1. Home
  2. Search
  3. Fulltext search
  4. Browse
  5. Recent Items rss
  6. Publish

Korrosion von Kulturgut aus Kupferwerkstoffen in Gegenwart von elementarem Schwefel in der Gasphase

Kuhn-Wawrzinek, Charlotte

[thumbnail of Kuhn_Wawrzinek_Korrosion_von_Kulturgut_aus_Kupferwerkstoffen_2020.pdf]
Preview
PDF, German
Download (13MB) | Lizenz: Creative Commons LizenzvertragKorrosion von Kulturgut aus Kupferwerkstoffen in Gegenwart von elementarem Schwefel in der Gasphase by Kuhn-Wawrzinek, Charlotte underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0

For citations of this document, please do not use the address displayed in the URL prompt of the browser. Instead, please cite with one of the following:

Abstract

"Schwarze Flecken" werden seit den 1970er Jahren immer wieder als Korrosionsproblem in Museen und Sammlungen thematisiert. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die erste systematische Untersuchung der Korrosionsprozesse, welche zur Bildung von Kupfersulfiden in Form "Schwarzer Flecken" auf Kupferwerkstoffen führen. Hierbei war es erstmals möglich, die Korrosion mit typischer Morphologie im Laborexperiment reproduzierbar darzustellen. Experimente zur Stabilität der Korrosionsprodukte Chalkosin und Covellin sowie die Dokumentation und Analyse von über 300 betroffenen Objekten und Korrosionsproben liefern ergänzende Informationen. Die charakteristische Morphologie der Produkte wurde im Rahmen der Arbeit lichtmikroskopisch und rasterelektronenmikroskopisch untersucht. Analysen zur chemischen Zusammensetzung der Produkte wurden zerstörungsfrei am Raman-Mikroskop und mit Hilfe von EDX-Analysen durchgeführt. Ergänzend hierzu wurden einzelne Analysen mittels Röntgendiffraktometrie an Pulverproben durchgeführt. Die relative Luftfeuchte stellt bei der Korrosion von Kupferwerkstoffen in Gegenwart von elementarem Schwefel in der Gasphase den wesentlichen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der Korrosionsprodukte dar. Ein systematischer Zusammenhang zwischen der Morphologie, Farbe und chemischen Zusammensetzung der Korrosionsprodukte lässt sich eindeutig nachweisen. Die Temperatur beeinflusst hingegen lediglich die Korrosionsrate. Die Anwesenheit der Legierungspartner Zinn und Zink mit einem Anteil von 8 bzw. 10 % zeigt vergleichsweise geringfügige Auswirkungen auf die Korrosionsrate und die chemische Zusammensetzung der entstehenden Produkte. Die Anwesenheit der Korrosionsprodukte Malachit, Cuprit und Tenorit zeigt ebenfalls keinen bedeutenden Einfluss auf die Korrosion, auch sind die Produkte selbst unter den getesteten Bedingungen deutlich stabiler als Kupfer und die untersuchten Legierungen. Eine deckende Oxidschicht auf der Metalloberfläche schützt bei niedriger relativer Luftfeuchte vor Korrosion. Das Korrosionswachstum an Schwachstellen innerhalb einer Oxidschicht entspricht dem fleckigen Auftreten der Korrosion in der Praxis. Mit steigender relativer Luftfeuchte werden die Kupfersulfide Covellin und Chalkosin, welche als Korrosion in Form "Schwarzer Flecken" auftreten, zunehmend instabil. Covellin wirkt bei steigender relativer Luftfeuchte auf metallisches Kupfer in direktem Kontakt zunehmend korrosiv. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen uns ein besseres Verständnis der Korrosionsprozesse und liefern wichtige Informationen für den Umgang mit betroffenen Objekten in der restauratorischen und konservatorischen Praxis.

Translation of abstract (English)

"Black Spots" are a well-known corrosion issue amongst conservators and have been discussed in the literature since the 1970ies. This work includes the first systematic research into the corrosion process leading to the formation of copper sulphides on copper materials in a typical "Black Spot" occurrence. Efflorescences with characteristic morphologies have been synthesised in reproducible laboratory experiments for the first time and are complemented by experiments on the stability of the corrosion products chalcocite and covellite as well as the documentation and analysis of more than 300 affected objects and samples. The products' characteristic morphology has been investigated using light microscopy and scanning electron microscopy. The products' chemical composition has been analysed by non-destructive Raman microscopy and EDX-analysis. Additional X-ray diffrraction analyses have been conducted on selected powder samples. Relative humidity is the key factor effecting the chemical composition of the corrosion products forming on copper materials in the presence of elemental sulphur in the atmosphere. A systematic correlation between colour, morphology and chemical composition of the efflorescences has been proven. Temperature, in contrast, only influences the corrosion rate. Amounts of 8, respectively 10 % tin or zinc in a copper alloy have comparatively low influence on the corrosion rate as well as the chemical composition of corrosion products. The presence of the corrosion products malachite, cuprite and tenorite on the corroding surface have no major influence on the corrosion process and the products themselves are much more stable under the tested conditions than the tested metals. However, a dense oxide layer on the metal surface has a protective effect at low relative humidity. The growth of corrosion at weak spots in the oxide layer resembles its spotty occurrence on cultural assets. The chemical stability of the copper sulphides covellite and chalcocite, occurring as "Black Spots", decreases with increasing relative humidity. Covellite's corrosive effect on metallic copper in direct contact increases with increasing relative humidity. These new insights allow us to better understand the "Black Spot" corrosion process and provide valuable information on how to deal with afflected objects in practice.

Document type: Dissertation
Date: 2020
Supervisor: Prof. Dr. Gerhard Eggert
Version: Primary publication
Date of thesis defense: 3 June 2019
Date Deposited: 10 Sep 2020 12:41
Faculties / Institutes: University, Fakulty, Institute > Stuttgart, Staatliche Akademie der Bildenden Künste
DDC-classification: Arts
Controlled Keywords: Kulturgut, Werkstoff, Kupfer, Korrosion, Schwefel, Gasphase
Subject (classification): Historic Conservation
Conservation, Forgery
Countries/Regions: Germany, Switzerland, Austria
Collection: Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart