SCIENZA E TECNICA

Le Cadmiature

Le cadmiature elettrolitiche. Il decapaggio dei metalli.

Il cadmio è un metallo dal colore argenteo e lo si trova nel gruppo II B della tavola periodica degli elementi assieme allo Zinco e al Mercurio (sotto il particolare).

 

Il cadmio è in grado di dare un solfuro di cadmio (CdS, di colore giallo) con caratteristiche di semiconduttore, e il seleniuro di cadmio (CdSe, di colore rosso), un composto che è possibile trovare nei comuni led.
La cadmiatura è preferita alla zincatura per parti di aerei, attrezzature elettriche, strumenti di precisione ed attrezzature metalliche. Tale trattamento assicura una lunga resistenza alla corrosione ed agli agenti atmosferici e chimici. Il cadmio presenta inoltre un'altra caratteristica, può essere lucidato come l'argento.
Per quanto riguarda la cadmiatura elettrolitica è necessario trattare preventivamente il metallo da ricoprire (decapaggio), in modo da eliminare tutti quegli strati superficiali che ne impediscono il processo. Al decapaggio possono seguire altri trattamenti come la sgrassatura, la sabbiatura, ecc.

 

IL DECAPAGGIO

È un trattamento che chimicamente rende la superficie del metallo adatta ad essere ricoperta da un altro metallo. La superficie viene intaccata con acidi o alcali, affinché la stessa diventi porosa e permetta all'altro metallo di legarsi saldamente a quello sottostante. I trattamenti possono essere chimici o fisici ma in entrambi i casi si eliminano anche le scorie di ossidi che ricoprono la superficie. Il decapaggio viene solitamente operato per via chimica mediante immersione dei pezzi in soluzioni di acidi, ma può essere fatto anche in soluzioni alcaline e per via elettrolitica.
È necessario pulire preventivamente gli oggetti con solventi come la trielina, l'acetone, la benzina, il petrolio o con calce di Vienna (miscela omogenea e finissima di ossido di calcio e di ossido di magnesio), soda caustica, ecc. Dopo l'immersione gli oggetti devono essere scolati nella stessa vasca di sgrassatura e poi ben sciacquati prima del decapaggio.
Decapaggio del materiale ferroso: viene effettuato quasi esclusivamente per via chimica con soluzioni acide di acido solforico o acido cloridrico. Può variare a seconda dello stato del metallo. Esistono diversi ossidi del ferro prodotti dagli agenti atmosferici e fisici. L'attacco delle soluzioni acide alla superficie dei pezzi può essere più o meno energico e veloce a seconda della durata del trattamento, oltreché dell'ossido superficiale. L'uso dell'acido solforico è molto esteso, soprattutto perché questo acido è il meno costoso: l'acido cloridrico da di solito una superficie può pulita (lucida) ed è molto usato anche per la smaltatura. Si può adottare la seguente "ricetta":

Acido solforico: 10% in volume
Tensioattivo 0,5 ÷ 1 g/l
Inibitore 0,5 ÷ 1 g/l
Temperatura 35 ÷ 50 °C

La disossidazione è in genere lenta, durando anche parecchie ore; come inibitore potete usare la comune gelatina. La funzione dell'inibitore è quella di evitare il più possibile la corrosione del metallo, pur lasciando che l'acido intacchi l'ossido superficiale. Operando a temperature di 35 ÷ 50 °C il processo di disossidazione viene accelerato. Ovviamente la durata del trattamento dipende dallo stato più o meno ossidato della superficie metallica. È opportuno tenere sempre sotto controllo il metallo durante il processo, affinché rimanga sotto l'azione corrosiva del bagno solamente per il tempo strettamente necessario (dal minuto a più di un'ora a seconda della quantità di ossidi da rimuovere).
Decapaggio con acido cloridrico: è il più rapido e si può usare la seguente composizione:

Acido cloridrico conc. 75%
Acqua 25%
Inibitore 0,5 ÷ 1 g/l
Tensioattivo 0,5 ÷ 1 g/l
Temperatura ambiente

Consiste nel diluire l'acido cloridrico commerciale con acqua nel rapporto 1:1 fino a 1:3. La velocità di decapaggio dipende dalla temperatura e dalla concentrazione dell'acido. Lo scopo rimane quello di intaccare gli ossidi superficiali senza danneggiare il metallo sottostante; per ottenere questo bisogna usare soluzioni molto acide, temperature "calde", tempi brevi e inibitori.
Decapaggio con acido fosforico: il materiale ferroso con profondi strati di ruggine e scorie varie può essere decapato usando, una dopo l'altra, le seguenti soluzioni:
1) Acido fosforico al 15%
2) Acido fosforico al 2%
operando a 70 ÷ 90 °C per 5 ÷ 45 minuti. Nel caso di materiale ferroso con leggera ruggine è sufficiente l'uso del bagno n. 2).
Decapaggio alcalino: è utile anche per la rimozione di vernici ed altro:

Idrossido di sodio (soda caustica) 40 g/l
Carbonato sodico 15 g/l
Fosfato sodico 15 g/l
Gluconato sodico 20 g/l
Tensioattivo 0,3 g/l
Temperatura 90 ÷ 95 °C

Il tempo di immersione varia dai 5 ai 15 minuti.
Decapaggio dell'alluminio: l'alluminio è sempre ricoperto da uno strato di ossido che può essere più o meno consistente; esistono vari tipi di soluzioni ma si consiglia la seguente:

Soda caustica 20%
Temperatura 40 ÷ 45 °C
Tempo 10 ÷ 60 secondi

Decapaggio del rame: è possibile utilizzare una soluzione al 10% acido nitrico ad una temperatura di 40 ÷ 45 °C.

LA CADMIATURA

L'utilizzo dello zinco è preferito a quello del cadmio data la differenza di costi. Risulta però preferibile l'impiego di quest'ultimo quando lo zinco non è in grado di dare sufficiente protezione al materiale ferroso sottostante. La Cadmiatura viene usata in presenza di atmosfere particolarmente aggressive per salsedini, pioggie acide industriali e per quei manutatti che, per il loro valore commerciale, necessitano di adeguata protezione. I rivestimenti di cadmio possono inoltre essere applicati a spruzzo su quegli oggetti che preventivamente sono stati accuratamente decapati e puliti da tracce di grassi, vernici, ecc. Il suo aspetto gli permette di essere utilizzato anche in sostituzione dell'argento, sul quale ha anche il vantaggio di essere più facilmente pulibile. I bagni di cadmiatura più usati sono quelli al cianuro, nei quali si usano densità di corrente non troppo elevate; da soluzioni di sali semplici il cadmio si depone piuttosto granuloso e non omogeneamente. È però possibile ottenere buoni rivestimenti di cadmio da bagni acidi (solforici, fluoborici, solfammici), se si aggiungono piccole quantità di colloidi o di fenolo che favoriscono la formazione della grana fine. I bagni di cadmiatura, però, sono sensibilissimi alle impurezze per le quali danno depositi scuri, striati, sfaldati. Gli anodi devono essere di cadmio molto puro, almeno del 99,9%, con una percentuale infinitesima di impurezze, che sono estremamente deleterie al fine di una buona deposizione.
Bagni al cianuro: i componenti essenziali dei bagni al cianuro consistono nel cianuro complesso di cadmio, nel cianuro di sodio o di potassio libero e nell'idrossido di sodio o di potassio. Accanto a questi costituenti si strova sempre il carbonato alcalino che si forma spontaneamente con l'anidride carbonica dell'aria. Un bagno comune di cadmiatura opaca:

Ossido di cadmio (CdO) 23 ÷ 33 g/l
Cianuro di sodio (NaCN) 80 ÷ 110 g/l
Idrossido di sodio (NaOH) 10 ÷ 20 g/l
Temperatura 18 ÷ 25 °C
Densità di corrente 1 ÷ 3 A/dmq
Tensione 1,5 ÷ 3 V

L'intensità di corrente per litro di bagno è 1 A/H. Si può utilizzare anche la seguente composizione:

Ossido di cadmio (CdO) 20 g/l
Cianuro di sodio (NaCN) 70 g/l
Solfato di sodio (Na₂SO₄) 22 g/l
Idrato di sodio (NaOH) 8 g/l
Temperatura 20 ÷ 35 °C
pH 12 ÷ 13
Densità di corrente 2 ÷ 3 A/dmq

Allo scopo di evitare o diminuire la fragilità dei manufatti in acciaio (i bagni al cianuro possono infragilire l'acciaio), è stato messo a punto un bagno particolare denominato al cianuro ai nitrati:

Nitrato di cadmio 220 g/l
Ossido di cadmio 136 g/l
Cianuro di sodio 410 g/l
Idrossido di sodio 40 g/l
n-Amilammina 0,15 g/l

Esistono inoltre dei bagni senza cianuro:

Solfato di cadmio 305 g/l
Glicocolla 170 g/l
Ammoniaca 350 g/l
In alternativa
Solfato di cadmio 112 g/l
Trietanolammina 190 ÷ 220 g/l

I bagni acidi non sono molto usati. Hanno uno scarso potere penetrante, danno depositi opachi e necessitano sempre di aggiunte di colloidi come colla o gelatina. Per evitare deposizioni ruvido o non omogenee. Si usa acido solforico:

Ossido di cadmio 20 g/l
In alternativa
Idrossido di cadmio 24 g/l
Carbonato di cadmio 27 g/l
Acido solforico 26 g/l
Solfato di alluminio 35 g/l
Solfato di sodio 87 g/l
Colla 2,6, g/l
Temperatura ambiente
Densità corrente 1 ÷ 3 A/dmq

Un altro bagno in grado di fornire depositi aderenti e molto chiari è il seguente:

Solfato di cadmio 105 g/l
Cloruro di sodio 6 g/l
Acido borico 30 g/l
Temperatura 18 °C
Densità corrente 3 ÷ 4,5 A/dmq

Quest'ultimo è senza dubbio il più semplice. In questi bagni il pH influisce sulla grossezza della grana; un pH di 3,6 circa determina una grana grossolana mentre per pH di circa 5,3 si ottiene una struttura cristallina e piuttosto fine. Per questa ragione si usano sostanze che tamponano il pH, come l'acido borico. Aumentando la densità della corrente, che comunque è di 1-3 A/dmq, si proucono depositi molto aderenti, di ottimo aspetto e facilmente pulibili.
Un altro bagno dall'ottimo potere penetrante e adatto a figure complesse è il seguente:

Solfato di cadmio 60 g/l
Solfato di sodio 50 g/l
Acido solforico 50 g/l
Fenolo 5 g/l
Colla 5 g/l
Temperatura 18 ÷ 25 °C
pH 3,5 ÷ 4,5
Densità corrente 3 ÷ 5 A/dmq

Come ultima cosa per quanto riguarda i bagni ai cianuri vi è una tendenza a non usarli in quanto l'impatto ambientale non è dei più gradevoli. Vi sono infatti problemi di smaltimento dei rifiuti e anche piccole quantità nelle condutture causano enormi morie di pesci.

 

 

Glossario dei termini

Numero Atomico: indicato solitamente con Z, dal tedesco Zahl, detto anche numero protonico, corrispone al numero di protoni contenuti in un nucleo atomico. In un atomo neutro il numero atomico è anche pari al numero degli elettroni, in caso contrario l'atomo è detto ione. Normalmente si usa indicare tale numero come pedice sinistro del simbolo dell'elemento chimico; per esempio ₆C, poiché il carbonio ha sei protoni. Ad ogni numero atomico corrisponde un diverso elemento chimico e atomi aventi lo stesso numero atomico ma un diverso numero di neutroni sono detti isotopi.

Peso Atomico: indicata spesso con A, detta anche massa atomica, corrisponde alla massa di un atomo di un dato elemento.

Numero di massa: è pari al numero di nucleoni (ovvero protoni e neutroni) contenuti in un nucleo atomico. Tale valore si rappresenta nel modo seguente: ¹²C corrispondente all'isotopo del carbonio con numero di massa 12.

Elettronegatività: capacità di un atomo di attrarre elettroni quando prende parte ad un legame covalente, cioè quando una o più coppie di elettroni vengono messe in comune fra due atomi.

12 Dicembre, 2006

 

Correlazioni

[Il Cadmio] Numero atomico 48, peso atomico 112.411, punto di ebollizione in °C 765, punto di fusione in °C 320.9, densità Kg/dm³ 8.642, Numero di massa dell'isotopo più abbondante 114, percentuale dell'isotopo in composizione naturale 28.86, stati di ossidazione 2, elettronegatività 1.7, redox -0.40; 2+, struttura elettronica Kr 4d¹º5s². Altro…