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I diversi tipi di sgrassatura nell’acciaio inox

La sgrassatura è l’operazione che permette l’allontanamento dalla superficie dell’acciaio inox di prodotti oleosi, grassi ed estranei che possono diminuire:

• L’adesione dei rivestimenti galvanici;
• La resistenza a corrosione;
• La resistenza meccanica.

Molto spesso queste impurità sono causate da detriti o paste provenienti rispettivamente da un processo meccanico di spazzolatura o lucidatura oppure da resine collose di pellicole protettive.
La sgrassatura si differenzia dal decapaggio per la natura delle sostanze che vogliamo rimuovere dalla superficie. Nella sgrassatura vengono rimossi inquinanti di natura organica (oli minerali, animali o vegetali) che provengono da operazioni di lavorazione meccanica, trattamenti termici e pulitura meccanica. Nel decapaggio vengono rimosse sostanze di natura inorganica (ruggine, residui di saldatura, macchie, particelle solide) attraverso l’uso di sostanze acide.

Il tempo di sgrassatura dipende molto da:

• Composizione della miscela sgrassante;
• Composizione della sostanza che inquina l’acciaio.

La prima deve contenere sostanze che favoriscono l’emulsione, la solubilizzazione, la flocculazione e l’azione bagnante. In poche parole, deve agire sulla tensione superficiale della particella inquinante. La seconda può essere costituita da gruppi polari che sono assorbiti dalla superficie dell’acciaio oppure da acidi grassi liberi (acido stearico) che formano saponi metallici che aderiscono sulla superficie metallica. Questa adesione è ulteriormente rafforzata se l’acciaio subisce un innalzamento di temperatura.

La sgrassatura può essere suddivisa in 4 grandi gruppi:

• Attraverso solventi organici;
• Chimica attraverso soluzioni alcaline;
• Elettrolitica;
• Con ultrasuoni.

Sgrassatura con solventi organici

La sgrassatura con solventi organici è detta anche “pre-sgrassatura”. Questa tecnica è molto utilizzata quando il particolare deve subire successive lavorazioni non in fase acquosa (lavorazioni meccaniche) oppure in soluzioni chimiche concentrate (bagni chimici per l’elettrolucidatura).

Questo tipo di sgrassatura porta in soluzione i vari grassi aderenti alle superfici dei pezzi. Può essere effettuata per sfregamento, immersione, o vapori di solvente.
In tutti i casi è necessario eseguire una sgrassatura chimica o elettrolitica per eliminare ogni residuo sulla superficie.
I solventi organici possono essere di due tipi:

• Infiammabili;
• Non infiammabili.

I primi non vengono più utilizzati a causa di pericoli di incendio. I secondi sono liquidi più pesanti dell’acqua, limpidi, incolori, che possono essere tossici. Queste sostanze vengono utilizzate in opportune macchine che prevedono:

• Il riscaldamento del solvente (ebollizione);
• Aspirazione dei fumi;
• Distillazione e recupero del solvente;
• Getti a spruzzo per agevolare il distacco delle impurità.

La durata può variare dai 2 ai 5 minuti.  Particolare attenzione è il posizionamento del manufatto, che deve essere asciutto, all’interno della camera di sgrassatura affinché il liquido sgrassante coinvolga tutte le parti del manufatto e non si creino zone di ristagno all’interno delle cavità.

Sgrassatura chimica

La sgrassatura chimica sfrutta la reazione chimica tra una sostanza alcalina e l’impurità da rimuovere detta saponificazione. In questa reazione la sostanza chimica ha la possibilità sia di legarsi compatibilmente con oli e/o grassi,sia di legarsi con la molecola di acqua. In questo modo la sostanza permette di intrappolare le impurità all’interno di micelle ed allontanarle dalla superficie metallica. Questa sostanza è detta tensioattivo. Il tensioattivo abbassa la tensione superficiale e facilita la bagnabilità. La concentrazione di tensioattivo nella miscela di sgrassatura è molto importante perché assicura la formazione di soluzioni costituite da micelle al posto di soluzioni molecolari. Il tensioattivo conferisce alla particella di grasso/olio una forma sferica. In questo modo l’area di contatto con la superficie metallica diminuisce, favorendo il suo distacco.
Il distacco della particella impura è favorito anche dall’adesione del tensioattivo sulla superficie metallica. In questo modo si genera una repulsione tra il metallo, rivestito di tensioattivo, e l’impurità ormai in forma micellare.

Macchia di olio separata dal tensioattivo in piccole micelle disperse in fase acquosa

La concentrazione del tensioattivo è di solito molto bassa (inferiore a 0,2%) e possono essere di vario tipo:

• Cationici;
• Anionici;
• Non ionici.

L’abbassamento della tensione superficiale comporta i seguenti fenomeni:

• Emulsionamento: la sostanza grassa si stacca dalla superficie in forma di particelle liquide molto fini;
• Dispersione: il grasso viene disperso in fase acquosa, diminuendo la sua concentrazione sulla superficie metallica;
• Flocculazione: una volta che il grasso è stato rimosso dalla superficie e disperso, le particelle vengono aggregate e fatte precipitare lontano dalla superficie.

Queste tre caratteristiche costituiscono la base per avere una soluzione chimica che permetta di sgrassare la superficie in modo impeccabile.

L’applicazione della miscela sgrassante può essere:

• A spruzzo;
• A immersione.

Si usa la prima applicazione per eliminare grosse quantità di grassi e residui di pulitura. L’applicazione prevede l’utilizzo di ugelli che, ad alta pressione, spruzzano con forza la miscela sgrassante. L’azione meccanica dello spruzzo favorisce notevolmente il distacco dei grassi. Solitamente la miscela è composta da alcali con fosfati e silicati ma priva di tensioattivi schiumeggianti.

La seconda applicazione prevede l’immersione del manufatto in una soluzione ad alta temperatura all’interno di una vasca appropriata. L’alta temperatura riduce il tempo di immersione perché diminuisce la viscosità dell’impurità e aumenta la velocità delle reazioni chimiche. Quindi il potere sgrassante è dovuto principalmente all’azione combinata di:

• Temperatura (90°C);
• Potere emulsionante della soluzione;
• Agitazione meccanica.

Il tempo di immersione dipende molto dallo stato di partenza del manufatto e dalla qualità del metallo base.

Sgrassatura elettrolitica

La sgrassatura elettrolitica è il metodo più utilizzato per la preparazione dei metalli prima di una deposizione galvanica perché risulta il metodo più veloce ed efficiente tra quelli classificati.

In questo processo il metallo da pulire funge da catodo o anodo. In entrambi i casi il trattamento favorisce il distacco dei grassi per via di un forte sviluppo gassoso sul pezzo che garantisce una forte agitazione meccanica, rinnovando la soluzione sul pezzo. Il rinnovo della soluzione non è garantito nella sgrassatura  chimica a immersione perché il processo è molto statico.

Nella sgrassatura catodica si ha sviluppo di idrogeno che genera una forte azione meccanica, rimuovendo le impurità sulla superficie. Il distaccamento avviene perché le impurezze e la superficie del pezzo hanno la stessa polarità (negativa), e quindi si respingono.

Gli svantaggi sono:

• Dissoluzione di metalli in soluzione;
• Infragilimento da idrogeno.

Nella sgrassatura anodica si ha sviluppo di ossigeno che permette l’ossidazione di sostanze organiche sulla superficie dell’acciaio inox e di dissolvere film metallici che si creano durante il processo catodico. La presenza di tensioattivi anionici favoriscono notevolmente la sgrassatura.  L’unico svantaggio è: l’uso prolungato del trattamento potrebbe portare ad un’ossidazione superficiale dell’inox che potrebbe essere eliminata tramite un decapaggio elettrochimico acido.Molto spesso si cerca di accoppiare i vantaggi della sgrassatura catodica e anodica attraverso un processo di sgrassatura in corrente alternata. Le soluzioni chimiche coinvolte nel processo sono quasi sempre di natura alcalina e molto simili a quelle della sgrassatura chimica. La durata del trattamento si estende ad un massimo di 3 minuti. Le soluzioni di sgrassatura si possono differenziare in:

• Alta temperatura;
• Temperatura ambiente.

L’alta temperatura è più efficace perché:

• Le reazioni avvengono rapidamente a causa dell’aumento della conducibilità elettrica dell’elettrolita;
• Esalta i fenomeni di saponificazione, emulsione e la bagnabilità.

La sgrassatura a temperatura ambiente è molto utilizzata solo per questione puramente economiche.  In questa situazione tutti i vantaggi dell’alta temperatura sono ridotti e l’azione sgrassante è causata dall’azione meccanica del gas che gorgoglia sulla superficie dell’inox. Ovviamente in seguito alla sgrassatura segue il trattamento di lavaggio per allontanare definitivamente le impurità e della schiuma che si è sviluppata durante il trattamento. La sgrassatura elettrolitica implica una maggiore attenzione rispetto a quelle precedentemente citate a causa dell’utilizzo di apparecchiature elettroniche ma garantisce un tempistica del trattamento più rapida e molto economica. Gli errori più comuni che si possono fare sono:

• Tempo di sgrassaggio prolungato;
• Tensione troppo bassa;
• Percentuale troppo bassa della miscela in soluzione.

Se il tempo di trattamento è troppo lungo, gli atomi di idrogeno penetrano all’interno del reticolo cristallino dell’acciaio inox. Ne consegue che un possibile rivestimento galvanico si sfaldi in molte parti. Bisogna prestare molta attenzione sulla progettazione dei supporti conduttivi: se hanno una sezione troppo piccola, per effetto Joule, l’energia elettrica è dissipata in energia termica che porta alla rottura netta del supporto. Lo sgrassaggio elettrolitico si può effettuare in due modi:

• A immersione;
• A tampone.

Manufatto sgrassato elettroliticamente a immersione

La prima prevede l’uso di vasche che contengono internamente il liquido elettrolitico. Possono avere varie dimensioni e devono avere sistemi di abbattimento dei fumi e un sistema di riscaldamento del liquido. Insieme al liquido si trovano gli elettrodi che possono fungere da anodo o catodo a seconda del trattamento di sgrassaggio. Questi sono collegati a un generatore di corrente che fornisce la potenza adatta a sostenere il processo di pulizia. L’isolamento elettrico è un parametro molto importante per questa tecnologia.  Ovviamente il processo a immersione prevede l’impiego di più vasche, precisamente:

• Presgrassaggio;
• Sgrassaggio;
• Neutralizzazione;
• Lavaggio.

Se la superficie da sgrassare è già installata ed è inamovibile oppure l’area di lavoro è troppo piccola per contenere l’installazione di vasche oppure l’investimento è troppo alto, si può pensare a un sistema a tampone.

Clinox Surface: Sgrassaggio e decapaggio a tampone.

Clinox Surface in azione per pulire una lamina di acciaio per applicazioni dedicate all’enologia.

Il sistema è costituito da un generatore di corrente e da tutto il sistema idraulico ed elettrico per concentrare direttamente corrente e liquido elettrolitico direttamente sulla zona da sgrassare. Il sistema è facile e veloce. Permette di controllare istantaneamente la buona riuscita del processo. Si può passare da un processo di sgrassaggio al decapaggio velocemente, cambiando il liquido elettrolitico contenuto nelle taniche, evitando le enormi quantità di liquido contenuto nelle vasche di immersione. A differenza dell’immersione, gli step da seguire sono:

• Sgrassaggio;
• Neutralizzazione.

In questo modo i costi, legati al tempo del trattamento, diminuiscono. Il processo può essere eseguito esternamente, oppure internamente senza particolari sistemi di aspirazione poiché i valori di pericolosità sono molto più bassi del limite.

Sgrassatura ad ultrasuoni

La sgrassatura ad ultrasuoni può essere utilizzata per manufatti con forme complicate come cavità e sottosquadri o per tipologie di sporco che non possono reagire chimicamente con le soluzioni chimiche. La causa principale del distacco delle impurità è la vibrazione ultrasonica. Queste vibrazioni non sono avvertite dall’orecchio umano. Il parametro fondamentale per questa tecnologia è la velocità di propagazione. Questa dipende dalla frequenza e dalla lunghezza d’onda della materia. Se il manufatto fosse immerso in un liquido e all’interno ci fosse un generatore i ultrasuoni, le particelle di impurità sulla superficie sarebbero sottoposte alle vibrazioni ultrasoniche. Queste particelle subiranno quindi delle contrazioni e dilatazioni, che favoriscono il distacco dalla superficie dell’acciaio inox, portandole in sospensione nel liquido.

Gli ultrasuoni si differenziano in:

• Alta frequenza;
• Bassa frequenza.

Sgrassatura a ultrasuoni

Le frequenze alte sono adatte ad asportare lo sporco quando queste sono difficili da staccare. La differenza è anche nell’impacchettamento delle onde. Nel caso di alte frequenze, la distanza tra la sorgente da ultrasuoni e l’acciaio da pulire non influisce sull’intensità dell’onda. Questa situazione può essere favorevole per pulire piccole superfici. Mentre per grandi superfici abbiamo bisogno di impacchettamenti di onde non omogeneo in modo tale che tutta la superficie sa coinvolta nel processo. L’effetto che si deve ottenere per aiutare il distaccamento delle impurità è chiamato cavitazione. Questo fenomeno è negativo nella progettazione delle pompe idrauliche ma è un fattore positivo nella pulizia delle superfici. Durante la cavitazione si formano, all’interno del liquido, zone di vuoto che successivamente implodono sulla superficie dell’acciaio inox. Vengono generate da vibrazioni di forte intensità con un lungo intervallo di dilatazione del liquido. Nella maggior parte si generano fenomeni di cavitazione con una successione di 20mila volte al secondo. Il liquido di sgrassaggio può essere una soluzione alcalina o una soluzione a base di percloroetilene. Il liquido deve essere perennemente filtrato per liberarlo dalle impurezze in sospensione. A causa dell’impacchettamento delle onde, se si scelgono le alte frequenze bisogna posizionare il pezzo in una determinata posizione perché la zona è molto ristretta. Le applicazioni possono essere:

• Meccanica di precisione;
• Parti complesse;
• Industria automobilistica.