Analisi SEM – EDS dei fenomeni di dezincificazione elettrolitica degli ottoni

L’analisi spettrometrica per dispersione di energia (Energy Dispersion Spectroscopy, da cui l’acronimo anglosassone EDS) è uno strumento della chimica che sempre più spesso accompagna le soluzioni di microscopia elettronica a scansione, costituendone di fatto un’amplificazione delle potenzialità intrinseche. Soprattutto nella sua funzione “mappa”, che permette di ottenere la distribuzione degli elementi presenti su superfici relativamente ampie, la sonda EDS si presta alla caratterizzazione di fenomeni altrimenti di difficile analisi, come è il caso della dezincificazione elettrolitica dell’ottone.

La dezincificazione dell’ottone

L’ottone è una soluzione solida sostituzionale di rame e zinco, nella quale lo zinco assolve alla funzione di soluto e il rame quella di solvente: è quindi una lega in cui gli atomi dei due costituenti rimangono fisicamente distinti.

Allo stato puro questi due metalli solidificano in sistemi cristallini diversi: il rame cristallizza in un sistema cubico a facce centrate (Figura 1), mentre lo zinco solidifica in un sistema esagonale compatto (Figura 1a, Figura 1b).

Nel caso in cui il tenore di Zinco non raggiunga il 37%, gli atomi di Zinco sostituiscono semplicemente gli atomi del Rame nel reticolo cfc di quest’ultimo: in questo caso la struttura assunta dal materiale prende il nome di fase α. La fase α degli ottoni è molto plastica e presenta una notevole deformabilità a freddo.

Quando il tenore di Zinco supera invece il 37% si ha una graduale comparsa di una fase avente struttura cubica a corpo centrato, denominata fase β, che a sua volta può disporsi in una struttura ordinata (fase β propriamente detta) o disordinata (fase β’)

La struttura ordinata è assai dura e si presta soltanto a modeste deformazioni plastiche, mentre la struttura disordinata è estremamente plastica e duttile: gli ottoni in cui coesistano le fasi α e β sono essenzialmente delle leghe da deformazione plastica a caldo.

Quando lo Zinco arriva a superare il 47% scompare la fase α e la struttura è interamente costituita da fase β, quindi non è possibile nessun trattamento di deformazione a freddo. Questi ottoni sono quindi fragili ed inadatti alla produzione di semilavorati o getti.

Una caratteristica della fase β è di essere soggetta, in esercizio, ad un fenomeno noto come dezincificazione, ossia una corrosione selettiva dello zinco che lascia inalterato il rame adiacente. Si tratta di una dealligazione selettiva di tipo galvanico, che pertanto interessa il metallo più elettronegativo (lo zinco) senza affliggere il rame, che privo del rinforzo dello zinco tende a sua volta ad essere rimosso per effetto meccanico.

Ma questo non è l’unico tipo di corrosione selettiva a cui può andare incontro l’ottone: in presenza di correnti disperse è infatti possibile una forma di corrosione elettrolitica ben più pesante e distruttiva rispetto alla piu comune forma galvanica, e la distinzione tra le due forme è spesso basilare per una corretta failure analysis.

In questo articolo andremo a illustrare quali sono le differenze morfologiche tra le due diverse corrosioni, in base a quanto rilevabile mediante SEM ed EDS.

 

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