PROPRIETA’ DELLO ZINCO NEI CONFRONTI DEL FERRO:
 
La principale caratteristica dello zinco nei confronti del ferro, la protezione contro la corrosione atmosferica, nasce dalla serie elettrochimica dei metalli. E’ noto con il termine di “corrosione galvanica”, quel tipo di corrosione che compare tra le facce di accoppiamento di metalli diversi in presenza di un elettrolito. Essa intacca solitamente il metallo meno nobile perché meno elettropositivo. Questa gerarchia tra metalli diversi viene determinata dal loro potenziale elettrochimico classificandoli così dai meno elettropositivi (meno nobili) ai più elettropositivi (più nobili) nell’ordine seguente:

Serie elettrochimica dei metalli
Elemento     E° (volt)
Mg    -2,34
Al    -1,67
Zn    -0,76
Cr    -0,71
Fe    -0,44
Cd    -0,40
Ni    -0,23
Sn    -0,14
Pb    -0,13
Cu    +0,35
Ag    +0,80
Au    +1,42
 
Nel caso della protezione del ferro, se si sceglie un rivestimento più nobile del metallo rivestito, ad esempio stagno su ferro, la protezione è dovuta esclusivamente alla resistenza contro la corrosione presentata dalla barriera del rivestimento stesso, che deve essere assolutamente continuo e privo di pori. Quando per una qualsiasi ragione il rivestimento viene ad essere interrotto in un punto in modo che resti scoperta la superficie del metallo sottostante, in quel punto si viene a formare un elemento galvanico locale che corrode il ferro molto più energicamente che non in assenza del rivestimento.
Se invece il metallo rivestente è meno nobile del metallo rivestito, ad esempio zinco su ferro, esso funziona nello stesso modo finché il rivestimento resta continuo, cioè per resistenza propria agli agenti corrodenti. Nel caso che si formi una soluzione di continuità, ad esempio un incisione, nel rivestimento con scoperta del metallo sottostante, il rivestimento continua ad esplicare la sua azione protettiva per effetto elettrochimico perché nell’elemento galvanico che si viene a formare, è adesso il metallo del rivestimento che, essendo meno nobile, subisce la corrosione mentre il metallo sottostante resta intaccato e perciò protetto.

TIPI DI ZINCATURA:
 
ZINCATURA TERMICA O ZINCATURA A CALDO:
E’ il procedimento più antico, semplice e diffuso di rivestimento di zinco su ferro. Si ottiene immergendo i particolari di acciaio in un bagno di zinco fuso. Il tempo di immersione varia in funzione dello spessore che si vuole ottenere. Lo zinco ha una temperatura di fusione intorno ai 419°C, per cui il bagno di zincatura ha una temperatura di esercizio che varia tra i 440° e i 460°C. Tuttavia in soluzioni particolari, si possono superare anche i 530°C , in tal caso, si parla di zincatura ad alta temperatura. Secondo le normative in uso, il contenuto di zinco del bagno di fusione non deve scendere al di sotto del 98,5% Nel corso della zincatura si crea, sulla superficie dell’acciaio, uno strato di lega ferro-zinco.
I manufatti vengono lasciati nel bagno finché hanno raggiunto la medesima temperatura. A questo punto, dopo che la superficie dello zinco fuso è stata ripulita da ossidi e residui di flusso depositatisi, è possibile estrarre i pezzi. Durante l’estrazione si forma un ulteriore rivestimento di zinco puro la cui composizione corrisponde a quella dello zinco di fusione. E’ adatta in particolare per manufatti all’aperto che non risentano delle possibili deformazioni provocate dalla elevata temperatura di trattamento e che abbiano tolleranze tali da sopportare gli elevati spessori di zinco depositato.

ZINCATURA ELETTROLITICA:
E’ un rivestimento di zinco metallo su ferro, ottenuto facendo passare una corrente elettrica in una cella contenente come elettrolitica (bagno) una soluzione acida o alcalina di sali di zinco. Il ferro da proteggere funge da catodo mentre lo zinco è l’anodo. Sotto l’azione della corrente elettrica gli ioni di zinco si depositano al catodo cioè sul ferro. Simultaneamente all’anodo entrano in soluzione dei nuovi “ioni zinco” in maniera che ci sia sempre lo stesso numero di ioni zinco nella soluzione. L’anodo si consuma nel tempo e deve essere sostituito.
Al termine del processo di elettrodeposizione dello strato di zinco si esegue solitamente una “passivazione” dello stesso per incrementarne le caratteristiche di resistenza e conferirgli la colorazione richiesta.

PREPARAZIONE DEI MANUFATTI DA ZINCARE
 
Prima di effettuare i rivestimenti di zincatura sia elettrolitica che a caldo è indispensabile un’adeguata preparazione superficiale del metallo di base del manufatto da trattare in modo da ottenere una buona aderenza del deposito. Residui di grassi ed oli vengono eliminati con un bagno di grassaggio, per il quale vengono impiegate soluzioni alcaline o acide diluite in acqua. Ad esso segue una breve immersione dei pezzi in acqua per sciacquare le superfici dalle soluzioni di grassaggio, il manufatto è successivamente sottoposto a decapaggio, normalmente eseguito a temperatura ambiente, per eliminare gli strati contaminanti propri dell’acciaio. Generalmente a tale scopo viene utilizzato acido cloridrico diluito, la durata dipende dalla concentrazione del bagno e del grado di ossidazione dei pezzi da zincare. Il manufatto è quindi nuovamente immerso in acqua per togliere resti di sali e acidi dalla superficie.

BAGNI DI ZINCATURA ELETTROLITICA:
 
Esistono sostanzialmente due famiglie di bagni per zincatura elettrolitica che si differenziano principalmente per le caratteristiche dello zinco depositato, l’uniformità del riporto ed i costi.

BAGNI ACIDI
Possono essere composti solitamente da solfato di zinco, cloruro di zinco con l’aggiunta di sale alcalino, per migliorare la conduttività, e talvolta di tamponi per mantenere il Ph costante nonché tensioattivi. Questi bagni consentono densità di corrente elevata e quindi una grande rapidità di deposizione. Il rendimento catodico è quasi al 100%, per contro i poteri di ripartizione del deposito sono inferiori ai bagni alcalini, il che limita talvolta la loro applicazione. Questi bagni grazie al loro elevato rendimento hanno la particolarità di permettere un deposito diretto sulla ghisa e sugli acciai carbonitriturati data la debole polarizzazione catodica. I depositi ottenuti si caratterizzano solitamente per una brillantezza superiore a quella ottenuta con bagni alcalini ma con una struttura che ne riduce le caratteristiche di resistenza alla corrosione rispetto ai bagni alcalini.

BAGNI ALCALINI
I bagni a base di cianuro sono stati i primi bagni di zinco brillante utilizzati industrialmente. I loro costituenti di base erano: cianuro di sodio, cianuro o ossido di zinco e soda. Questi bagni sono caratterizzati da un buon potere di ripartizione dovuto alla polarizzazione e da un rendimento di corrente da 70 all’80% a 3 A/dm2. Nel corso degli anni si sono poi sviluppati bagni alcalini senza cianuro: quelli allo zincato sodico sono i più sviluppati. Il loro rendimento è intermedio fra quello dei bagni acidi e quello dei bagni cianurati ed il loro potere di penetrazione è paragonabile a questi ultimi. Sono apprezzati principalmente per la loro capacità di depositare lo zinco in maniera uniforme su tutte le zone del pezzo e con una struttura che consente resistenze alla corrosione superiori, per contro non sempre è possibile zincare direttamente la ghisa e generalmente il loro aspetto è meno brillante rispetto alla zincatura da bagni acidi.
TRATTAMENTI FINALI:
 
DEIDROGENAZIONE
Lo sviluppo di idrogeno durante la preparazione della superficie (decapaggio, sgrassaggio elettrolitico) e la zincatura, in particolare nel bagno cianurato, può provocare un infragilimento degli acciai che può risultare particolarmente accentuato per quelli con resistenza a trazione superiore a 100 N/mm in questo caso occorre prendere opportune precauzioni durante la preparazione dei pezzi: decapaggio con inibitore, grassaggio elettrolitico anodico ed immediatamente dopo la zincatura sottoponendo i pezzi ad una deidrogenazione. Questa viene fatta in un forno riscaldato ad una temperatura di 180-200°C, per un periodo di due ore o più in funzione dello spessore dei pezzi, e prima della passivazione che altrimenti risulterebbe danneggiata.

