Формирование патинированного слоя на поверхности бронзы

Формирование патинированного слоя на поверхности бронзы

, научный руководитель, к. х.н., доцент

Вологодский Государственный Технический Университет

г. Вологда

Бронзы обладают умеренной стойкостью к коррозии в атмосферных условиях. Под действием внешних факторов среды на ее поверхности образуется слой «патины», который является термодинамический устойчивым и предотвращает дальнейшее разрушение сплава. Состав патины сложный и зависит от химического состава атмосферы, почвы и воды. Согласно современной методике реставрации памятников химический состав материала в разные периоды их жизни меняется и зависит от его природы, условий эксплуатации и хранения. Зная химический состав патины, можно предотвратить коррозионное разрушение материала и выбрать методы реставрации.

Цель исследования – разработка нового метода реставрации бронзы на основе химического состава «патины».

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1) Моделирование процессов разрушения бронзы в лабораторных условиях и определений химического состава «патины».

2) Разработка метода реставрации бронзы.

Предмет исследования – бронза. Объект исследования – метод реставрации.

Методы исследования: фото электрометрический, метод дробного анализа, гравитационный.

На первом этапе работы в лабораторных условиях проводили эксперимент по коррозионному разрушению бронзы. Исследования проводились в течение трех лет. Образцы из бронзы помещали в эксикаторы, в которых создавались агрессивные среды: аммиак, оксид углерода (IV), оксид серы (IV), оксид азота. Температура испытаний от -10 оС до +10 0С. На основании полученных данных рассчитывается скорость коррозии. Результаты исследования представлены в таблице.

Таблица

Определение скорости формирования патины

№ опыта	Образец	Коррозионная среда	Температура, оС	pH	Влажность %	Скорость коррозии hm, г/м2 * ч
Начальный период	Средняя за год
1	Бронза	NH3	20 оC	10	80	7,8 * 10-4	0,1
2	Бронза	CO2	20 оC	6	80	4,0 * 10-6	3,9*10-5
3	Бронза	SO2	20 оC	4	80	1,0 * 10-6	3,3*10-2
4	Бронза	SO2+CO2	20 оC	4	80	9,0 * 10-6	5,4*10-4
5	Бронза	SO2+CO2	От -10 оC	4	80	9,5 * 10-6	1,4*10-4

Опыты показывают, что на поверхности бронзы образуется слой «патины» темно-зеленого цвета. Бронза быстро разрушается в среде, содержащей аммиак и восстановленные соединения серы. В начальный период наблюдаются более низкая скорость коррозии во всех средах. Химический состав поверхности «патины» показал, что основными продуктами разрушения являются аммиакаты меди, оксиды меди, карбонаты и сульфиды меди. Сульфитов и сульфатов меди в термодинамической пленке практически не обнаружено. Скорость коррозии не зависит от перепада температур.

Вторым этапом работы является разработка метода реставрации с учетом влияния факторов агрессивной среды. Для укрепления тонкого поверхностного слоя «патины» и для придания определенного цвета существуют разные химические методы обработки: фосфатных, травильных, окислительных, восстановительных растворах [1,2].

Целью придания зеленого цвета и формирования двухслойной «патины», устойчивой к действию факторов внешней среды, поверхность образца обрабатывают в растворе, содержащим медный купорос, едкий натр, аммиак. Вещества взяты в соотношениях между собой 50:10:176 мд. Вначале поверхность бронзы промывают в дистиллированной воде, сушат в потоке воздуха, обрабатывают в абсолютном спирте для снятия остаточных загрязнений и наносят кисточкой патинированный раствор. Нанесение раствора осуществляли в вытяжном шкафу через интервал 5 суток при комнатной температуре. После шестикратного нанесения на поверхности образцов появляется сначала голубая «патина», которая постепенно становится матовой зеленой. В зависимости от продолжительности выдержки на бронзе получается слой с разными адгезионными свойствами: при быстром нанесении патинированного раствора и быстрой сушке образуется слабый адгезионный слой, который легко отслаивается.

Таким образом, результаты эксперимента показывают, что наиболее агрессивными факторами внешней среды для бронзы является атмосфера, насыщенная соединениями азота и восстановленной серы. В данных условиях формируется слой губчатой «патины», которую при реставрации следует укрепить с помощью обработки патинированным раствором, содержащим соединение меди, для придания голубовато-зеленого цвета. С целью формирования пленок с хорошей адгезией «патину» необходимо формировать в течение месяца при комнатной температуре.

Литература:

1.  , , / Влияние внешних факторов на разрушение металлических памятников / Вузовская наука – региону: Материалы шестой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. – Вологда: ВоГТУ, 2008.-Т.2.- с 330-333

2.  , / Химия в реставрации, СПБ, «Центр ТЕХИНФОРМ», 2002.- с 140-142