L'ottone arrugginisce? Capire la corrosione e l'ossidazione dei metalli

Comprendere la corrosione è fondamentale perché riguarda il deterioramento della superficie di un oggetto, proteggendone non solo la durevolezza, ma anche l'aspetto. L'ottone, ampiamente utilizzato per la sua resistenza, malleabilità e la sua gradevole tonalità dorata, è una lega di rame e zinco. Le leghe metalliche comunemente utilizzate hanno diverse percezioni a causa delle loro caratteristiche: ad esempio, l'ottone si ossida come il ferro o l'acciaio? Questo articolo esamina la portata più ampia del deterioramento dei metalli dovuto all'ossidazione, risolvendo al contempo le problematiche relative all'ottone e alle sue interazioni con determinati fattori ambientali. Questa guida fornisce informazioni complete, dalla manutenzione degli oggetti in ottone alla loro longevità, fino alla conoscenza approfondita delle sue proprietà e dei metodi di conservazione.

Cos'è l'ottone e in che cosa si differenzia dagli altri metalli?

L'ottone è un lega composta da rame e zinco, con la proporzione di ciascun metallo che varia per ottenere proprietà specifiche. A differenza di metalli puri come alluminio o rame, l'ottone presenta una maggiore durevolezza, resistenza alla corrosione e forma uno strato protettivo antiossidante quando esposto all'aria. A differenza del ferro e dell'acciaio, l'ottone non arrugginisce a causa dell'assenza di ferro, essenziale per la formazione di ossido di ferro, ed è anche soggetto a ossidazione, una forma di ossidazione superficiale. Grazie alle sue proprietà uniche, è ampiamente utilizzato nell'industria decorativa, idraulica e nella costruzione di impianti idraulici, insieme agli strumenti musicali, dove sono ricercati sia l'estetica che la funzionalità.

L'ottone è una lega di rame e zinco

La lega composta da rame e zinco è nota come ottone. È famosa per la sua ampia gamma di applicazioni. Ogni tipo di ottone può essere adattato a specifici requisiti, come la resistenza alla corrosione, una maggiore resistenza o una migliore facilità di lavorazione, modificando le proporzioni di rame e zinco. Recentemente, l'ottone è stato ampiamente utilizzato per la produzione di componenti nei settori dell'ingegneria, dell'edilizia e dell'elettronica, grazie alle sue buone caratteristiche di conduttività e resistenza. Un buon esempio è l'ottone a basso contenuto di zinco, che possiede un'elevata resistenza alla corrosione ed è utilizzato in ambienti marini, e l'ottone ad alto contenuto di zinco, che viene utilizzato in macchine, valvole e ingranaggi dove un'elevata resistenza è fondamentale. Inoltre, le sue proprietà antimicrobiche vengono sempre più utilizzate in campo medico come superfici di contatto e dispositivi di fissaggio, rendendolo un'ampia gamma di applicazioni sicure e durevoli.

Perché l'ottone non contiene ferro

L'ottone è una lega di metalli composta prevalentemente da rame e zinco. Il ferro non è presente nella lega, poiché ne modificherebbe le caratteristiche, compromettendo di conseguenza la funzionalità dell'ottone. In molte applicazioni dell'ottone, la resistenza alla corrosione è fondamentale: la presenza di ferro nella lega ne altererebbe le proprietà. La tendenza del ferro a ossidarsi indebolirebbe l'ottone, rendendolo inadatto per applicazioni marine e all'aperto, dove la resistenza alla ruggine e all'ossidazione è fondamentale. Inoltre, le leghe prive di ferro sono più facili da lavorare e fondere, il che le rende particolarmente apprezzate nell'ingegneria di precisione. L'assenza di ferro in queste applicazioni consente all'ottone di mantenere la sua combinazione unica di resistenza, lavorabilità e resistenza, caratteristiche necessarie nei settori dell'edilizia e dell'assistenza sanitaria.

Confronto tra ottone, acciaio e acciaio inossidabile

In confronto a acciaio e inossidabile Rispetto all'acciaio, l'ottone presenta una migliore malleabilità, resistenza alla corrosione e conduttività. D'altra parte, l'acciaio inossidabile offre maggiore resistenza, resistenza e prestazioni superiori in ambienti marini e ad alta pressione rispetto ai due metalli menzionati in precedenza.

Parametro	Ottone	Acciaio	Acciaio inossidabile
Forza	Moderato	Alto	Molto alto
Corrosione	Alto	Basso	Molto alto
Conducibilità	Molto alto	Basso	Basso
Malleabilità	Alto	Moderato	Basso
La durata	Moderato	Alto	Molto alto
Costo	Moderato	Basso	Alto
Forma	Simile all'oro	Sordo	Argento Lucido
Applicazioni	Decorativo, elettrico	Strutturale	Marina, Industriale

L'ottone può arrugginire come il ferro o l'acciaio?

Capire perché i metalli non arrugginiscono

La ruggine è un esempio di corrosione, che si verifica quando il ferro reagisce con l'ossigeno e l'acqua formando ossido di ferro. L'ottone, una lega di rame e zinco, non arrugginisce perché non contiene ferro, il prerequisito per la formazione della ruggine. L'ottone può invece sviluppare una patina o ossidarsi quando esposto all'umidità o all'aria, un processo chimico diverso che non indebolisce la struttura del metallo come la ruggine. Questa protezione rende l'ottone un materiale durevole e adatto a molteplici usi, soprattutto in ambienti umidi.

Corrosione dell'ottone contro ruggine dell'acciaio

L'ossidazione dell'acciaio provoca la formazione di ruggine che indebolisce l'integrità strutturale dell'acciaio, mentre la corrosione dell'ottone avviene attraverso lo sviluppo di uno strato di patina protettiva.

Parametro	Ottone	Acciaio
Tipo di corrosione	Patina	Ruggine
Causa principale	Ossidazione	Ossidazione del ferro
Marchio	Auto-strato	Nona
La durata	Alto	Moderato
Ambiente	Adatto all'umidità	Vulnerabile
Manutenzione	Basso	Alto
Estetici	Decorativo	Industriale
Costo	Più elevato	Abbassare
Forza	Moderato	Alto
Applicazioni	Decorativo, igienico	Strutturale, per impieghi gravosi

Resistenza alla corrosione dell'ottone

La resistenza alla corrosione offerta dall'ottone, grazie alla sua proprietà di sviluppare uno strato di patina protettiva, varia in base alla sua composizione, ad esempio l'inclusione di stagno nell'ottone navale.

Cosa causa l'ossidazione dell'ottone anziché la ruggine?

Il ruolo dell'ossidazione e della patina nell'ossidazione dell'ottone

L'ossidazione è un fattore chiave nell'ossidazione dell'ottone. I pezzi in ottone tendono a ossidarsi se esposti all'aria e all'umidità, il che porta all'esposizione della componente di rame, con conseguente formazione di ossido di rame, che è l'ossidazione. Questa forma di ossidazione può alla fine formare una cappa, ovvero uno strato di carbonato di rame con sfumature verdastre e brunastre. A differenza della ruggine che si forma sul ferro e che a volte lo indebolisce, la patina che si forma sull'ottone funge da scudo e aumenta la resistenza del materiale prevenendo ulteriore ossidazione e corrosione.

Ricerche combinate, insieme a dati recenti, evidenziano che fattori ambientali come l'umidità, gli inquinanti atmosferici e alcune sostanze chimiche possono accelerare il processo di ossidazione. A titolo di esempio, i composti contenenti zolfo presenti nell'aria possono reagire con l'ottone, portando alla formazione di solfuro di rame, responsabile della colorazione scura dell'ottone. Sebbene l'ossidazione possa ridurre l'aspetto estetico dell'ottone, non ne compromette l'integrità strutturale. Pertanto, una manutenzione regolare diventa fondamentale nelle aree in cui l'aspetto è importante e in quelle in cui la resistenza non è compromessa.

Effetti dell'esposizione all'aria e all'acqua

La presenza di ossigeno, combinata con l'umidità, accelera la velocità di corrosione e ossidazione dell'ottone. L'immersione dell'ottone in acqua ne aumenta notevolmente le reazioni elettrochimiche e consente un'ossidazione più efficiente attraverso l'aria, accelerando il processo di cedimento che si traduce nella formazione della patina. La patina è una copertura protettiva di prodotti di corrosione, costituita principalmente da ossido e carbonato di rame. Questo processo può essere dannoso in un ambiente lucidato, in quanto compromette l'aspetto estetico, pur essendo protettivo in alcuni ambienti.

È stato dimostrato che l'ottone tende ad ossidarsi più rapidamente in ambienti umidi con frequente esposizione all'acqua, piuttosto che in aree asciutte. Le zone marine e costiere sono le più colpite, con tassi di corrosione circa 10 volte superiori rispetto alle aree aride, a causa degli elevati livelli di umidità, dell'aria salmastra e della frequente esposizione all'acqua. È fondamentale, soprattutto nelle applicazioni in cui l'aspetto e la longevità sono importanti, effettuare una pulizia regolare abbinata a rivestimenti protettivi come trattamenti anticorrosivi e lacche per il controllo della corrosione.

Processo di ossidazione in ottone

Nel caso dell'ottone, il processo di ossidazione è composto da diversi meccanismi chiave che si verificano nel tempo e contribuiscono al suo deterioramento. Questi includono:

• Interazione superficiale con l'ossigeno: A seconda del rapporto zinco-rame, l'ottone può formare uno strato superficiale di ossido, di rame o di zinco, che a sua volta reagisce con l'ossigeno presente nel mezzo circostante.
• Corrosione galvanica: In presenza di un elettrolita, ad esempio l'acqua di mare, l'ottone non solo si ossida ma, se abbinato o in prossimità di altri metalli incompatibili, provoca la perdita di ossidazione.
• Esposizione ai cloruri: I cloruri possono essere deviati verso quelli ricchi di elementi industriali o verso la zona marina per favorire la vaiolatura, una fase del termine lessicale più ampio di corrosione localizzata, che a sua volta attraversa la barriera protettiva di ossido.
• Cambiamenti di umidità e temperatura: Quando si verificano sbalzi di temperatura dovuti all'umidità, aumenta anche la probabilità che l'acqua si condensi, provocando la corrosione dell'ottone attraverso diverse reazioni elettrochimiche.
• Inquinanti chimici: Sebbene l'ossidazione sia un altro modo per indebolire l'integrità strutturale dell'ottone, può anche interagire con esso e formare solfuri, noti per essere altri inquinanti atmosferici, come l'anidride solforosa.
• Processi elettrochimici: Lasciando l'ottone a contatto con acqua o liquidi, sulla sua superficie si verificano azioni elettrochimiche che favoriscono il processo di ossidazione e degradazione.

Con tale comprensione, tenendo conto dei meccanismi e dei metodi individuati, sarebbe possibile definire strategie volte a salvaguardare l'ottone dall'ossidazione nel lungo termine, facendogli perdere il suo aspetto sofisticato e le sue caratteristiche peculiari.

In che modo l'acqua salata influisce sulla corrosione dell'ottone?

Ruggine dell'ottone in ambienti di acqua salata

L'ottone è molto più suscettibile alla corrosione se esposto all'acqua salata a causa della sua elevata salinità e del contenuto di sali ionici. L'attacco corrosivo sui componenti in ottone/metallo provoca una dissoluzione aggressiva delle passivazioni protettive e destabilizza ulteriormente la superficie, favorendo la corrosione per vaiolatura. Inoltre, la presenza di sodio aumenta l'attività elettrochimica, che aumenta la velocità di corrosione nel tempo. Pertanto, i rivestimenti protettivi potrebbero essere più utili per evitare il contatto con l'acqua salata, oppure l'utilizzo di leghe più resistenti rallenterebbe la corrosione.

Impatto dell'acqua di mare sugli ottoni navali

Ad oggi, la corrosione delle leghe di ottone navali dovuta all'esposizione all'acqua di mare rappresenta ancora una sfida per l'ingegneria e la costruzione navale. La ricerca dimostra che l'esposizione all'acqua di mare causa la dezincificazione, un processo attraverso il quale si formano vuoti di zinco all'interno della lega, mentre rimane uno scheletro di rame. Questo processo è più intenso nelle regioni a maggiore concentrazione (Cl-), tipiche dell'acqua di mare in tutto il mondo. Inoltre, è stato dimostrato che temperature più elevate accelerano questo effetto, il che è particolarmente importante per i mari caldi. Le raccomandazioni più recenti della scienza dei materiali suggeriscono l'utilizzo di ottoni resistenti alla dezincificazione (DZR) o di inibitori appositamente progettati come soluzioni più efficaci. Lo scopo di questi approcci è quello di mantenere le proprietà meccaniche e aumentare la durata di vita dell'ottone navale parti esposte a condizioni di acqua marina altamente corrosive.

Proteggere gli oggetti in ottone dall'esposizione all'acqua salata

Prevenire la corrosione da acqua salata sugli oggetti in ottone richiede una manutenzione protettiva, una selezione appropriata dei materiali e una combinazione di trattamenti. È noto che i componenti presenti nell'acqua salata aumentano i processi di corrosione, soprattutto a causa dei cloruri che attaccano lo strato di ossido passivo che protegge la superficie dell'ottone. Studi suggeriscono che gli oggetti in ottone non protetti in ambienti marini possono subire danni considerevoli in pochi mesi.

Rivestimenti preventivi

L'uso di rivestimenti protettivi è uno dei metodi più efficaci per prevenire la corrosione causata dall'acqua salata. I materiali consigliati includono rivestimenti marini a base di poliuretano ed epossidico, grazie alla loro capacità di creare una barriera efficace tra le superfici dell'ottone e gli elementi corrosivi. È stato dimostrato che la velocità di corrosione in presenza di elevata salinità diminuisce fino all'85% con l'applicazione di questi rivestimenti.

Protezione catodica

Un'altra delle tecniche avanzate utilizzate per la protezione dalla corrosione marina è la protezione catodica. Questo metodo pone la superficie metallica in uno stato meno reattivo, riducendola a un potenziale catodico. Questa forma di protezione è comunemente offerta da anodi sacrificali in zinco o alluminio. Uno studio recente dimostra che i componenti in ottone protetti con protezione catodica in ambienti marini possono aumentarne la durata di vita da 5 a 10 anni.

Gli oggetti in ottone esposti all'acqua salata possono essere protetti meglio con una pulizia regolare e una manutenzione preventiva. Il lavaggio regolare dei depositi di sale con acqua dolce aiuta a prevenire l'accumulo di ioni cloruro sulla superficie. Per una lucidatura protettiva, è possibile utilizzare un sottile strato di cera come strato aggiuntivo di lucidatura protettiva per una conservazione a lungo termine. Inoltre, gli spray progettati per prevenire la corrosione marina per la manutenzione ordinaria dell'ottone sono molto efficaci.

Soluzioni emergenti

La richiesta globale di componenti più resistenti ha stimolato recenti innovazioni nella scienza dei materiali, che sta attivamente sviluppando metodi per ridurre il tasso di corrosione da acqua salata sull'ottone. Gli studi dimostrano che l'ottone tradizionale è ora superato in prestazioni dalle leghe di ottone resistenti alla dezincificazione (DZR), che mostrano un aumento del 50% delle prestazioni in ambienti salini. L'integrazione di queste leghe in imbarcazioni, piattaforme petrolifere offshore e infrastrutture costiere a livello nazionale trasformerebbe la durata delle apparecchiature in ottone e ne migliorerebbe la resistenza.

La combinazione di rivestimenti, protezione catodica, manutenzione ordinaria, materiali avanzati e il resto dei metodi prescritti ridurrà i danni causati dalla corrosione in ambienti di acqua salata e prolungherà la durata di vita degli articoli in ottone.

Quali pratiche di manutenzione prevengono la corrosione dell'ottone?

Prodotti per la pulizia e la lucidatura dell'ottone

Gli oggetti in ottone possono essere puliti e lucidati con succo di limone e bicarbonato di sodio, oppure con aceto bianco mescolato ad acqua tiepida, lasciandoli in ammollo per diverse ore prima della fase di lucidatura.

Applicazione di rivestimenti protettivi all'ottone

Per proteggere la superficie in ottone, pulirla e lucidarla accuratamente e applicare rivestimenti come ProtectaClear o Everbrite UV Protective Coating, in uno strato uniforme, entro quattro ore dalla pulizia.

Ispezione regolare per segni di ossidazione e corrosione

I controlli regolari degli oggetti in ottone sono fondamentali per evitare ossidazione e corrosione, preservarne la bellezza e garantirne la longevità. Recentemente, il motore di ricerca Google ha mostrato prove che suggeriscono come i segni comuni dell'ossidazione dell'ottone siano una lucentezza opaca o scura, mentre la corrosione si manifesta come una patina blu-verdastra, indicativa di un'esposizione ambientale aggressiva. Si raccomanda di eseguire ispezioni almeno una volta al mese, in particolare per gli oggetti conservati in ambienti umidi o all'aperto. Una diagnosi precoce facilita la pulizia, la lucidatura e la riapplicazione tempestiva dello strato protettivo, prevenendo così un ulteriore deterioramento.

Domande frequenti (FAQ)

D: L'ottone è soggetto alla ruggine nello stesso modo del ferro?

R: No, l'ottone non arrugginisce allo stesso modo perché è privo di ferro, che è il costituente principale della ruggine. L'ottone può subire ossidazione o corrosione, ma non nella stessa misura del ferro, che è noto per ossidarsi più facilmente rispetto a qualsiasi altro metallo.

D: Cosa succede esattamente all'ottone che ne causa l'ossidazione?

R: L'ossidazione dell'ottone si verifica a causa della prolungata esposizione all'umidità e all'aria, che provoca l'ossidazione del rame presente nell'ottone, trasformandolo in carbonato di rame, che a sua volta ne provoca l'ossidazione.

D: Perché l'ottone non è soggetto a danni dovuti alla corrosione?

R: L'ottone è composto principalmente da rame e zinco. Questi due metalli, se sottoposti a ossidazione, formano strati di ossido protettivi passivi che inibiscono l'ulteriore ossidazione e il deterioramento.

D: L'ottone può subire qualche tipo specifico di corrosione?

R: In effetti, l'ottone è più soggetto alla dezincificazione, ovvero la rimozione selettiva dello zinco dalla lega, che si traduce in una struttura porosa e indebolita. Questo si verifica quando l'ottone viene immerso in acqua di mare stagnante.

D: È possibile utilizzare l'ottone in presenza di acqua di mare?

R: Sebbene alcuni tipi di corrosione possano essere prevenuti, l'esposizione continua all'acqua di mare può causare la dezincificazione. È necessario utilizzare tipi specifici di leghe che contengono elementi come l'arsenico per contrastare queste caratteristiche sfavorevoli.

D: Le condizioni meteorologiche possono influire sull'ottone. Spiega come.

R: Le condizioni meteorologiche possono favorire l'ossidazione dell'ottone, in particolare se esposto all'aria e all'acqua. Inoltre, la presenza di anidride carbonica e anidride solforosa può causare la graduale formazione di una patina blu-verde nel tempo.

D: Ci sono metalli che arrugginiscono o si ossidano meno di altri?

R: Tra i metalli meno reattivi ci sono l'oro e il platino. A differenza dell'ottone, questi non si ossidano né arrugginiscono. Purtroppo, tendono ad essere molto più costosi dell'ottone.

D: Come posso ottenere risultati ottimali per impedire l'ossidazione dell'ottone?

R: Nel caso dell'ottone, la mancanza di umidità e l'esposizione all'aria contribuiscono notevolmente a prevenire l'ossidazione. Anche la pulizia e l'applicazione di rivestimenti decorativi contribuiscono a migliorare l'aspetto dell'ottone.

