Credevo fosse diamante, e invece è… grafite!
La cosa più curiosa da sapere, per quanto riguarda la grafite – una delle forme allotropiche del carbonio, è che può considerarsi dal punto di vista chimico una gemella del diamante. Ma se ne distanzia molto per le proprietà fisiche: tanto per cominciare, è nera! E poi ha un suo, preziosissimo, utilizzo nelle operazioni di rivestimento protettivo di superfici metalliche esposte alla corrosione. Continua a leggere per scoprire di più sulla grafite e sulla grafitatura!
La grafite, un minerale prezioso per l’industria
Al tatto untuosa e scivolosa, la grafite ha lucentezza metallica e densità compresa fra 2,09 e 2,2. Estremamente morbida (con durezza variabile tra 1 e 2), è molto facile da scalfire. Solidifica nel sistema esagonale, non in forma di cristalli ben sviluppati, ma in scaglie o in masse irregolari. È il solo non-metallo buon conduttore di elettricità, mentre conduce male il calore.
Presente in natura come minerale che contiene invariabilmente impurità, è ampiamente distribuita nel mondo; importanti giacimenti si trovano in Inghilterra, Siberia, Madagascar, Messico, Sri Lanka, Canada e numerose località degli Stati Uniti.
Viene prodotta anche artificialmente, riscaldando per 11-13 settimane a 950 °C una miscela di derivati del petrolio e del carbone e trasferendo poi il prodotto della cottura in forni elettrici, dove per 4-5 settimane permane alla temperatura di 2800 °C. Gran parte del processo di grafitizzazione (cioè un riscaldamento a 2500-3000 °C) avviene non solo per la temperatura, ma anche per un raffinamento causato da riduzione a metalli e vaporizzazione degli ossidi metallici presenti nel carbone.
A cosa serve la grafite?
La grafite è utilizzata per gli elettrodi dell’industria elettrochimica, per forni elettrici o crogiuoli destinati ad altissime temperature, in vernici industriali.
E ancora, è impiegata come lubrificante (talvolta mescolata a grasso, oli o acqua), in un trattamento semipermanente che prende il nome di grafitatura e si effettua a protezione delle superfici metalliche.
Il processo di grafitatura
La grafite è un elemento lubrificante e può essere disponibile in polvere o in pasta. Garantisce come risultato l’omogeneizzazione del colore superficiale della billetta. Produce, inoltre, un effetto positivo sul consumo di gas per il riscaldo delle billette di ottone o di alluminio poiché, rendendole nere, favorisce l’assorbimento del calore.
Essendo lubrificante, per quanto riguarda gli stampi contrasta efficacemente:
- consumo
- usura
Evita, inoltre, che le billette si attacchino l’una all’altra nei forni a gas a spinta. Si tratta di un procedimento molto usato in Italia e meno in altri Paesi che, però, non è sempre possibile effettuare (per esempio nel caso di prodotti poi soggetti a cromatura).
Per l’alluminio, è interessante il trattamento realizzato con grafite non nera, ma color argento. Questa colorazione minimizza la visibilità di eventuali macchie sui pezzi.
Grafitatura e lavorazione dei metalli
Le macchine per la grafitatura sono essenzialmente dei tamburi rotanti, in cui si inseriscono i pezzi di barra tagliati, cui si aggiungono pochi grammi di grafite. Durante il tempo necessario di rotolamento, la polvere di grafite si distribuisce omogeneamente su tutti i pezzi, agevolando la successiva fase dello stampaggio a caldo.
Gli obiettivi della lubrificazione, durante la lavorazione dei metalli sono complessi. Le motivazioni per cui si interpone un materiale lubrificante tra il materiale base da lavorare e gli utensili o stampi che producono la deformazione possono riassunte in elenco:
- riduzione dell’attrito;
- riduzione dell’usura;
- realizzazione della finitura superficiale;
- controllo della temperatura;
- controllo del cambiamento di forma;
- controllo della distribuzione della sollecitazione nel prodotto.
Per quanto, in particolare, concerne la realizzazione della finitura superficiale, grazie alle loro proprietà di impedire il contatto metallo/metallo, i lubrificanti possono prevenire lo sviluppo di superfici segnate e scadenti sul prodotto. Ma produrre semplicemente una superficie non danneggiata può non bastare, perché può essere richiesto un aspetto brillante e riflettente oppure opaco. In questo senso, il lubrificante impiegato fa significativamente la differenza.
La grafite si conferma il vero lubrificante classico a film solido. Aderisce bene alle superfici metalliche e per questo viene spesso impiegata per il pre-trattamento di utensili, stampi e matrici, come additivo per gli altri lubrificanti a temperatura ambiente e, particolarmente, come lubrificante per operazioni a temperature elevate. Lo svantaggio consiste nel fatto che la grafite non è facile da rimuovere una volta terminata la lavorazione.
Per un dato processo e materiale da lavorare, la scelta di un tipo di lubrificante è spesso semplice, ma la effettiva selezione di un particolare lubrificante – composizione e condizione ottimali per l’uso – non lo è affatto. Nella realtà operativa si devono prendere in considerazione fattori così numerosi (l’attrezzatura disponibile, il tonnellaggio prodotto, la gamma di prodotti da eseguire con una data attrezzatura, dettagli di trattamenti pre- e post-lavorazione) da far sì che ciascun problema di lubrificazione debba essere trattato per conto suo. Conviene dunque arrivare alla scelta finale del lubrificante solo dopo un’attenta valutazione del lavoro.
