Il misterioso mondo delle superfici

I Caserta Coating Days, si sono svolti presso il gruppo Laminazione Sottile il 1° e 2 ottobre.

Il 2 ottobre si è tenuto un convegno di aggiornamento professionale con la partecipazione di importanti relatori, e introdotto da Massimo Moschini, presidente del gruppo Laminazione Sottile. Relatori: Francesco Bravaccino e Aldo Ruffolo, R&D Laminazione Sottile, Antonio Felace, Rendelin, Gianluca Guidi e Giovanna Meduri, Vernital.

Di seguito riportiamo alcuni spunti tratti dalla relazione di Tullio Monetta, professore dell’Università Federico II di Napoli.

L’autore, professore del dipartimento di ingegneria dei materiali e della produzione dell’Università Federico II di Napoli, presenta un’analisi scientifica delle superfici metalliche da verniciare, ricordando la delicatezza delle stesse, come a suo tempo affermò lo scienziato Wolfgang Pauli: “Dio ha fatto le cose concrete, ma le superfici sono opera del diavolo”.
Il contenuto della “lectio magistralis” del relatore è suddiviso in 5 punti:

• cos’è una superficie
• superfici e interfacce
• struttura della superficie
• misura delle superfici
• modifica delle superfici.

COS’È UNA SUPERFICIE

È l’insieme degli “ultimi” punti appartenenti a un corpo, dove:

• numerosi processi chimico- fisici avvengono in superficie
• le caratteristiche delle superfici influenzano adesione, attrito, lubrificazione, passivazione e funzionalizzazione
• la maggior parte dei fenomeni di degrado dei materiali si verificano a partire dalla superficie.

FORMA DELLA SUPERFICIE

Il microscopio elettronico dimostra la straordinaria forma non lineare della superficie, che obbliga ai trattamenti di isolamento chimico di neutralizzazione.

INTERFACCE

Le interfacce sono costituite dai “punti di contatto” delle superfici:

• solido/gas
• solido/liquido
• solido/solido
• liquido/gas
• liquido/liquido
• liquido/solido.

Le interfacce sono di tipo omogeneo (durante la solidificazione dell’acqua si forma una sola interfaccia) ed eterogeneo (durante la solidificazione di un metallo si formano numerose interfacce).

ENERGIA SUPERFICIALE

Ogni materiale dispone di una forma di energia, ma quella libera superficiale è presente in eccesso, così che gli atomi costituenti la superficie hanno maggiore tendenza a reagire (detta tensione superficiale).

Lo si nota visivamente con l’acqua che, a contatto con la superficie, forma una goccia dovuta a questa tensione superficiale.

ENERGIA AL BORDO DI GRANOMETALLICO

Nei materiali, in cui esistono più fasi, si formano delle interfacce e quindi zone con eccessi di energia rispetto alla massa metallica. I bordi di grano sono siti preferenziali per la segregazione delle impurità presenti nel metallo e per la nucleazione dei precipitati, Sulle singole fasi si possono formare ossidi di composizione e/o struttura diverse tra loro.

SUPERFICI “REALI”

Le discontinuità riportate creano sempre un’interfaccia: legami non saturati; forze attrattive/repulsive; piani di scissione; piani di scissione delle celle unitarie.
Inoltre le interfacce spesso determinano la formazione di strati di passivazione.

I materiali possono subire danni a causa della presenza di interfacce (difetti di coesione/adesione).

Quando il materiale è esposto all’ambiente esterno, le superfici si ricoprono di numerosi strati, che si formano spontaneamente. Essi sono costituiti da ossidi, idrossidi e da sostanze organiche. Così sulla superficie dell’acciaio, esposto, all’aria, la presenza del carbonio è causata dalla CO2, presente nell’aria. La figura mostra l’analisi della composizione chimica della superficie citata.

ADESIONE DEL RIVESTIMENTO ORGANICOI/METALLO

I fenomeni principali, che contribuiscono all’adesione tra un metallo e il rivestimento organico, sono: 

• legame chimico (covalente e ionico del pretrattamento)
• interazione di corto raggio (legami d’idrogeno e forze di Van der Waals)
• ancoraggio meccanico (topografie della superficie, ad esempio, dopo sabbiatura
• influenze termodinamiche (tensione superficiale del prodotto verniciante

CONCLUSIONE

Bisogna, quindi, conoscere la superficie e studiare quali parametri influenzano in modo preponderante l’adesione e massimizzarne l’effetto, per eliminare la possibile delaminazione del rivestimento organico applicate e altri difetti fisico/meccanici, perché esiste sempre uno strato di ossido adeso alla superficie del metallo.