D: Confrontando l'ottone con altri metalli, perché è considerato più resistente alla corrosione?

R: A differenza di altri metalli, l'ottone è considerato più resistente alla corrosione perché contiene uno strato protettivo di ossido che rallenta il processo di ossidazione e l'esposizione all'acqua. Questa caratteristica ne aumenta la durata rispetto a metalli più corrosivi come il ferro.

D: In che modo l'esposizione all'acqua influisce sull'ottone?

R: La dezincificazione può causare ossidazione superficiale e varie forme di corrosione. Tuttavia, rispetto al ferro e a molti altri metalli, l'ottone è molto meno suscettibile ai danni causati dall'acqua.

Fonti di riferimento

1. Studio delle modifiche indotte dall'impianto di ioni Ni+ sulla morfologia, struttura, durezza e conduttività elettrica dell'ottone

• Autore: M Shahnawaz
• Pubblicato in: Analisi di superficie e interfaccia, 2021
• Citazione: (Shahnawaz, 2021, pp. 627-636)

Abstract:

• Lo studio in oggetto si concentra sul fenomeno dell'impianto ionico e sul suo impatto sui campioni di leghe di ottone con infusione di nichel, sottolineando in particolare i complessi cambiamenti nella morfologia dei materiali e nella microstruttura cristallografica, nonché sulle loro proprietà meccaniche, come la durezza e la conduttività elettrica.
• Tra i risultati principali, l'autore ha segnalato la presenza di cluster di particelle di dimensioni microscopiche, nonché di crateri e vuoti sulla superficie dell'ottone sottoposto a impianto ionico. Ha inoltre osservato che i valori di durezza dei campioni impiantati erano inferiori a quelli dell'ottone temprato "tal quale" non impiantato.
• La conduttività elettrica ha mostrato un comportamento dose-dipendente: è aumentata fino a un valore massimo prima di diminuire con l'aumento della dose di ioni.
• Infine, è stato dimostrato che l'ottone non si corrode come la maggior parte dei metalli tradizionali; tuttavia, a livello strutturale, subisce delle modifiche che potrebbero aumentarne le proprietà di resistenza alla corrosione, grazie all'impianto ionico.

2. Impatto della corrosione salina sulla forza di legame del cavo di acciaio ottonato alla gomma

• Autori: Y. Ishikawa, S. Kawakami
• Pubblicato in: Chimica e tecnologia della gomma, 1986 (non risalente agli ultimi 5 anni, ma pertinente)
• Citazione: (Ishikawa e Kawakami, 1986, pp. 1–15)

Sommario:

• Questa pubblicazione analizza l'impatto della corrosione salina sulla forza di adesione dei cavi di acciaio ottonati e incorporati nei componenti in gomma.
• Nello studio viene spiegato il processo di corrosione salina che provoca la dezincificazione e la dissoluzione dell'ottone, compromettendo l'adesione tra ottone e gomma.
• Nonostante l'età di questo articolo, esso fornisce qualche informazione sulle condizioni in cui l'ottone potrebbe essere soggetto a corrosione, soprattutto in luoghi ricchi di sale.

3. Applicazione di rivestimenti in lega di zinco su cavi di acciaio utilizzati come rinforzo negli pneumatici dei veicoli

• Autori: H. Yan e altri
• Pubblicato in: Transazioni dell'Institute of Metal Finishing, 1999 (ancora utili, anche se non recenti)
• Citazione: (Yan e altri, 1999, pp. 71-74)

Sommario:

• Questa ricerca spiega le differenze nella struttura compositiva dei cavi di acciaio utilizzati negli pneumatici per veicoli, rivestiti con ottone o con una lega di zinco-cobalto.
• I risultati hanno dimostrato che, rispetto ai rivestimenti in ottone, i rivestimenti in zinco-cobalto offrono migliori proprietà di adesione e resistenza alla corrosione.
• Sebbene questa ricerca non si concentri sul processo di arrugginimento, dimostra la duratura resistenza alla corrosione dell'ottone e di molti altri materiali.

4. Rame

5. Metallo