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青铜器使用化学缓蚀剂的应用探讨及除锈方法

作者: 长沙固特瑞  浏览量:340  发布时间:2019-05-07

青铜器文物在出土之前,在地下埋藏了几千年,会受到各种不同程度的损坏,发掘之后也会受到现在环境的影响。青铜器一旦染上了青铜病,病毒如果大肆地蔓延和发展,就很难得到有效的控制。如果青铜器腐蚀,就会造成青铜器表面的铭文与图案等十分重要的历史信息遭到破坏,文物的价值也遭到一定的损害。严重时还能使青铜器发生溃烂,以致解体。因此,需要深入研究青铜器遭到腐蚀的原因,并且要对青铜器这种文物进行有效的保护,这是一项亟待解决的问题。

一、青铜器文物的腐蚀

目前,我国国内对青铜器腐蚀研究的方法主要有化学法、光谱法等。化学法不仅能够研究青铜器中的腐蚀物,还可以揭示青铜器的整个腐蚀过程。电化法属于化学法的一种,主要是通过极化曲线和化学阻抗对青铜器锈层的基本损害进行一定的研究。青铜器的腐蚀与青铜器器物所处的环境有着直接的关系,如土壤的酸碱程度,溶解盐类,土壤中的细菌和水分还与大气中的氧气和臭氧、一氧化碳等有着密切的关系。近面海域中的盐雾与工业区产生的大量的有害气体,与器物本身的基本组成部分密切相关。例如,含锡量高的青铜器物,表层锡能被氧化成氧化锡,形成一层坚硬并且光滑的锈膜,这层膜能全面保护青铜器受到进一步的腐蚀。由于很多青铜器是铜制品与锡、铅的三元合金体,在每一个微区中具有各种不同的电位,电位组成微电池。青铜器在潮湿的、盐碱程度比较高的土壤中,很容易产生强烈的化学腐蚀。因此,在不同的时代和地区,由于青铜器的成分的不同,造成青铜器的腐蚀程度和经过腐蚀后的颜色表现出很大的差异(见图1)。

二、化学缓蚀剂的应用研究

1.缓蚀剂的作用

缓蚀剂作用在青铜器的表面,主要的作用过程是:吸附在青铜器的金属表面,进而在青铜器表面形成铜离子。在铜离子表面加上缓蚀剂,进一步形成高聚物膜。这层高聚物膜把裸露在外界的铜离子包裹起来,可以防止内部金属铜制品发生严重的腐蚀现象(见图2)。

2.腐蚀剂分子的构成

一般来说,腐蚀剂分子在与金属共同作用下,中心成分主要是氮原子和氧原子等杂原子。通过杂原子与碳原子之间的作用,进而影响到青铜器与缓蚀剂之间的相互作用。

3.缓蚀剂分子的构成

在一般情况下,缓蚀剂分子与金属发生作用之后,中心部分是氮原子与氧原子记忆硫原子等杂原子。杂原子与碳原子发生作用,影响到腐蚀剂与金属的关系。因此,更要详细分析缓蚀剂中的杂原子与碳原子,才能研究出缓蚀剂与青铜器之间的作用原理。了解到两者之间的差异性,才能增加青铜器研究的复杂性。并且通过优化缓蚀剂分子的结构之后发现,这类分子属于平面型结构。

4.缓蚀剂中的杂原子的电荷密度

缓蚀剂与青铜器发生作用时,由于缓蚀剂中杂原子的密度比较高,就更容易产生静电荷。然后静电荷产生的电子才能进入到铜离子的轨道中,就会导致青铜器的腐蚀程度较高。根据缓蚀剂中杂原子的电荷密度,才能更好地确定缓蚀剂的缓蚀能力。因此,缓蚀剂中的杂原子的氮气和氧气,密度值有正负之分。如果电荷密度是正值主要指,在该原子与其他的原子相比,含量少的静电荷。如果电荷的密度是负值,该原子与其他的原子相比,其中静电荷的含量相对比较多。

