Gli anodi di zinco del timone si corrodono preferibilmente, fornendo un flusso continuo di elettroni alla base in acciaio del timone, inibendo la reazione di ossidazione del ferro (Fe→Fe²⁺+2e⁻) e bloccando fondamentalmente il processo di corrosione elettrochimica. Ciò prolunga la vita utile del timone di 5-10 anni.
Il timone, componente fondamentale per il controllo della posizione di navigazione della nave, è costantemente immerso nell'acqua di mare. I timoni in acciaio senza protezione anticorrosione subiranno significativi fenomeni di vaiolatura e assottigliamento delle pareti in ambienti marini ad alta salinità nel giro di soli 1-2 anni. Nei casi più gravi, ciò può portare alla rottura delle pale del timone e all'inceppamento del meccanismo di governo, causando incidenti di navigazione. Grazie al potenziale elettrodico adeguato, alla corrente di uscita stabile, ai costi controllabili e al rispetto dell'ambiente, il anodo di zinco è diventato il materiale preferito per la protezione contro la corrosione del timone.
Tipi di anodi di zinco del timone
Gli anodi di zinco per timoni sono classificati in base a tre dimensioni principali: composizione chimica, forma strutturale e processo di fabbricazione. Ogni categoria presenta scenari applicativi specifici.
Anodo di zinco-alluminio-cadmio (tipo I / tipo II)
Contenuto di alluminio: 0.1%~0.5%, contenuto di cadmio: 0.025%~0.07%, impurità: ferro ≤0.0014%, piombo ≤0.003%, rame ≤0.002%. Questo tipo di anodo ha un'efficienza di corrente superiore al 95% (in acqua di mare), un basso tasso di autocorrosione ed è la scelta preferita per i timoni della maggior parte delle navi, comprese navi mercantili, pescherecci e imbarcazioni da ingegneria.
Anodo di zinco-indio (bassa temperatura)
Contenuto di indio: 0.025%~0.065%. Mantiene un'elevata attività in acqua di mare a bassa temperatura, da -20°C a 0°C. Adatto per timoni di navi che navigano in regioni polari o operano in acque ad alta latitudine, soddisfacendo i requisiti di selezione degli anodi per acque a bassa temperatura previsti dalla norma DNV-RP-B401-2021 "Progettazione della protezione catodica".
Anodo di zinco puro (tipo III)
Contenuto di zinco ≥99.99%, impurità totali ≤0.1%, potenziale dell'elettrodo stabile a -1.10 V (elettrodo di riferimento CSE), tensione di pilotaggio 0.25 V. Adatto per imbarcazioni per acque dolci interne o imbarcazioni costiere a bassa salinità.
Anodo di zinco a blocco (pala del timone)
Braccialetto anodo di zinco
Struttura semicircolare o circolare. Il diametro interno corrisponde esattamente al diametro dell'asse del timone e dell'albero del timone. Previene la corrosione negli spazi tra l'asse del timone e lo scafo.
Struttura a striscia lunga (larghezza 20-40 mm, spessore 5-10 mm), pieghevole per adattarsi ai bordi della pala del timone e agli stretti spazi in cui l'albero del timone si collega alla pala del timone.
Anodi di zinco estrusi
Prodotti tramite stampaggio per estrusione ad alta temperatura, che conferisce una struttura interna densa e priva di pori e un'elevata resistenza meccanica. Adatti per navi oceaniche e navi ad alta velocità, offrono un'uniformità di corrente in uscita superiore del 20% rispetto agli anodi fusi.
Anodi in zinco fuso
Prodotti tramite fusione, consentono la creazione di forme complesse e costano circa il 30% in meno rispetto agli anodi estrusi. Tuttavia, presentano una superficie più ruvida e sono soggetti a micropori interni, il che li rende adatti per la navigazione interna e le imbarcazioni a bassa velocità.
Applicazione degli anodi di zinco per i timoni delle navi
La selezione e la quantità di anodi di zinco per navi I timoni devono essere adattati in base all'area operativa della nave, al tonnellaggio e alle condizioni di lavoro. Secondo i requisiti di "Anodi sacrificali per la protezione catodica in acqua di mare e sedimenti salini” (T/CSCP 0001–2024), gli anodi di zinco possono essere utilizzati per la protezione del timone su tutti i tipi di imbarcazioni.
Navi oceaniche
Le navi oceaniche includono portarinfuse, portacontainer e petroliere, con tonnellaggi per lo più superiori a 10,000 tonnellate, e operano per lunghi periodi in acque oceaniche ad alta salinità e con forti correnti. Gli anodi estrusi in lega di zinco-alluminio-cadmio (Tipo I) sono la scelta preferita per gli anodi del timone. Gli anodi a blocco vengono utilizzati per la pala del timone e gli anodi a bracciale per l'asse del timone. La durata di vita degli anodi deve corrispondere al ciclo di carenaggio della nave (solitamente 5 anni). Secondo i requisiti della società di classificazione DNV, una nave portacontainer da 100,000 tonnellate richiede 8-12 anodi a blocco di zinco sulla pala del timone (ciascuno del peso di 15-20 kg) e 2-3 set di anodi a bracciale sull'asse del timone.
Navi operative costiere
Questa categoria include navi mercantili costiere, traghetti e rimorchiatori che operano in acque costiere dove la salinità è leggermente inferiore rispetto all'oceano aperto, ma le variazioni di marea sono frequenti. Il timone è soggetto a corrosione a causa dell'alternanza di condizioni umide e secche nella zona di marea. Gli anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio fusa (Tipo II) sono adatti. Alcuni rimorchiatori, a causa delle maggiori sollecitazioni sulle pale del timone durante il funzionamento, potrebbero richiedere anodi estrusi per una migliore resistenza agli urti. Queste imbarcazioni hanno in genere un tonnellaggio ridotto (solitamente inferiore a 5000 tonnellate) e la superficie della pala del timone è ridotta, quindi 3-6 anodi sono sufficienti per soddisfare i requisiti di protezione.
