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La zincatura è uno dei trattamenti galvanici più diffusi per proteggere l’acciaio dalla corrosione e migliorarne la durata nel tempo. Attraverso il deposito di uno strato di zinco sulla superficie del componente, è possibile aumentare la resistenza agli agenti esterni e garantire prestazioni elevate anche in settori industriali particolarmente esigenti.
Quando però il trattamento riguarda acciai ad alta resistenza, è necessario prestare particolare attenzione a un fenomeno che può compromettere le caratteristiche meccaniche del materiale: l’infragilimento da idrogeno.
Durante alcune fasi del processo galvanico, infatti, l’idrogeno può penetrare nella struttura dell’acciaio e provocare una drastica riduzione della duttilità del componente. Per questo motivo, la deidrogenazione rappresenta un passaggio fondamentale per ridurre il rischio di rotture improvvise e garantire l’affidabilità del trattamento.
Che cos’è l’infragilimento da idrogeno
L’infragilimento da idrogeno (Hydrogen Embrittlement) è un fenomeno metallurgico che si verifica quando atomi di idrogeno vengono assorbiti dall’acciaio e rimangono intrappolati nella sua struttura cristallina.
La presenza di idrogeno modifica il comportamento del materiale, rendendolo meno duttile e più fragile. In condizioni di sollecitazione meccanica, il componente può sviluppare microfessure che, nel tempo, portano a una rottura di schianto improvvisa.
Uno degli aspetti più critici di questo fenomeno è che il cedimento non si manifesta subito dopo il trattamento galvanico. Un componente apparentemente conforme può evidenziare rotture differite anche dopo la messa in servizio, quando è sottoposto ai carichi di esercizio per cui è stato progettato.
Come entra l’idrogeno nel processo di zincatura?
L’assorbimento di idrogeno può avvenire in diverse fasi del trattamento galvanico. Per questo motivo, la prevenzione deve partire dalla corretta gestione dell’intero ciclo produttivo.
La preparazione superficiale dell’acciaio
Prima della zincatura, il componente viene sottoposto a trattamenti preliminari come sgrassatura, decapaggio e attivazione della superficie.
In particolare, durante il decapaggio con soluzioni acide avviene un’intensa reazione chimica con sviluppo di idrogeno gassoso che può essere assorbito dal metallo. Per limitare questo fenomeno è fondamentale controllare la concentrazione dei bagni, i tempi di immersione e impiegare appositi inibitori chimici di decapaggio, come TENSACID SX capaci di proteggere la matrice metallica. Ne è un esempio l’utilizzo di inibitori per il ferro per il contenimento dei costi e la protezione del materiale, che riducono l’attacco acido e la conseguente formazione di idrogeno libero.
La fase di deposizione elettrolitica dello zinco
Durante la zincatura elettrolitica, oltre alla deposizione dello zinco, si verifica una reazione secondaria di riduzione catodica dell’idrogeno.
La quantità di idrogeno assorbita dall’acciaio dipende da diversi fattori, tra cui la tipologia di materiale trattato, i parametri di densità di corrente utilizzati e l’efficienza del bagno galvanico. Una gestione precisa della chimica di processo consente di mantenere stabile il trattamento e limitare il fenomeno alla radice.
Quali acciai sono più soggetti all’infragilimento da idrogeno?
Il rischio non riguarda tutti gli acciai allo stesso modo. I materiali maggiormente sensibili sono quelli caratterizzati da elevata resistenza meccanica (indicativamente con carico di rottura Rₘ > 1000 MPa o durezza superiore a 310 HV).
Tra i componenti più esposti troviamo:
- bulloneria e sistemi di fissaggio ad alta resistenza (es. classi 10.9 e 12.9);
- molle e componenti elastici;
- particolari meccanici sottoposti a carichi statici e dinamici elevati;
- componenti per l’automotive, energia e industria pesante.
Per queste applicazioni ad alte prestazioni, spesso abbinate a rivestimenti ad alta protezione come soluzioni in zinco/nichel acido per l’industria, la prevenzione dell’infragilimento da idrogeno è un requisito obbligatorio previsto dai principali capitolati tecnici internazionali.
Deidrogenazione dell’acciaio: come funziona il trattamento
La deidrogenazione, conosciuta nel settore anche come baking o preriscaldo/rinvenimento anti-infragilimento, è un trattamento termico eseguito in forno dopo la zincatura per favorire l’evacuazione dell’idrogeno.
Il componente viene mantenuto a una temperatura controllata (solitamente tra i 190 °C e i 220 °C) per un periodo di tempo prolungato (da 2 fino a 24 ore), permettendo agli atomi di idrogeno di diffondersi ed uscire dalla struttura metallica prima che possano causare danni.
Perché è importante intervenire rapidamente?
L’efficacia della deidrogenazione dipende dal momento in cui viene eseguita. Il trattamento termico deve essere avviato il prima possibile dopo la zincatura (generalmente entro 2-4 ore dal termine del processo e prima di eventuali fasi di passivazione), come prescritto dalle norme ISO 9588 e ASTM B850.
Tempi e temperature variano in funzione della classe di resistenza dell’acciaio, dello spessore del pezzo e dei requisiti richiesti dall’applicazione finale.
La prevenzione parte dalla chimica del processo galvanico
La deidrogenazione termica rappresenta uno strumento indispensabile, ma la vera prevenzione dell’infragilimento da idrogeno inizia già nella vasca di processo.
La scelta di formulati chimici ad alta efficienza di corrente, come i processi OLOZINK e CROMOZINK, l’impiego di inibitori di decapaggio ad azione protettiva e il monitoraggio costante dei bagni galvanici contribuiscono a ridurre drasticamente la quota di idrogeno generata. Una chimica d’impianto studiata su misura consente di ottenere trattamenti più stabili, migliorare l’aderenza del rivestimento e aumentare l’affidabilità del componente finale.
Conclusione
L’infragilimento da idrogeno è una problematica critica che richiede massima attenzione, specialmente nella zincatura di acciai ad alta resistenza. Una corretta gestione della chimica d’impianto, unita all’applicazione rigorosa del trattamento di deidrogenazione quando richiesto, consente di eliminare i rischi di rottura differita e garantire finiture sicure e performanti.
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Domande frequenti sull’infragilimento da idrogeno nella zincatura
Che cos’è l’infragilimento da idrogeno?
L’infragilimento da idrogeno è un fenomeno metallurgico che si verifica quando gli atomi di idrogeno penetrano nella struttura dell’acciaio, riducendone la duttilità e aumentando il rischio di rotture improvvise. È una criticità che interessa soprattutto gli acciai ad alta resistenza sottoposti a trattamenti come la zincatura elettrolitica.
Tutti i componenti zincati devono essere sottoposti a deidrogenazione?
No. La deidrogenazione è generalmente necessaria per componenti realizzati in acciai ad alta resistenza o quando è espressamente richiesta dalle specifiche tecniche o dalle normative di riferimento. Per gli acciai a bassa resistenza il rischio di infragilimento da idrogeno è generalmente molto più contenuto.
Quando deve essere effettuata la deidrogenazione?
Per essere efficace, la deidrogenazione dovrebbe essere eseguita il prima possibile dopo la zincatura elettrolitica. Tempi e temperature del trattamento dipendono dal tipo di materiale, dalle caratteristiche del componente e dagli standard applicabili.
La zincatura provoca sempre infragilimento da idrogeno?
No. La zincatura elettrolitica può favorire l’assorbimento di idrogeno, ma il rischio dipende da diversi fattori, tra cui la tipologia di acciaio, i trattamenti preliminari, la gestione del processo galvanico e le condizioni operative dell’impianto.
Come si può ridurre il rischio di infragilimento da idrogeno?
La prevenzione si basa su: impiego di inibitori di attacco nel decapaggio acido, controllo delle densità di corrente nella zincatura, utilizzo di formulati chimici ad alta efficienza e tempestivo svolgimento del trattamento termico di deidrogenazione (baking) in conformità alle norme ISO/ASTM.
Fonti e riferimenti normativi
- ISO 9587 / ISO 9588 – Metallic and other inorganic coatings — Pre-treatments and Post-coating treatments of iron or steel to reduce the risk of hydrogen embrittlement.
- ASTM B849 / ASTM B850 – Standard Specification for Pre-treatments and Post-Coating Treatments of Iron or Steel for Mitigating the Risk of Hydrogen Embrittlement.
- Associazione Italiana di Metallurgia (AIM) – Linee guida ed elaborati tecnici sul comportamento degli acciai ad alta resistenza e fenomeni di corrosione/infragilimento.