L'applicazione di Film Sottili Per la Prevenzione Della Corrosione

I film sottili sono strati molto sottili di materiali con uno spessore che varia solitamente da alcuni nanometri (10^-9 m) a diversi micrometri (10^-6 m). Come riferimento a titolo di esempio, un capello umano ha uno spessore tipico compreso tra 40 e 60 micrometri.

Nonostante il loro spessore molto piccolo, sono efficacemente utilizzati dall'industria per proteggere i metalli dalla corrosione. Ciò consente alle parti metalliche e, infine, ai prodotti realizzati con tali parti, di durare più a lungo se esposti a condizioni ambientali avverse. Il processo di applicazione di film sottili sulla superficie di materiali e componenti finiti è noto come "deposizione di film sottili".

Ad esempio, una tipica applicazione di film sottili è visibile negli specchi domestici, dove un sottile strato di metallo depositato dietro una lastra di vetro lo rende eccezionalmente riflettente.

I film sottili hanno trovato utilità anche in molte altre applicazioni della vita comune. Ad esempio, vengono utilizzati per migliorare le proprietà ottiche degli occhiali e gli obiettivi delle fotocamere; forniscono protezione antiusura ed una migliore estetica alle maniglie delle porte; consentono la finitura e una maggiore durata delle parti automobilistiche, ecc. Inoltre, l'utilizzo di film sottili si estende anche ad una vasta gamma di settori industriali: ad esempio, vengono applicati in dispositivi a semiconduttori, telecomunicazioni, display a cristalli liquidi e OLED, sistemi audio e video, compact disc, celle solari, LED, condensatori multistrato, applicazioni aerospaziali e militari.

La deposizione di film sottili può essere eseguita in una camera a vuoto o utilizzando altre tecnologie come il rivestimento a spruzzo, il rivestimento a immersione, la deposizione galvanica, ecc. Questo argomento verrà trattato nel dettaglio in un altro articolo, con particolare riferimento alle tecnologie di deposizione in camera a vuoto.

Tipi di metalli e loro vulnerabilità alla corrosione

La corrosione è il fenomeno che consiste nella perdita di materiale, solitamente dalla superficie di un metallo o lega, derivante dalla formazione di ossidi in presenza di particolari condizioni ambientali come la presenza di umidità o temperature elevate. Un esempio comune è la formazione di ruggine sulla superficie dell'acciaio, dovuta alla presenza di acqua. Ci sono molte possibili forme di corrosione che sono ben documentate in letteratura. Di solito sono classificate considerando sia il sottostante processo di corrosione, sia il particolare metallo o lega che possono essere potenzialmente interessati.

Ecco alcuni esempi di metalli / leghe utilizzati dall'industria e il relativo processo di corrosione.

Tutte queste possibili forme di danno corrosivo possono potenzialmente portare a una perdita dell'integrità meccanica e / o al deterioramento estetico delle parti e dei prodotti interessati. Gli effetti della corrosione sono enormi per le nostre vite quotidiane. Ad esempio, la durata della maggior parte degli utensili da cucina e degli apparecchi costituiti da metalli si riduce, i ponti possono addirittura collassare a causa di problemi di corrosione, con conseguenti perdite di vite umane e conseguenze sull'economia del paese. Questo, a sua volta, corrisponde a una perdita di denaro che è stata valutata globalmente in diversi trilioni di $ all'anno.
La prevenzione è il modo migliore per far sì che i metalli durino a lungo e non si corrodano dopo l'esposizione ai loro ambienti operativi, garantendo quindi alta affidabilità.

É bene considerare anche un ulteriore fattore importante: grazie alla bassa quantità di materiale protettivo che viene utilizzato unitamente alla continua ricerca di migliori tecnologie di deposizione del rivestimento, l'uso di film sottili può essere definito una tecnologia rispettosa dell'ambiente per proteggere i materiali dalla corrosione in modo sostenibile.

Il ruolo dei film sottili nella protezione dalla corrosione

La corrosione può avvenire sulla superficie di un materiale metallico in presenza di condizioni ambientali avverse. La corrosione umida, che normalmente agisce a basse temperature, si verifica in presenza di acqua a contatto con la superficie metallica nuda. La corrosione a caldo, che agisce a temperature elevate, si verifica quando l'ossigeno o altri materiali ossidanti entrano in contatto con il metallo. Pertanto, una delle possibili strategie per prevenire o rallentare la corrosione ad un tasso accettabile è di mantenere, rispettivamente, acqua o ossigeno fuori dalla portata delle parti superficiali dei metalli.

