IL PROCESSO INDUSTRIALE A CALDO
La brunitura delle leghe ferrose è stata utilizzata, con tecniche varie, da tempo immemorabile.
Oggi la brunitura viene effettuata industrialmente utilizzando principalmente bagni a caldo appositamente formulati. Nonostante sia un processo molto diffuso , molti non sanno ancora realmente che cosa sia, quali siano le caratteristiche peculiari e quali le possibilità di utilizzo.
Ricordo che mio padre, fabbro ed appassionato di ferro battuto, bruniva i manufatti affumicandoli su un letto di trucioli accesi. Una volta che il ferro battuto era completamente annerito, lo puliva accuratamente con un panno e lo proteggeva con olio di lino, ottenendo un risultato estetico sorprendentemente piacevole.
Molti altri metodi sono stati usati nel passato per brunire i metalli; alcuni sopravvivono ancora oggi, soprattutto nel restauro o nella riproduzione di armi antiche e vengono effettuati da abili artigiani, pazientemente, con processi che durano settimane.
La composizione e le caratteristiche chimico fisiche degli strati bruniti
Oggi industrialmente, si usano soprattutto bagni a caldo appositamente formulati. Molti testi tecnici danno composizioni tipiche consistenti essenzialmente in miscele di soda caustica, nitrito di sodio e nitrato di sodio. Queste formulazioni, come tutte le altre fornite nei vari trattati e manuali specializzati, di solito non funzionano nella pratica industriale. A queste manca un complesso pacchetto di additivi che sono necessari per mantenere in efficienza le soluzioni di trattamento nel tempo.
Lo strato nero che si ottiene col classico processo di brunitura a caldo è composto da magnetite.La magnetite esiste anche in natura; il termine magnete deriva appunto da magnetite. Chimicamente è un ossido di ferro la cui formula è Fe3O4.
La magnetite è relativamente stabile. Un pezzo brunito, con uno strato di ossido dello spessore tipico di 1 micron, resiste alla corrosione meglio di una superfice non trattata. Tuttavia questa resistenza non è veramente apprezzabile, poiché l’ossido nero tende ad idratarsi a contatto con l’umidità dell’aria, formando ossido idrato rosso . La superfice brunita deve quindi essere protetta con un olio adatto.
Il miglioramento che si ottiene con l’oliatura protettiva è sorprendente rispetto ad una superficie non brunita ed oliata nello stesso modo.
Questo dipende dal fatto che le molecole di olio minerale hanno spiccate caratteristiche polari. Semplificando, sono come tanti piccoli magnetini, dotati di polarità positiva e negativa, che si attaccano molto tenacemente alla magnetite. E’ quindi l’effetto sinergico tra olio protettivo e ossido nero che determina la più alta tenuta alla corrosione rispetto alla superficie non trattata.
E’ per questa ragione che un pezzo brunito deve sempre essere mantenuto oliato.
LA TECNICA DEL DOPPIO BAGNO ED I SUOI VANTAGGI
Se la brunitura è effettuata con le migliori tecniche, su materiali adatti e protetta con oli ad alta tenuta, la resistenza alla corrosione del pezzo oliato si può definire buona. In alcuni casi il pezzo brunito ed oliato resiste per qualche decina di ore nel test in nebbia salina neutra. Per farsene un’idea, basta pensare alle canne dei fucili da caccia, che mantengono per decenni il loro bell’aspetto, nonostante siano soggetti a pioggia od umidità durante il loro utilizzo.
Come unica precauzione vengono semplicemente asciugati ed oliati quando necessario.
Una delle tecniche disponibili per ottenere il miglior strato di ossido è quella del doppio bagno, utilizzata come processo standard da ATS Tecnometal.
Questa tecnica consente di ottenere la massima densità dello strato di ossido anche su materiali con caratteristiche diverse. La tecnica del doppio bagno consiste nell’effettuare una prima leggera brunitura. Successivamente i pezzi sono raffreddati in acqua, ottenendo una sorta di stabilizzazione del rivestimento superficiale . Un secondo bagno molto più ossidante ne incrementa lo spessore , senza produrre il tipico fenomeno di iper ossidazione che tende a riattaccare il rivestimento di ossido già formato. Si ottiene così il massimo risultato estetico e protettivo.
LE CARATTERISTICHE FUNZIONALI
Se si considera l’aspetto funzionale, la magnetite ha la caratteristica peculiare di trattenere molto tenacemente l’olio minerale. Ne consegue che , almeno durante le prime fasi di scorrimento reciproco tra due superfici, la migliore lubrificazione ed un basso coefficiente di attrito vengono garantiti. Poi, inevitabilmente, a causa del suo esiguo spessore, se viene fortemente sollecitato, lo strato di ossido tende ad usurarsi. Un beneficio tuttavia permane, poiché gli adattamenti tra superfici, quando avvengono a basso coefficiente di attrito, non producono asportazione di particelle metalliche, ma deformazione plastica delle asperità. Le superfici si presentano lucide e l’usura tende a stabilizzarsi.
Per contro, uno strato di ossido perfettamente sgrassato ha un coefficiente di attrito molto alto. Questa è la ragione per cui è necessario rettificare o telare i calettamenti dei cuscinetti sugli alberi bruniti.
Se questo non fosse fatto, diverrebbe moto difficile scalettare l’accoppiamento. Negli accoppiamenti bloccati, la molecola di olio non riesce infatti a penetrare a causa delle sue dimensioni , anche se le parti sono oliate prima del calettamento. Si manifesta quindi la caratteristica tipica di elevato coefficiente di attrito tra metallo ed ossido non lubrificati. Questa caratteristica può essere sfruttata, per esempio, per rendere più stabile un accoppiamento forzato.
Un’altra caratteristica poco conosciuta è la sua stabilità termica, fino a circa 400° C, per cui la brunitura è adatta per proteggere parti soggette a temperature elevate. In queste condizioni ovviamente l’olio viene eliminato, ma ad alta temperatura l’ossido non si idrata e la tenuta alla corrosione rimane buona.
Un pezzo brunito si comporta inoltre come un corpo nero. Trasmette il calore molto più efficacemente di una superfice non trattata e questo può essere importante in componenti meccanici molto sollecitati, dove è richiesta una buona dissipazione termica.
La caratteristica più conosciuta è tuttavia quella di lasciare invariate le tolleranze di pezzi meccanici precisi. E’ in pratica il solo trattamento superficiale realizzabile in massa ed a prezzi competitivi con questa caratteristica.
LA PERCEZIONE DI QUALITA’
In aggiunta a questo, non dovrebbe essere dimenticato quanto la percezione di qualità, che si ha osservando un pezzo brunito, sia superiore rispetto a quella di un pezzo non trattato. Le parti meccaniche possono essere stoccate a lungo in magazzino, senza subire fenomeni di corrosione, mantenendo il loro bell’aspetto.
Anche in esercizio questa percezione di maggiore qualità viene evidenziata.
Su un pezzo non trattato montato su un componente meccanico appaiono facilmente, in esercizio, deboli tracce di ruggine oppure diventano visibili impronte di dita che producono leggere puntinature di corrosione, antiestetiche. I pezzi bruniti invece ne sono indenni.
