wyszukiwanie zaawansowane
» » Korozja żelaza cz.1

Kontakt

  • Strefa Konserwatora
    FHU "MalTa" Malwina Lisiecka
    Budy Siennickie 61
    05-190 Nasielsk
    NIP: 113-197-11-24
    REGON: 015121462
    NIP: 113-197-11-24
  • E-mail:sklep@strefakonserwatora.pl
  • Telefon603389574
  • SkypeStrefaKonserwatora
  • Godziny działania sklepuOd poniedziałki do piątku w godz. 9.00 - 17.00

Ankieta

Jak oceniasz naszą strone ? Czy coś byś poprawił ?

  • Bardzo fajna, super podoba mi sie.
  • Taka sobie liczylem na cos lepszego
  • Kieska nie warta uwagi
  • Trudna w nawigacji
  • Stara była lepsza

Korozja żelaza cz.1

Data dodania: 26-08-2008


            Zjawisko korozji metali, a szczególnie żelaza jest bardzo obszernym problemem i wiele jego aspektów nie zostało jeszcze do końca wyjaśnionych. Wciąż prowadzone są  badania nad zjawiskiem korozji metali. W przyszłości pozwolą one  na wprowadzenie nowych i bardziej skutecznych metod oraz preparatów oczyszczających i konserwujących powierzchnie metali.

            Sama definicja tego zjawiska nastręcza badaczom wiele trudności. Dla większości z nich korozja oznacza wszystkie wzajemne oddziaływania metalu i jego otoczenia. Definicja ta zawiera przemiany pożądane, wywołane umyślnie, np. proces obróbki plastycznej żelaza prowadzące do powstania warstw tlenkowych lub nakładanie powłok konserwacyjnych oraz samorzutne procesy niszczenia wynikające ze specyfiki metalu i otoczenia. (Krauze 1974, s. 8).

 

            Żelazo bardzo łatwo i szybko pod wpływem czynników zewnętrznych przechodzi ze stanu atomowego (metalicznego) w związki chemiczne. Każdy metal (w tym  żelazo) w zetknięciu z elektrolitem, a więc także w styczności z zewnętrznym środowiskiem korozyjnym wykazuje dążność do przechodzenia do roztworu w postaci jonowej. Szybkość przechodzenia poszczególnych metali w stan jonowy wiąże się bezpośrednio z ich potencjałami normalnymi. Doświadczalne wyznaczenie potencjałów pozwoliło na zestawienie metali w tak zwany szereg napięciowy (doświadczenie przeprowadzono mierząc napięcie pomiędzy elektrodą wodorową a metalem zanurzonym w jego soli).

 

                Szereg potencjałów normalnych wyraża kolejność, w której metale wykazują zdolność do wypierania się nawzajem z roztworów. Im dalej leżą od siebie metale tym pełniejsze będzie wypieranie metalu o wyższym potencjale przez metal o niższym potencjale. Tak więc przez łączenie dwóch różnych metali wytwarzamy pewnego rodzaju ogniwo, w którym (w elektrolicie) biegunem dodatnim będzie zawsze metal znajdujący się bliżej końca szeregu napięciowego, biegunem ujemnym ten  będący bliżej początku. Pozwala to nam na  szybkie określenie, który z metali będzie korodował jako pierwszy. Należy pamiętać w tym miejscu, że niewłaściwe połączenie metali mogą doprowadzić do dodatkowych, niszczących procesów korozyjnych.

            Z konserwatorskiego punktu widzenia jako korozję należy rozumieć zespół procesów chemicznych powodujących zmianę powierzchni oraz struktury substancji zabytkowej. Rezultatem tych procesów są zmiany barwy, struktury, tekstury, własności wytrzymałościowych i technologicznych oraz deformacje. Długotrwałe działanie korozji prowadzi do całkowitego zniszczenia obiektu (Krause 1974, s. 8).