Qui è dove film sottili entrano in gioco sulla protezione dalla corrosione. Anche se ci sono molte altre tecnologie che possono essere utilizzate per lo stesso scopo (pittura, uso di inibitori, protezione attiva, ecc.), l'uso di film sottili per la protezione dalla corrosione è una delle strategie più versatili, economiche ed efficaci offerte dal mercato al giorno d'oggi.

In poche parole, i film sottili forniscono una barriera protettiva al materiale trattato, che sarà quindi protetto da liquidi o gas potenzialmente corrosivi presenti nell'ambiente di applicazione.

Per fare ciò, il film sottile deve essere in grado di resistere alla penetrazione delle sostanze liquide e / o gassose citate sopra, che possono causare corrosione e che possono eventualmente entrare in contatto con la parte esposta. Il film sottile protettivo deve essere in grado di espandersi e contrarsi con la superficie metallica rivestita senza fessurazioni, e possibilmente conservando il suo aspetto estetico per un tempo molto lungo per fornire la massima protezione mantenendo il prodotto esteticamente gradevole. Per soddisfare questi requisiti, è stata sviluppata un'ampia gamma di rivestimenti a film sottile e tecnologie di deposizione, che vanno dal comune processo di zincatura utilizzato per componenti di carpenteria, ai rivestimenti anti-tarnish utilizzati nell'industria della gioielleria, ai rivestimenti ceramici multistrato di alta gamma utilizzati per prevenire la corrosione a caldo nelle parti metalliche esposte alle alte temperature nelle turbine a gas. In alcune applicazioni, può essere consigliato anche un rivestimento protettivo con film sottile organico (pittura): questa strategia ha una storia di applicazioni lunga e di successo nel mercato automobilistico.

In generale, indipendentemente dall'applicazione specifica e dal processo di deposizione utilizzato, l'applicazione del film sottile per prevenire la corrosione comporta in genere l'uso di un primer o di uno strato di adesione, uno o più strati intermedi e uno strato superiore. Il materiale da rivestire deve essere pulito e pretrattato per migliorare l'adesione degli altri rivestimenti. Il primer aiuta a migliorare l'adesione di altri strati e fornisce una forte resistenza alla corrosione. Il primer è il rivestimento su cui verranno applicati gli strati intermedi. Il primer deve essere in grado di proteggere la superficie del materiale per diversi giorni prima dell'applicazione delle mani superiori in quanto contiene sostanze e pigmenti inibitori.

I rivestimenti intermedi vengono applicati dopo il primer (detto anche fondo). La funzione primaria delle mani intermedie è quella di aumentare lo spessore del sistema di rivestimento ed evitare la percolazione e / o la diffusione di elementi corrosivi dall'ambiente esterno al materiale di base.

Il cappotto finale applicato al materiale è chiamato top coat. È lo strato che è sempre in contatto con l'ambiente esterno. Il rivestimento superiore deve avere un aspetto ben definito (ad esempio lucido, opaco), deve essere abbastanza forte da impedire l'usura degli strati protettivi sottostanti e costituisce un'ulteriore barriera contro l'infiltrazione di sostanze pericolose verso il substrato metallico.

Possono anche essere utilizzate altre combinazioni di strati protettivi a seconda delle situazioni corrosive e dei requisiti specifici di protezione (ad esempio caratteristiche dell'ambiente di applicazione, durata prevista del componente, ecc.). In alcune situazioni, una combinazione più semplice di due soli strati o persino un rivestimento a strato singolo può essere adeguata. Queste soluzioni sono solitamente più facili da produrre e meno costose e quindi piuttosto comuni.

Conclusione

L'uso di rivestimenti a film sottile è un modo estremamente efficace per prevenire la corrosione. La loro applicazione e influenza nelle nostre vite quotidiane é innumerevole e particolarmente apprezzata. I materiali devono essere protetti dalla corrosione per aumentare la loro durata e il loro valore, e anche per salvaguardare le loro caratteristiche. Esistono molti tipi di rivestimenti protettivi basati su tecnologie a film sottile e un'ampia varietà di processi di deposizione, che saranno discussi in modo più dettagliato nei prossimi articoli di questa serie.