Corrosione galvanica: metalli dissimili e rapporto di aree

Quando due metalli diversi si toccano in presenza di umidità, si forma una pila vera e propria: il più nobile fa da catodo e si protegge, il meno nobile diventa anodo e si sacrifica corrodendo più in fretta del normale. È la corrosione galvanica, e un dettaglio geometrico spesso ignorato — il rapporto fra le aree — può trasformarla da fastidio a catastrofe.

Vediamo come nasce l’accoppiamento galvanico, a che cosa serve la serie galvanica pratica, perché il rapporto fra le aree è decisivo e come si sfrutta tutto questo nella protezione sacrificale.

L’accoppiamento galvanico

Mettendo a contatto due metalli con potenziali diversi, immersi o anche solo bagnati dallo stesso film di elettrolita, si crea una cella in cui il metallo più nobile (potenziale di riduzione più positivo) ospita la reazione catodica e resta protetto, mentre quello più attivo (potenziale più negativo) diventa anodo e si ossida. Il risultato è che il metallo meno nobile corrode più rapidamente di quanto farebbe da solo, mentre l’altro corrode meno: la corrente della pila accelera l’uno e rallenta l’altro.

La serie galvanica pratica

Per prevedere chi corroderà si usa la serie galvanica: una graduatoria dei metalli e delle leghe ordinati per nobiltà nell’ambiente reale di interesse (tipicamente acqua di mare). Attenzione: non è la stessa cosa della serie dei potenziali standard. La serie galvanica tiene conto del comportamento effettivo, comprese le pellicole passivanti che alcune leghe formano: l’acciaio inossidabile, per esempio, in condizioni passive si comporta da metallo molto nobile, ma se la sua pellicola si rompe può spostarsi bruscamente verso il lato attivo. Più due materiali sono distanti nella serie, maggiore è la spinta alla corrosione galvanica quando vengono accoppiati.

Il rapporto fra le aree: il fattore critico

Il danno galvanico non dipende solo da quali metalli, ma soprattutto dal rapporto fra l’area catodica e quella anodica. La corrente totale che fluisce dal catodo deve essere bilanciata dalla corrente che esce dall’anodo: se l’anodo è piccolo e il catodo è grande, tutta quella corrente si concentra su una superficie minuscola, e la densità di corrente locale — quindi la velocità di penetrazione — diventa enorme. La combinazione pericolosa è perciò anodo piccolo, catodo grande.

velocità di corrosione locale dell’anodo  ∝  area catodicaarea anodica

Ne deriva una regola progettuale tanto semplice quanto controintuitiva. Un rivetto o un bullone del metallo meno nobile che fissa lamiere del metallo più nobile è un disastro: il piccolo anodo viene divorato. Al contrario, fissare lamiere meno nobili con bulloni del metallo più nobile è molto più sicuro, perché il danno anodico si distribuisce su una grande superficie. Lo stesso principio spiega perché un graffio in un rivestimento nobile (come lo stagno sul ferro di un barattolo) sia pericolosissimo: espone un anodo minuscolo di ferro sotto un catodo vastissimo di stagno.

Dalla minaccia alla protezione sacrificale

La stessa fisica che rende dannosa la corrosione galvanica viene sfruttata di proposito nella protezione catodica con anodi sacrificali: si collega volontariamente alla struttura da proteggere un metallo più attivo (zinco, alluminio, magnesio) che, facendo da anodo, si consuma al posto del metallo nobile. È lo stesso principio della zincatura, esteso a scafi, serbatoi e tubazioni interrate. Il meccanismo dettagliato e il dimensionamento appartengono al pilastro sulla protezione catodica, a cui si rimanda.

Perché conta nella pratica

La corrosione galvanica è tra i guasti più frequenti e più evitabili negli impianti: nasce ovunque due materiali diversi si tocchino in presenza di umidità — raccordi, flange, bulloneria, scambiatori. Conoscere la serie galvanica e, soprattutto, la regola del rapporto di aree consente di progettare accoppiamenti sicuri, di isolare elettricamente i metalli quando serve e di scegliere consapevolmente quali punti far sacrificare. La differenza fra un impianto che dura e uno che cede prematuramente sta spesso in un bullone scelto bene.

Domande frequenti

Che cos’è la corrosione galvanica?

È la corrosione accelerata che subisce il metallo meno nobile quando è messo a contatto elettrico con un metallo più nobile in presenza di un elettrolita. Si forma una pila in cui il metallo nobile fa da catodo e si protegge, mentre quello attivo diventa anodo e corrode più in fretta del normale. Si verifica in raccordi, bulloneria, flange e ogni punto in cui due metalli diversi si toccano.

A che cosa serve la serie galvanica?

Serve a prevedere quale dei due metalli accoppiati corroderà: è una graduatoria di nobiltà nell’ambiente reale di interesse, spesso l’acqua di mare. Diversamente dalla serie dei potenziali standard, tiene conto del comportamento effettivo e delle pellicole passive. Più due materiali sono distanti nella serie, più intensa sarà la corrosione galvanica al loro accoppiamento.

Perché il rapporto fra le aree è così importante?

Perché la corrente che esce dall’anodo deve bilanciare quella raccolta dal catodo. Se l’anodo è piccolo e il catodo grande, quella corrente si concentra su una superficie minuscola e la velocità di penetrazione locale diventa enorme. La combinazione pericolosa è anodo piccolo con catodo grande: per questo un bullone del metallo meno nobile su grandi lamiere nobili viene divorato rapidamente.

Perché un barattolo stagnato corrode rapidamente se graffiato?

Perché lo stagno è più nobile del ferro: finché il rivestimento è integro protegge, ma un graffio espone un piccolo anodo di ferro accoppiato a un grande catodo di stagno. Il pessimo rapporto di aree concentra la corrosione sul ferro esposto, che si consuma in fretta. La zincatura fa l’opposto, perché lo zinco meno nobile si sacrifica e protegge anche dove è graffiato.

Come si sfrutta la corrosione galvanica per proteggere un metallo?

Con gli anodi sacrificali: si collega alla struttura da proteggere un metallo più attivo (zinco, alluminio, magnesio) che, facendo da anodo, si consuma al posto del metallo nobile, mantenuto così al riparo. È lo stesso principio della zincatura, applicato a scafi, serbatoi e tubazioni interrate. Il dimensionamento dettagliato appartiene alla protezione catodica.