Navi a vela polari/ad alta latitudine
Come le navi da ricerca polare e le navi cargo che navigano lungo le rotte artiche, operano in ambienti a bassa temperatura (-30°C~0°C). Per il timone vengono selezionati anodi in lega di zinco-indio. Questo anodo mantiene un potenziale a circuito aperto stabile (-1.08V~-1.10V) in ambienti a bassa temperatura, con un'efficienza di corrente non inferiore al 90%, soddisfacendo i requisiti prestazionali per gli anodi in ambienti a bassa temperatura specificati nella norma Mil-A-18001k "Anodi sacrificali in lega di zinco".
Navi per vie navigabili interne/acque dolci
Questa categoria include chiatte per la navigazione interna, imbarcazioni da diporto e draghe per la sabbia. Queste imbarcazioni operano in acque a bassa salinità (contenuto di ioni cloruro < 500 mg/L), con una debole corrosione e un flusso d'acqua lento. Il timone può utilizzare anodi di zinco puro o anodi economici in fusione di zinco-alluminio-cadmio. È richiesto un numero limitato di anodi (2-4 anodi per pala del timone) e una vita utile di progetto di 3-4 anni è sufficiente, senza la necessità di un'elevata resistenza all'erosione.
Navi di ingegneria specializzate
Come draghe, navi gru e navi di supporto per piattaforme di perforazione, i timoni non solo sono soggetti alla corrosione dell'acqua di mare, ma possono anche entrare in contatto con fango, sabbia e fluidi di perforazione, creando un ambiente corrosivo complesso. Gli anodi dei timoni richiedono anodi in lega di zinco-alluminio-cadmio ad alta purezza (con un contenuto di impurità rigorosamente controllato secondo gli standard più rigorosi). Inoltre, la superficie dell'anodo può essere rivestita con un rivestimento antivegetativo per impedire l'adesione di organismi marini, che potrebbe causare il guasto dell'anodo. Gli anodi devono soddisfare i requisiti della norma BS EN 12496.
Standard internazionali
In quanto componente anticorrosivo fondamentale per le navi, gli anodi di zinco per timoni devono essere conformi agli standard delle società di classificazione internazionali e agli standard industriali internazionali in termini di materiali, prestazioni, installazione e ispezione. Gli standard principali sono i seguenti, con riferimenti tratti dai documenti normativi "Anodi sacrificali per la protezione catodica in acqua di mare e sedimenti salini" (T/CSCP 0001–2024) e dalle specifiche fondamentali del settore dell'anticorrosione navale.
Standard fondamentali internazionali
ASTM B418 (American Society for Testing and Materials Standard): "Anodi sacrificali in lega di zinco" è lo standard fondamentale per la produzione globale di anodi di zinco, che specifica la composizione chimica, le prestazioni elettrochimiche, le tolleranze dimensionali e i requisiti di qualità estetica degli anodi di zinco per uso marino. L'intervallo di composizione della lega zinco-alluminio-cadmio e gli indicatori di efficienza di corrente sono punti di riferimento fondamentali per gli anodi per timoni, che richiedono un'efficienza di corrente ≥95% in acqua di mare e un potenziale a circuito aperto compreso tra -1.03 V e -1.10 V (CSE).
BS EN 12496 (norma dell'Unione Europea)
"Anodi sacrificali per la protezione catodica in acqua di mare e sedimenti salini" è sviluppato per anodi sacrificali di strutture marine come navi e piattaforme offshore. Si concentra sulla regolazione dell'adattabilità degli anodi in zone soggette a marea, zone di spruzzi e zone completamente immerse, specificando che il tasso di corrosione degli anodi del timone (zona completamente immerse) deve essere ≤0.02 mm/anno e la vita utile di progetto deve essere ≥5 anni.
DNV-RP-B401-2021
Questa è una guida autorevole per la progettazione di sistemi di protezione catodica per navi, che descrive in dettaglio la densità di installazione, il calcolo della corrente richiesta e la spaziatura di installazione degli anodi del timone. Richiede che la corrente totale in uscita dagli anodi del timone soddisfi la densità di corrente protettiva della base in acciaio del timone (≥10 mA/m² in acqua di mare).
Mil-A-18001k (standard militare statunitense)
Gli "Anodi Sacrificali in Lega di Zinco" sono sviluppati per imbarcazioni militari e speciali. Il controllo del contenuto di impurità è più rigoroso rispetto alla norma ASTM B418 (ferro ≤0.001%) e richiede che l'anodo non si crepi in condizioni di vibrazioni e urti, adattandosi al difficile ambiente operativo dei timoni delle navi militari.
Conclusione
L'anodo di zinco per timoni, in quanto componente fondamentale per la protezione dalla corrosione, ha standard di selezione, installazione e produzione che incidono direttamente sulla durata utile del timone e sulla sicurezza della navigazione navale. Questa guida, basata su autorevoli standard internazionali e nazionali, definisce chiaramente i tre principali tipi di anodi di zinco per timoni (classificati in base a composizione, forma e processo di produzione), delinea con precisione soluzioni adatte a diverse tipologie di imbarcazioni, standardizza le posizioni di installazione e i requisiti obbligatori per pale e aste dei timoni e descrive in dettaglio l'intera tecnologia di produzione, dalle materie prime ai prodotti finiti. Analizza inoltre i diversi vantaggi degli anodi di zinco per timoni in titanio.