PASSIVAZIONE
Dopo la zincatura elettrolitica o eventualmente dopo la deidrogenazione, si effettua immediatamente un trattamento di passivazione che aumenterà la resistenza alla corrosione del deposito di zinco
In funzione della composizione, della temperatura, del Ph della soluzione ed anche della durata del trattamento, si ottengono strati di spessore e colorazioni diverse. Normalmente le passivazioni sono azzurre, nere, gialle, verdi e iridescenti.
L’utilizzo dell’una o dell’altra non viene determinato solo da un fattore estetico, ma anche dalla resistenza alla corrosione e questa varia, aumentando dall’azzurra al verde.
Da più di 10 anni la sostituzione dei processi di cromatazione su zinco è stato l’obiettivo più importante per i laboratori di ricerca.
Le passivazione esenti da Cr VI sembrano un’accettabile alternativa. Il loro sviluppo è avvenuto in diverse fasi per arrivare soprattutto a soddisfacenti prestazioni di resistenza alla corrosione.
Questi processi sono in fase di definitiva industrializzazione e precedono la prossima generazione che sarà completamente esente da cromo.
L’impiego di cromo esavalente come agente passivante del deposito di zinco, presenta diversi vantaggi: La resistenza alla corrosione, le proprietà autocicatrizzanti che permettono una buona resistenza agli sfregamenti, del film di passivazione, un costo limitato ed infine una gamma dall’azzurro, giallo iridescente, al verde oliva fino al nero.
Nonostante tutti questi vantaggi esiste oggi un fondamentale inconveniente per il Cr VI, la tossicità.
E’ per questo che negli ultimi anni si sono sviluppati processi alternativi basati principalmente sull’ uso di cromo trivalente cobalto e silicio.
Queste nuove passivazioni, conformi alla direttiva Rohs, nonostante i costi più elevati e la necessità di una gestione più accorta si stanno rapidamente diffondendo e possono ora garantire, nella maggioranza dei casi, prestazioni in termini di aspetto e protezione del tutto simili a quelle basate su cromo esavalente.
Per aumentare ulteriormente la resistenza alla corrosione o standardizzare il coefficiente d’attrito dei particolari zincati si può applicare dopo la passivazione un film sigillante a base di cere, silicati o oli.

TIPI DI IMPIANTI:
I manufatti in relazione alla forma e alle dimensioni, sono trattati in bagni statici o con buratti (bagni rotogalvanici).
I piccoli particolari, come viti e bulloni, che non rischiano di aggrovigliarsi o di essere danneggiati durante un trattamento alla rinfusa possono essere trattati nei buratti. Questi girano nell’elettrolita e la corrente è portata mediante contatti disposti sulle pareti o conduttori collocati nella massa dei manufatti.
Nel bagno statico, i manufatti sono fissati a telai su barre catodiche. Tutte le parti di questi telai non destinate ad assicurare il contatto, sono protette da un rivestimento in materiale plastico.

CONTROLLI E NORMATIVE
I controlli che vengono abitualmente eseguiti sui depositi elettrolitici riguardano l’estetica, lo spessore del rivestimento, l’aderenza e la resistenza alle prove di corrosione accelerata.
Norme di riferimento per il trattamento di zincatura sono:
La UNI ISO 2081 “Rivestimenti elettrolitici di zinco su ferro o acciaio” e la UNI EN 12329 “Protezione dei materiali metallici contro la corrosione - Rivestimenti elettrolitici di zinco con trattamento supplementare su materiali ferrosi o acciaio“,che riguardano la classificazione ed i requisisti del rivestimento, il trattamento termico, i metodi di prova e la misurazione dello spessore. La norma per la definizione e convenzione riguardante la misurazione degli spessori è la UNI ISO 2064.
La norma di riferimento per l’aderenza è la UNI ISO 2819. La prova più diffusa consiste nello sfregare per 15 secondi una superficie rivestita di non più di 6 cm.2 con un apposito strumento. A prova ultimata la superficie deve risultare esente da bolle.
La norma di riferimento per corrosione è la UNI ISO 9227“Prove di corrosione in atmosfere artificiali. Prove in nebbia salina”.
Per quanto riguarda la norma di riferimento sulle passivazioni è la UNI ISO 4520 “Rivestimenti di conversione a base di cromati su rivestimenti elettrolitici di zinco e cadmio”.
La norma UNI EN ISO 16348 “Rivestimenti metallici ed altri rivestimenti inorganici: Definizioni e convenzioni relative all’aspetto estetico” fissa alcuni paletti per le valutazioni estetiche.


A seguito della “Direttiva Europea RoHS 2002/95/CE” del 27 gennaio 2003 e relativo emendamento 2005/618/CE del 18 agosto 2005, tutti gli stati membri devono assicurare che dal 1 luglio 2006 i particolari utilizzati in diversi settori non dovranno contenere:
- piombo 0,1%
- mercurio 0,1%
- cadmio 0,01%
- cromo esavalente 0,1%
La percentuale è riferita alla massima concentrazione in peso ammessa per materiali omogenei.
 
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