cementazióne

Lessico

sf. [sec. XIX; da cemento].

1) Atto ed effetto del cementare; fig., rafforzamento di sentimenti, di legami spirituali e sim. Più in particolare: A) in metallurgia, trattamento superficiale che, per contatto degli elementi componenti, conduce alla formazione di uno strato di una lega o di un composto sulla superficie di un materiale metallico, in particolare di un acciaio. B) Nelle costruzioni, consolidamento stabile del terreno, ottenuto mediante procedimento di iniezione di malta di cemento in fondazioni, scarpate, pareti di scavo. C) Nell'industria mineraria, operazione che ha lo scopo di realizzare chiusure stagne di pareti di pozzi, gallerie, ecc., onde impedire l'afflusso di acque.

2) In petrografia, uno dei processi diagenetici che portano alla trasformazione di un sedimento incoerente in roccia coerente. Consiste nella precipitazione di minerali nei pori e nei vuoti del sedimento per opera di soluzioni soprasature in relazione alle condizioni chimico-fisiche dell'ambiente e circolanti all'interno del sedimento stesso.

3) In chimica, reazione attraverso la quale un metallo meno nobile ne sposta un altro più nobile dalle soluzioni dei suoi sali, precipitandolo sotto forma di “cemento”, ossia di metallo libero, in genere spugnoso e alquanto impuro. Così, aggiungendo del rottame di ferro a una soluzione che contenga del solfato di rame, il rame precipita come metallo libero, mentre la quantità corrispondente di ferro passa in soluzione sotto forma di solfato: Fe+CuSO₄ —→ FeSO₄+Cu. Questa reazione trova impiego industriale nel recupero del rame dalle ceneri di pirite. Analogamente, nell'estrazione dello zinco per via umida, il cadmio contenuto nelle soluzioni provenienti dall'attacco del minerale di zinco viene separato cementandolo con la qualità adatta di polvere di zinco, ecc.

Metallurgia

Lo spessore dello strato ottenuto per cementazione è molto piccolo (da qualche decimo di millimetro a qualche millimetro), però sufficiente a conferire alla superficie del materiale metallico particolari caratteristiche, soprattutto elevata durezza con maggiore resistenza all'usura e alla fatica, buona resistenza alla corrosione e all'ossidazione a caldo. Il processo di cementazione si realizza riscaldando a temperatura sufficientemente elevata il pezzo da trattare e mantenendolo a contatto per un tempo abbastanza lungo con la sostanza (chiamata cemento) con la quale deve avvenire lo scambio dell'elemento di cui si vuole aumentare la concentrazione. La formazione dello strato cementato avviene per diffusione dell'elemento dal cemento al metallo base. Questo trattamento termochimico di diffusione è completato da un successivo trattamento termico che ha lo scopo di migliorare, attraverso modificazioni strutturali, le proprietà del materiale metallico. I trattamenti di cementazione eseguiti sugli acciai assumono denominazioni diverse, a seconda del cemento usato: si parla quindi di cementazione carburante, nitrurazione, calorizzazione, cromatizzazione, ecc. Il trattamento più diffuso è la cementazione carburante degli acciai, che si realizza riscaldando il pezzo di una particolare composizione chimica a una temperatura intorno ai 900 ºC, a contatto di sostanze che contengono carbonio sotto varie forme (carbone vegetale, carbonati, sostanze organiche, bagni di sali fusi di cianuri di sodio e di potassio, ossido di carbonio e idrocarburi). Il risultato del trattamento è caratterizzato dall'aumento della percentuale di carbonio e dallo spessore dello strato cementato . Questi fattori sono influenzati dalla composizione dell'acciaio da cementare, dalla temperatura (che nella pratica è di 900-950 ºC), dalla durata del trattamento (8÷10 ore) e dalle sostanze cementanti. Lo strato cementato presenta concentrazioni massime di carbonio nelle zone più esterne e una graduale diminuzione verso gli strati più interni. Per quanto riguarda la composizione chimica, elementi come cromo e molibdeno, che formano carburi, favoriscono la cementazione; la presenza del nichel, pur ostacolando il processo di cementazione, è spesso richiesta in quanto il nichel, oltre a migliorare le caratteristiche meccaniche e di tenacità, ostacola l'ingrossamento dei grani, favorito dalla lunga permanenza a temperatura elevata. Il trattamento di cementazione viene eseguito su organi meccanici come alberi, rulli, anelli, ingranaggi, ecc., le cui caratteristiche superficiali devono assicurare una buona resistenza all'usura, mentre il cuore deve avere buona tenacità ed elevata resistenza agli urti. Spessori di strati cementati superiori a 1÷1,5 mm risultano di difficile realizzazione e sono consigliati unicamente quando si richiedono particolari esigenze di servizio, come per esempio nel caso di ingranaggi molto sollecitati.

Industria: il settore minerario

La cementazione si applica principalmente in tre casi: A) nelle tecniche di scavo per l'approfondimento di pozzi minerari in terreni acquiferi fratturati o incoerenti. Si praticano dei fori di sonda attraverso i quali si inietta sotto pressione latte di cemento, che si insinua nelle fratture con velocità a mano a mano decrescente; quando la velocità diviene nulla, il cemento si deposita e comincia a far presa. Per terreni argilloso-sabbiosi acquiferi, che tendono a impedire la penetrazione del cemento, si adotta la silicatizzazione. B) Nelle murature da impermeabilizzare si fanno dei fori nei quali mediante pompa si inietta il latte di cemento (eventualmente addizionato di sostanze idrofughe). C) Nei pozzi petroliferi le cementazioni, di norma con cemento fluido, sono fatte per: ancorare solidamente il casing al suolo; impedire che falde acquifere possano inquinare giacimenti di idrocarburi; separare i vari orizzonti; ridurre la quantità di acqua singenetica estratta insieme al grezzo; isolare o chiudere definitivamente il fondo dei pozzi; evitare corrosioni delle tubazioni; correggere il rapporto gas/olio durante la coltivazione; evitare la contaminazione delle acque potabili e industriali superficiali; formare un tappo in un pozzo da deviare; ecc.