            Aby móc poprawnie przeprowadzić zabiegi konserwatorskie należy posiadać podstawową wiedzę na temat przebiegania procesów korozyjnych, które pozwolą nam określić rodzaj i zakres zniszczeń, jakie zostały wywołane w materii zabytkowej.

            Możemy wyróżnić kilka procesów korozyjnych, wywołujących charakterystyczne zniszczenia żelaza :

  • Korozja wżerowa
  • Międzykrystaliczna
  • Warstwowa
  • Kanalikowa
  • Atmosferyczna
  • Jądrowa
  • Ziemna
  • Wodna
  • Bakteryjna
  • Kruchość wodorowa
  • Psywacyjno-aktywacyjna
  • Naprężeniowa
  • Gazowa
  • Korozja w elektrolitach

 

            W zależności od rodzaju zniszczeń możemy wyróżnić :

 

  • Korozję równomierną - jest najmniej szkodliwą z wymienionych poniżej, charakteryzuje się równomiernym rozłożeniem produktów korozji na powierzchni obiektu zabytkowego.
  • Korozję plamistą – charakteryzuje się występowaniem plam o niewielkiej głębokości wżeru w różnych miejscach na powierzchni obiektu.
  • Korozję wżerową – cecha charakterystyczna jest występowanie dużych zagłębień w jednym miejscu na powierzchni metalu. Efekty tego rodzaju zniszczeń są doskonale obserwowalne wszystkim tym, którzy przeprowadzają oczyszczanie powierzchni przy użyciu elektrolizy. To właśnie ten rodzaj korozji powoduje, że powierzchnia bagnetów, elementów broni, itp. po wyjęciu z elektrolizy wygląda jak powierzchnia „Marsa”
  • Korozję podpowierzchniową - powstaje i rozprzestrzenia się pod powierzchnią metalu, gdzie gromadzą się produkty korozji, co prowadzi do rozwarstwiania się metalu.
  • Korozję międzykrystaliczną - rozprzestrzenia się w głąb po przez ziarna kryształu. Jest to bardzo niebezpieczny rodzaj korozji dla obiektu, ponieważ prawie nie zmienia wyglądu zewnętrznego obiektu, doprowadzając do drastycznego obniżenia własności mechanicznych metalu. Ten rodzaj korozji zachodzi niezależnie od innych procesów korozyjnych, dlatego też bardzo często pozostaje nierozpoznawalna przez początkujących konserwatorów.
  • Korozję szczelinową - uwidacznia się w miejscach nieszczelnych połączeń żelaza, np. gwinty, nity.

 

           Żelazne obiekty ulegają zniszczeniu w wyniku przebywania w środowiskach: atmosferycznym, ziemnym i wodnym. Każde ze środowisk charakteryzuje się innym stopniem udziału środowiska w procesach niszczenia, co wpływa znacznie na stan zachowania obiektów zabytkowych. Doskonale jest to widoczne przy okazji porównywania obiektów wydobytych z wody z obiektami wydobytymi z ziemi.

            Środowisko atmosferyczne:

            Korozja żelaza w środowisku atmosferycznym jest jednym z najpowszechniejszych i najszybciej zachodzących procesów niszczących. Podstawowym i najważniejszym czynnikiem, który określa szybkość zachodzących procesów niszczących w atmosferze jest jej stopień zawilgocenia. Drugim bardzo istnym czynnikiem jest stopień zanieczyszczenia powietrza. Szybkość procesów korozyjnych będzie zależała od ilości i rodzaju zanieczyszczeń. Ze względu na ilość i rodzaj zanieczyszczeń, atmosferę dzielimy na:

  • wiejską – jest ona pozbawiona wyziewów przemysłowych oraz szkodliwych związków przemysłowych. Brak zanieczyszczeń sprzyja rozwojowi korozji równomiernej, czyli najmniej szkodliwej.
  • przemysłową – zawiera duże ilości tlenków węgla, siarki, azotu, siarkowodoru oraz ciał stałych. Warunki atmosferyczne panujące w takich obszarach sprzyjają rozwojowi każdym z wyżej wymienionych rodzajów korozji.
  • morska – zawiera duże ilości chlorków, jest szczególnie niebezpieczna dla powierzchni żelaznych.

 

            Kondensacja pary wodnej powoduje powstanie na obiekcie warstewki wody, do której przechodzą a następnie rozpuszczają się wszystkie zanieczyszczenia zawarte w powietrzu. W ten sposób powstają elektrolity na powierzchni metalu. W wyniku odparowywania wody następuje stężenie rozpuszczonych w wodzie substancji a przez to wzrasta stężenie elektrolitów, co znacząco przyśpiesza procesy korozyjne. Drugim elementem wzmagającym korozję jest osadzanie się cząsteczek całych na powierzchni metalu. Tworzą one na powierzchni metalu ośrodki kapilarnej kondensacji pary wodnej, które znacząco sprzyjają korozji. Produkty korozji powstające na powierzchni metalu odznaczają się dużą higroskopijnością i zdolne są do magazynowania wilgoci, podtrzymują przez to cały cykl zachodzących procesów korozyjnych.

         Środowisko ziemne:

            Procesy korozyjne, którym ulegają obiekty z żelaza w  środowisku zimnym, uzależnione są od: wilgotności gleby, kwasowości, napowietrzenia, temperatury, drobnoustrojów oraz od tekstury gleby. Wilgotność gleby uzależnione jest od opadów atmosferycznych, stopnia zdolności zatrzymania przez nią wilgoci oraz specyfiki terenu[1]. W miarę wzrostu wilgotności gleby jej korozyjna aktywność wzrasta, aż do momentu osiągnięcia pozornych wartości optymalnych (krytycznych), przy których aktywność ta maleje. Spowodowane jest to tym, iż przy dużej wilgotności zmniejsza się dostęp tlenu do obiektu, który jest niezbędnych czynnikiem depolaryzacji katodowej żelaza (proces korozji).

            Gleby wykazują pH w granicach od 6 do 7,5, a więc mają odczyn zbliżony do obojętnego. Jednak spotyka się także gleby o odczynie alkalicznym (7,5 - 9 pH) należą do nich głównie gleby gliniaste, oraz gleby kwaśne (3 - 6 pH) do nich należą gleby bagniste i humusowe. Wraz ze zmniejszeniem pH gleby wzrasta jej aktywność korozyjna, co przejawia się dużymi zniszczeniami obiektów. Odczyn alkaliczny wiąże się z ilością występujących w glebie rozpuszczonych w wodzie soli. Szczególnie szkodliwe są sole chlorkowe, aktywizujące procesy korozyjne żelaza. W glebie spotyka się najczęściej kationy wapnia, potasu, sodu i magnezu. Mogą one tworzyć w ziemi nierozpuszczalne tlenki i węglany, których osady bardzo często spełniają rolę warstewek ochronnych na powierzchni metalu, zmniejszając aktywność korozji. Jednak znajdujące się w glebie sole mogą prowadzić do wzrostu aktywności biologicznej mikroorganizmów, wpływając tym na przyśpieszenie korozji.

            Stopień napowietrzenia gleby jest jednym z najważniejszych czynników przyczyniających się do zwiększenia szybkości korodowania obiektu. Badania udowodniły, iż wraz ze wzrostem głębokości maleje szybkość korozji (Krause 1974, s. 11).

            W źle napowietrzanych glebach, zawierających duże ilości siarczanów może nastąpić wzrost biologicznej aktywności korozyjnej bakterii anaerobowych. Tlen zawarty w anionie siarczanu uwalniany jest w wyniku działalności bakterii redukujących siarczany. Powstały w ten sposób tlen przyśpiesza proces korozyjny. Obok uwalniania tlenu, następuje zakwaszanie gleby w skutek tworzenia się siarkowodoru. Co z oczywistych względów dodatkowo przyczynia się do przyśpieszenia procesów korozji.

            Stan zachowania obiektów w dużej mierze jest uzależniony od jego ułożenia w poszczególnych warstwach gleby. W glebach o strukturze niejednorodnej obiekty będą miały niejednorodne zniszczenia. Największe zniszczenia obiektów obserwuje się w glebach lekkich, mniejsze natomiast w glebach cięższych.

            Środowisko wodne:

            W środowisku wodnym korozja przedmiotów żelaznych przebiega także z różną szybkością. Jednym z głównych elementów jest rodzaj wody: morska i śródlądowa.

            Także i w tym środowisku najbardziej niszczącym czynnikiem jest obecność tlenu zawartego w wodzie. Woda śródlądowa zawiera  także inne gazy jak: amoniak, dwutlenek węgla czy gazy siarkowe. Bardzo istotnym czynnikiem jest także zawartość dwutlenku węgla w wodzie. Przy niskiej zawartości CO2 i niewielkim wzroście pH wytrącają się na powierzchni związki węglanu wapnia lub magnezu. Pokrywają one szczelnie powierzchnię żelaza, dając pewną ochronę przed procesami korozyjnymi. Nadmiar CO2 w wodzie znacząco ogranicza wytrącanie się wymienionych związków na powierzchni metalu co powoduje wzmożenie procesów korozyjnych.

            Odczyn polskich wód naturalnych wacha się w granicach pH od 4,5 do 8,5. W tych granicach następuje równomierne niszczenie obiektów żelaznych, pokrywają się one grubymi równomiernymi nawarstwieniami korozyjnymi. W wodach o odczynie mocno zasadowym obiekty pokrywają się twardą i zawartą skorupą. W kwaśnych natomiast produkty korozji nie osadzają się na powierzchni, tworząc tylko luźną zawiesinę wokół obiektu.

            Cechą charakterystyczną wody morskiej jest bardzo duża zawartość jonów chlorkowych. Powodują one znaczny wzrost procesów korozyjnych żelaza. Woda morska nie powoduje pasywacji żelaza, żeliwa oraz nisko- i średniotopliwych stali.

            Zanim przyjedziemy do metod usuwania nawarstwień korozyjnych i procesów zmierzających do prawidłowego zabezpieczenia obiektów żelaznych musimy się zapoznać z mechanizmem procesu korozji żelaza.

            Najdokładniej mechanizm korozji wyjaśnia teoria elektrochemiczna. Zgodnie z jej założeniami, w środowisku agresywnym powstaje zespół mikro- i makroogniw galwanicznych, których działanie prowadzi do zniszczenia obiektu. Korozja żelaza o charakterze elektrochemicznym inicjowana jest poprzez udział wody i tlenu. Wnioskując z tego idealnymi warunkami do przechowywania obiektów byłby warunki bez dostępu tlenu i wody. Jednak należy pamiętać, że przy barku tlenu procesy korozyjne mogą inicjować np. bakterie.

            Procesy korozji zachodzą w dwóch niezależnych od siebie procesów. Pierwszy z nich- proces anodowy, charakteryzuje się przechodzeniem żelaza do roztworu w postaci uwolnionych jonów. Drugi proces- katodowy, polega na asymilacji pojawiających się uwolnionych elektronów przz jakiekolwiek depolaryzatory. Depolaryzatorami są cząsteczki pochodzące ze środowiska, które mogą ulegać redukcji na katodzie, którą jest w tym przypadku niszczejące żelazo (Krause 1974, s. 15).

            Podczas procesów korozyjnych następuje przechodzenie elektronów od metalu do akceptora elektronów w środowisku, w wyniku czego na powierzchni metalu wytwarzają się obszary anodowe i katodowe.

            Stechiometrycznie proces korozji żelaza można ująć następująco

 

             Fe 0             Fe +2    +          2 e -                             -          proces anodowy

 

            ½ 02     +          H2O     +          2 e -               2OH -  -          proces katodowy

 

            Fe+2    +          2 OH           Fe(OH)2                     -          powstanie produktów                                                                                                             korozji

 

            Występowanie soli w środowisku przy większej wilgotności powoduje wzrost szybkości z jaką przebiegają procesy korozyjne. Najbardziej niebezpieczne dla żelaza jest jak już wielokrotnie pisałem są chlorki. Przy udziale chlorków na przedmiocie żelaznym w zbiorze ogniw galwanicznych anoda jest miejscem powstawania chlorku żelazowego. Natomiast na katodzie powstaje NaOH (w obecności NaCl). Oba związki są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie. Oba związki reagują ze sobą w pewnej odległości od żelaza tworząc wodorotlenek żelazowy. Uwolnione jony chlorkowe i wodorotlenkowe powodują dalszy przebieg korozji, tworząc łańcuch zamknięty procesu.

            Stechiometryczne przedstawienie niszczenia żelaza poprzez  chlorki:

 

            6 FeCl2            +          1 ½ O2                =          Fe2O3              +          4 FeCl3

           

            2 FeCl2            +          2 Fe                 =          6 FeCl2

         

            Problem usuwania nawarstwień korozyjnych z powierzchni żelaza jest równie obszerny i skomplikowany jak zagadnienia zachodzących na niej procesów korozyjnych. W przypadku żelaznych obiektów zabytkowych najczęściej mamy do czynienia z przedmiotami o skomplikowanych kształtach, połączeniach, nitowaniach, zachodzących na siebie płaszczyzn metalu, pokrytych bardzo grubymi nawarstwieniami produktów, których usunięcie nastręcza wiele trudności. Obiekty te często są zdobione lub też mają połączenia z materiałami organicznymi, co w znacznym stopniu ogranicza stosowanie danej metody oczyszczającej.

Konserwację metalu można  podzielić ogólnie na dwa procesy. Pierwszy to proces oczyszczania powierzchni metalu, drugi to zabezpieczanie przedmiotu przed dalszym niszczeniem.  Oba procesy są równie ważne i jeśli mówimy o konserwacji przedmiotu to nie można się skupić tylko na oczyszczeniu przedmiotu i pominąć proces zabezpieczenie przed dalszym niszczeniem.

 

Oczyszczanie powierzchni metalu.

 

 

Proces oczyszczania skorodowanych powierzchni można podzielić na 5 metod :

 

1.      mechaniczne

2.      chemiczne

3.      redukcyjne

4.      termiczne

5.      fizyczne

 

Metody mechaniczne:

Mechaniczne oczyszczanie nawarstwień korozyjnych jest najstarszą ze stosowanych metod usuwania produktów korozji. Ręczne oczyszczanie mechaniczne przeprowadza się najczęściej przy użyciu takich narzędzi jak: igły, skrobaki, przecinaki, szczotki itp., które umożliwiają rozkruszenie i odrywanie produktów korozji. Stosuje się również szlifierki, wiertarki dentystyczne, pozwalające na usuwanie korozji z miejsc trudno dostępnych wżerów. Oczyszczanie mechaniczne umożliwia zastosowanie innej metody (chemicznej lub redukcyjnej), dzięki której osiąga się znaczne rozluźnienie  lub spulchnienie produktów korozji.

 

Wśród tych metod można wyróżnić :

Piaskowanie - polega na rzucaniu pod ciśnieniem na skorodowaną powierzchnię odpowiedniego materiału ściernego, np. piasku rzecznego, drobnego szkła, korundu lub śrutu żeliwnego.

Piaskowanie jest dość dobrą metodą usuwanie nawarstwień z powierzchni żelaza, ale jak w każdym przypadku metoda ta jest uzależniona od rodzaju przedmiotu i stopnia jego zniszczenia. Należy także dobrać odpowiednie ścierniwo i ciśnienie robocze. Piaskowanie niestety nie usuwa z powierzchni przedmiotu soli agresywnych, które inicjują procesy korozji. Nie usuwa także produktów korozji z porów i wżerów. Przeciwnicy tej metody zarzucają jej całkiem słusznie, iż wyrzucane pod ciśnieniem ścierniwo wciska produkty korozji w makro i makroszczeliny.

Metody termiczne:

Oczyszczanie termiczne polega na poddawaniu skorodowanej powierzchni działaniu wysokich temperatur. Zabieg ten najczęściej przeprowadza się przy użyciu palnika gazowego lub acetylenowo-tlenowego. Rdzę nagrzewa się silnie, ale w taki sposób, aby nie podwyższać znacznie temperatury żelaza (rdzenia obiektu). W skutek gwałtownego przechodzenia w parę wilgoci zawartej w produktach korozji oraz różnej rozszerzalności termicznej, następuje spękanie i odrywanie się rdzy od podłoża. W tym procesie następuje także przeistoczenie się częściowe rdzy w czarne tlenki żelaza. Jest to dobry i szybki sposób na oczyszczanie dużych powierzchni żelaznych, i przygotowanie ich pod pokrycie powłoką ochronna. Jednak nie jest to dokładna metoda i nie pozwala na precyzyjne oczyszczenie bardziej skomplikowanych przedmiotów, a zbyt długie wygrzewanie może prowadzić do odwęglania obiektu, co w znaczny sposób przyczyni się do kruchości obiektu. Procesu odrywania nie da się kontrolować, i czasami się zdarza, że rdza odrywa się z kawałkami powierzchni metalu, niszcząc ją w ten sposób. Ogólnie można stwierdzić, iż tą metodę należy stosować do obiektów o zdrowym rdzeniu! Metoda ta nie nadaje się do zdobionych inkrustacjami przedmiotów!! Nie należy jej także stosować do obiektów nie oczyszczonych wstępnie z piasku i gliny (np. obiektów archeologicznych), gdyż wysoka temperatura powoduje twardnienie wszelkich nalotów z gliny i krzemionki i jednoczesne zespolenie ich z rdzą, przez co stają się praktycznie nie rozpuszczalne dla wielu środków chemicznych.

Metody redukcyjne:

Redukcyjne metody usuwania produktów korozji oparte są na wykorzystaniu zjawiska redukcji elektrochemicznej lub redukcji elektrolitycznej. Oprócz wyżej wymienionych metod istnieje jeszcze redukcja za pomocą gazowego wodoru. We wszystkich wymienionych tu metodach redukcji czynnikiem ułatwiającym oczyszczenie jest gazowy wodór, wydzielający się podczas zachodzących redukcji. Działanie wodoru polega na mechanicznym spulchnianiu i rozluźnianiu produktów korozji.

Redukcja elektrochemiczna (autoliza)

W redukcji elektrochemicznej oczyszczany obiekt żelazny traktowany jest najczęściej jako katoda. Wydziela się na niej gazowy wodór w wyniku redukcji metalicznego cynku, ołowiu, glinu (aluminium), w wyniku działania elektrolitu. Oczyszczanie obiektu można też prowadzić traktując obiekt jako anodę, wówczas na skorodowanej powierzchni wydzielać się będzie tlen, powodując rozluźnianie produktów korozji. Proces oczyszczania można przyśpieszyć przez zwiększenie kontaktu redukowanego metalu z oczyszczanym obiektem, po przez podniesienie temperatury oraz zwiększenie stężenia elektrolitu. Jako elektrolity stosuje się roztwory wodorotlenku sodu, kwasów organicznych, oraz soli tych kwasów.

Oto 3 sposoby zastosowania autolizy:

 

- wg Kreftinga

Przedmiot, oczyszczony do czystego metalu, owinięto taśmą cynkową o grubości 0,2-0,3 mm i o szerokości 0,5-1 cm, w ten sposób, żeby cynk ściśle przylegał do oczyszczonego miejscami metalu. Tak przygotowany obiekt przeniesiono do 3% roztworu ługu sodowego, wolnego od chloru. Na średni skorodowanym obiekcie zabieg ten trwał 24 godziny. Po zakończeniu redukcji obiekt wyjęto z kąpieli i mechanicznie usunięto rozluźnione warstwy rdzy.

- wg Rhousopoulosa

Taśmę cynkową nakłada się bezpośrednio ma skorodowaną powierzchnię, bez wykonywania miejsc styku z czystym metalem, pomiędzy taśmę a rdzę upycha się sproszkowany cynk. Redukcje na tak przystosowanym obiekcie prowadzi się w 10% roztworze ługu i powtarza się ją dwukrotnie.

- wg Plenderleitha

Przy obiektach bardziej skorodowanych zaleca stosowanie wodorotlenku sodu z cynkiem granulowanym, a jednocześnie w podwyższonej temperaturze.

Do redukcji elektrochemicznej można stosować jak elektrolity także: wodorotlenek potasu, cjanek potasu, kwas octowy, kwaśny węglan amonu, wodorotlenek sodu o stężeniu dochodzącym nawet do 20% (jednak przy mniejszych obiektach i bardziej wartościowych zaleca się stosowanie roztworu 10%, gdyż wolniejszy przebieg procesu oczyszczania pozwala na lepszą jego kontrolę), winian sodu-potasu. Należy pamiętać, iż użycie cynku i wodorotlenku sodu w procesie oczyszczania jest reakcją burzliwą i egzotermiczną (wydziela ciepło) i zaleca się dużą ostrożność!!!

Innym sposobem zastosowania autolizy w procesie oczyszczania jest zastosowanie pas odrdzewiających (oczyszczających). Sporządza się je z pyłu cynkowego i kwasu siarkowego. Pasty pozwalają na miejscowe oczyszczenie skorodowanej powierzchni.

Redukcja elektrolityczna

W redukcji elektrolitycznej wykorzystuje się zjawisko przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit, który przyśpiesza proces oczyszczania. Podobnie jak i przy redukcji elektrochemicznej, czynnikiem spulchniającym i rozluźniającym rdzę jest gazowy wodór lub tlen, w zależności od sposobu prowadzenia elektrolizy. Podczas procesu anodowego oczyszczany przedmiot taktowany jest jak anoda, katodą jest natomiast płyta (płyty) cynkowe, miedziane lub żelazne. Wydzielający się na obiekcie tlen gazowy działa mechanicznie na warstwy tlenków, spulchniając je i rozluźniając, ale też w dużym stopniu rozpuszczając również metal, i powodując dość duże ubytki metalu. Z tego to powodu, po mimo znacznie szybszego procesu oczyszczania, nie należy stosować anodowej redukcji elektrolitycznej.

 

            Znacznie lepsze efekty osiąga się po przez zastosowanie katodowego traktowania oczyszczanego żelaza. Czynnikiem spulchniającym i rozluźniającym korozję jest burzliwie wydzielający się wodór na powierzchni oczyszczanego przedmiotu. Przy oczyszczaniu stosuje się prąd stały , o napięciu około 12 V. Jednak najważniejszym czynnikiem w tym procesie jest natężenie prądu, uzależnione od rodzaju elektrolitu i wielkości elektrod. Dlatego też przy elektrolizie operuje się pojęciem gęstości prądu. Przyjmuje się, że gęstość stosowanego prądu powinna wynosić około 10 amperów na decymetr kwadratowy katody, co zapewnia stałe i silne wydzielanie się wodoru.

Występujące na początku zabiegu nawarstwienia na powierzchni metalu (katody) powodują, że opór wewnętrzny układu jest dość wysoki, należy wówczas stosować wyższe natężenie prądu. Po pewnym czasie opór wewnętrzny maleje (w wyniku częściowego usunięcia nawarstwień), wzrasta więc natężenie prądu. Aby utrzymać stała gęstość prądu, należy w tym momencie zwiększyć opór zewnętrzny układu. Najlepsze rezultaty uzyskuje się przy zastosowaniu dwóch anod, zawieszonych w równej odległości od katody (obiektu).

Do przeprowadzenia elektrolizy stosuje się elektrody anodowe wykonane ze różnych metali. Jednak należy pamiętać, że nie wszystkie są odpowiednie. Anody żelazne niszczeją podczas elektrolizy , odrywają się od nich dość duże kawałki z tlenków metalu, ponadto na anodach osadzają się produkty połączeń chlorkowych, jeżeli obiekt zawierał jony chlorkowe (sole). Elektrody grafitowe lub węglowe powodują powstawanie w środowisku alkalicznym trwałe, trudno usuwalne osady na oczyszczanym obiekcie. Najodpowiedniejsze są anody ołowiane lub ze stopu ołowiu z antymonem. Jako elektrolitu można używać roztworów kwasów, zasad lub soli. Elektroliza w środowisku alkaliczny przebiega znacznie wolniej, ale jest wówczas bardziej bezpieczna i dokładniejsza.

Miejsce styku przewodu miedzianego (doprowadzającego prąd) z obiektem musi być mechanicznie oczyszczone do rdzenia metalicznego. Grubość przewodu uzależniona jest od wielkości przedmiotu. średni czas oczyszczania średnio skorodowanego przedmiotu wynosi 48 godzin. Po upływie tego czasu, obiekt opłukuje się w kąpielach wodnych, a spulchnione nawarstwienia usuwa się przez pocieranie szczotką. Jeżeli obiekt nie został oczyszczony, zabieg można powtórzyć.

Przy wyjmowaniu obiektów między kolejnymi kąpielami należy zmieniać bieguny źródła prądu, pozostawienie obiektów w stanie wyjściowym powoduje osadzanie się na katodzie (obiekt) zanieczyszczeń pochodzących z elektrolitu bądź z anody.

Redukcja gazowym wodorem

Stosowanie redukcji gazowym wodorem jest bardzo niebezpieczną metodą zarówno dla osoby przeprowadzającej ten zabieg, jak i dla samego oczyszczanego przedmiotu. Metoda ta nazywana jest metodą Hertwicha. Polega na wytworzeniu gazowego wodoru w aparacie Kippa, który jest następnie przepuszczany przez ogrzewaną rurkę (palnikiem), w którym znajduje się oczyszczany przedmiot. Metoda ta praktycznie nie jest stosowana w konserwatorstwie.

Metody redukcji elektrochemicznej i elektrolitycznej uznawane są za jedne z najskuteczniejszych metod oczyszczania skorodowanych przedmiotów. Jednak zakres ich wykorzystania w dużym stopniu uzależniony jest od wielkości przedmiotu. Trwałe połączenia z innymi metalami także w dużym stopniu utrudniają ich stosowanie.

Przy użyciu metod redukcyjnych mogą jednak występować zjawiska niekorzystne. Na skutek zachodzącego wydzielania się wodoru następuje nawodornienie powierzchni oraz głębszych partii żelaza. Prowadzi to do korozji wodorowej, wywołującej kruchość wodorową metalu, przy której obserwuje się znaczne obniżenie własności wytrzymałościowych metalu., bez widocznych zmian na powierzchni. Proces ten dotyczy w dużej mierze przedmiotów o zwiększonych własnościach wytrzymałościowych, przedmiotów które były wcześniej specjalnie nawęglane alby zwiększyć ich wytrzymałość mechaniczną (np. miecze). Przy tego typu przedmiotach należy przeprowadzić badania czy taki rodzaj oczyszczania nie spowoduje zbyt dużego zniszczenia i osłabienia przedmiotu.

c.d.n.


Przejdź do strony głównej
Oprogramowanie sklepu shopGold.pl