三、青铜器的除锈方法

青铜器的全面腐蚀指的是在整个青铜器的表面全部发生腐蚀的过程。这种腐蚀过程可以是均匀腐蚀,也可以是不均匀的腐蚀过程(见图1、图3)。青铜器在遇到腐蚀时的除锈方法主要有以下几种:

1.物理除锈法

物理除锈法是一种表面除锈的技术,这项技术能把器物中的有害锈去除掉,但除锈的工艺很难把握。如果把握不好除锈工艺,就容易造成器物本身的损伤。

2.机械法除锈

通过使用锤子和凿子等工具,把暴露在青铜器表面的粉状锈和在青铜器上面掩盖的灰色的氧化物,细心地进行剔除,扫去表面的杂物。这种方法虽然不能根除有害锈,却是一种不能缺少的方法。除锈过程要动作熟练、轻巧,不能有任何刮痕现象。

3.超声波除锈法

超声波能产生一定的单向力,当被超声波击中的物体,物体的尺寸大小无限量地接近超声波的长度,就会引发共振现象,通过共振产生较高的压力。这类高压力能够把附着在青铜器表面的腐蚀物去除掉。

4.激发除锈法

通过激光机发射出来的激光束,能瞬间产生较高的能量。能量能够使青铜器表面的温度迅速升高,产生光热效应,使锈化物溶解之后远离物体。这种方法目前还在研究中,还不够成熟,并不适合在大范围内彻底清除粉状锈。

5.化学除锈法

化学除锈法主要是通过使用配置的化学剂来除去青铜器表面的锈迹。把带有有害锈的青铜器与大面积的化学剂接触之后,发生一系列的化学反应。这种方法可以清除青铜器表面的有害锈。

6.水洗法

将受到腐蚀的青铜器直接放置在离子水或者是蒸馏水中进行洗涤,可以有效清除青铜器表面的污垢,同时也能溶解青铜器的复式层中溶解的无机盐。与此同时,再通过冷热蒸馏水反复清洁青铜器表面数次。用这种方法处理青铜器中的腐蚀,能够立即进行干燥,有效地减少水分对青铜器造成进一步的危害。

7.药物法

可以使用倍半碳酸钠长时间浸泡青铜器,直到青铜器表面呈现出绿色为止。还可以通过氧化氢的方法,把过氧化氢当成一种氧化剂,把青铜器表面上的氧化物去掉。在这个处理过程中只需要把剩余的过氧化氢稍微加热就可以全部进行分解。这种方法只适合于处理浮在器物表面上的有害锈。

8.电化学还原法

这种方法只是局部去除局部腐蚀物。青铜器通过电还原法进行处理,就能去掉青铜器中的全部腐蚀层。只有去掉了腐蚀层,才能使青铜器具有珍贵的价值。电化还原法常用到的金属还原剂主要是锌和铝,把这类金属物质点解之后的溶液为氢氧化钠,这种方法对青铜器的局部花纹和铭文的除锈效果更有效。

9.缓蚀剂保护法

随着我国化工业的迅速发展,石油行业也在快速发展,缓蚀剂在这些领域中取得了快速的发展,并且广泛应用在这些领域。文物保护工作者们要把这些领域中的缓蚀剂应用到青铜文物的保护工作当中,并且还要选择出合理的、对青铜器有一定的保护和抑制作用的缓蚀剂,减少青铜器的腐蚀。

四、结语

对于青铜器来说,环境因素是影响到青铜器文物寿命长短的一个非常重要的因素。不同的环境条件,使用性质不同的缓蚀剂,显得尤为重要。有关的专业人员如何才能开发出缓蚀效果最好,并且缓蚀性能更加优良的新型缓蚀剂,全面延长青铜文物的寿命,还要完全符合文物的鉴赏要求,具有十分重要的意义。这也是我国文物保护工作者们的一项重要的课题。


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