale nel punto di contatto tra due metalli diversi, piuttosto che ruggine superficiale uniforme su tutto l'elemento di fissaggio. Se la corrosione è più intensa esattamente nel punto in cui due metalli diversi si toccano, l'azione galvanica è probabilmente un fattore che contribuisce.
