Коррозия металла: разрушение бронзовых памятников

Атмосферная коррозия — это разрушение металла, происходящее в результате физико-химических процессов, протекающих на границе раздела твердая фаза — газовая среда. При этом нередко фронт реакции продвигается вглубь твердого тела, что приводит к изменению объемных свойств металла. Скорость коррозии и вид коррозионного разрушения зависят от природы металлов, влажности, загрязненности атмосферы, температуры. По природе и количеству загрязняющих примесей атмосферу разделяют на промышленную, сельскую, морскую.

Основным стимулирующим коррозию фактором является влага. В сухой атмосфере (до 60% относительной влажности) происходит окисление металла с образованием защитной пленки оксидов, и коррозия быстро затухает.

При относительной влажности выше 60% на металле возможно периодическое возникновение адсорбционных и фазовых пленок влаги. Загрязняющие атмосферу примеси (SO2, NO2, CO, NH3) растворяются в этих пленках, образуя электролит; появляются условия протекания коррозии по электрохимическому механизму. Заметная коррозия даже в промышленной атмосфере развивается при относительной влажности выше 80%. Существует критическое значение относительной влажности, ниже которого коррозия незначительна: для стали, меди, никеля и цинка эти значения лежат в пределах 70%.

Средняя скорость коррозии металлов (в г/м2.сут) в промышленной атмосфере ниже, чем в морской воде и почве (табл.1):

  Сталь Цинк Медь
Сельская атмосфера 0,017 0,014
Морская атмосфера 0,29 0,031 0,032
Пром. атмосфера 0,15 0,10 0,029
Морская вода 3,5 1,0 0,8
Почва 0,5 0,3 0,07

bron3На основании проведенных исследований было установлено, что куприт является первичным продуктом коррозии меди:

2Си +½О2 = Cu2O,

а малахит образуется из куприта:

Cu2O + ½О2 +CO2 + Н2O = СuСО3 Сu (ОН) 2

Эта последняя стадия требует присутствия диоксида углерода (СО2) и, разумеется, влаги. Таким образом, суммарный процесс коррозии меди на воздухе может быть описан уравнением:

2Сu + О2+ Н2O + С O2 = СuСО3 Сu (ОН) 2

Коррозия меди в атмосфере, содержащей диоксид серы, протекает очень медленно и приводит к образованию патины сине-зеленого цвета. Наблюдение за крышами, покрытыми медью, в Скандинавии показало, что скорость образования патины увеличивалась при возрастании концентрации SO, в атмосфере. Вновь образующаяся патина coдepжит CuS04.6Cu (OH) 2, при старении она превращается в CuS04.3Cu (OH) 2 — брохантит. При повышении относительной влажности увеличивается количество абсорбируемой SO2 на поверхности меди.

С давних пор до наших дней сплав меди — бронза — главный материал для изготовления памятников и скульптур. Существует много сортов художественных бронз, в большинстве из них присутствуют олово, цинк, свинец и фосфор. Вводятся и другие элементы, но редко применяются сплавы, легированные более чем четырьмя элементами. Из оловянистых бронз технический интерес представляют сплавы с содержанием олова до 14% по массе. Причем стойкость бронз против коррозии увеличивается с ростом содержания олова в сплаве. В настоящее время для изготовления монументальных скульптур на большинстве заводов России применяют бронзу БрОЦС 5-5-5 состава (в % по массе): Sn 4,0-6,0; Zn 4,0-6,0; Pb 4,0-6,0; Сu — остальное, как наиболее технологичную и относительно дешевую.

Испытания бронзы состава 92% Сu + 8% Sn в различных атмосферах показали, что скорость коррозии очень мала, но заметно зависит от атмосферы, в которой проводились испытания:

Скорость коррозии Пром.
атмосфера
Морская атмосфера Сельская атмосфера
мм/год 0,0147; 060183 0,0127; 0,0079 0,0206 0,0079; 0,0015

Высокая коррозионная стойкость меди и её сплавов с оловом в естественных условиях объясняется образованием на их поверхности тонких защитных слоев так называемой патины.

В промышленной атмосфере химический состав патины соответствует брохантиту. Диоксид серы, ускоряющий обычно коррозию металлов, играет в образовании патины положительную роль. В морской атмосфере в состав патины входит CuCl23Cu (OH) 2.

Цвет патины зависит от атмосферы. В атмосфере промышленного города, содержащей сернистые соединения, образуется зеленовато-черная или черная пленка, в приморских районах — ярко-зеленая. В сухих сельских местностях преобладают красновато-коричневые пленки.

Патина, образовавшаяся на поверхности памятников или скульптур с течением времени, органически присуща им и является одним из основных элементов их истории. Поэтому её следует сохранять с такой же тщательностью, как и саму скульптуру или старинные здания, камни которых разрушаются.

Существует много способов очистки памятников и скульптур, но патину нужно оставлять, так как, удаляя её слишком радикально, можно повредить как металл, так и внешний вид памятника или скульптуры. Для удаления следов пыли и гари с поверхности скульптур широко используют метод обработки поверхности мощными струями воды, однако от него лучше отказаться, поскольку он может вызвать отслоение патины и повреждение металла.

А.И. Демидов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *