典型有机酸性污染物及环境复合因素对青铜材料的腐蚀影响研究

发布时间：2020-11-15 18:59

　　 青铜文物以其极高的艺术价值与人文价值成为了人类的共同财富,它可以为我们研究古代文化和艺术的发展提供重要的参考。然而,随着研究的深入,我们开始注意到大气中的有机酸性污染物会给青铜文物的保存带来巨大的腐蚀威胁,而且这类腐蚀威胁还常常被人所忽略。除此以外,文物保存环境中的温度、湿度等因素的变化还有可能加重有机酸性污染物对青铜文物带来的腐蚀影响。因此,研究有机酸性气体污染物及其环境复合因素对青铜材料的腐蚀行为对青铜文物的储藏和保护具有重要的意义。本文主要利用了薄层液膜法结合电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线(Tafel)考察青铜试样在有机酸大气模拟腐蚀液中的电化学腐蚀行为;利用石英晶体微天平反应性监测法研究青铜材料在有机酸及其环境复合因素下的腐蚀规律;利用模拟暴露实验法结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对暴露环境下青铜试样表面腐蚀产物的形貌和成分进行表征与分析。通过对以上各种条件下的实验结果进行分析比较,对青铜材料在有机酸环境下的腐蚀行为与机理进行了推断。研究结果表明,青铜试样在含有有机酸的大气模拟腐蚀液中的腐蚀反应阻力明显小于不含有机酸的大气模拟腐蚀液中的腐蚀反应阻力,说明当环境中存在有机酸时会加速青铜腐蚀反应的发生。在薄层液膜厚度为100μm左右时,青铜试样在有机酸大气模拟腐蚀液系统中的腐蚀反应速率达到最快,说明此时的液膜厚度值为反应临界厚度值。此外,青铜试样在甲酸环境中的腐蚀速率明显大于在乙酸环境中的腐蚀速率,分析是因为甲酸的解离系数大于乙酸。在有机酸复合环境相对湿度因素实验中,青铜材料的腐蚀速率随着相对湿度的增加而加快。不过从实验结果中还可以看到腐蚀过程存在一个临界湿度值,即当环境湿度超过临界湿度值后,腐蚀反应会有一个突然的加速,分析是因为此时在青铜材料表面快速形成了一层电解质薄膜,反应转变为薄液膜下的电化学腐蚀,在实验系统中这一临界湿度值为70%左右。在有机酸复合环境温度因素实验中,青铜材料的腐蚀速率随着环境温度的增加而加快。但从实验现象中还发现了随着温度的继续升高,腐蚀反应的加速度也在开始减缓。推测腐蚀反应中会存在一个转变温度,当环境温度超过这个值后,腐蚀反应速率会开始减缓甚至停止,也说明温度对腐蚀反应可能并不是单纯的促进作用。通过对青铜试样在模拟暴露环境中的腐蚀产物进行分析,可以看到在不同的环境条件下,青铜试样表面的腐蚀产物具有不同的形貌与成分。另外,结果表明,青铜试样在甲酸环境下的腐蚀最终产物是氧化亚铜和甲酸铜晶体,在乙酸环境下腐蚀的最终产物是氧化亚铜和乙酸铜的水合物,其余的中间产物最后都会随着时间的推移而转变成最终产物。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：K876.41;X51
【部分图文】：

钟家让［１２］曾对青铜器表面锈层的横截面进行分析，发现青铜器主体表面的??腐蚀产物分三层结构。第一层的成分主要是灰白色的氯化亚铜，第二层是红色的??氧化亚铜，到第三层又是绿色或蓝绿色的碱式碳酸铜，如图１．１所示。??

低的湿度则会引起文物材料的脆化［１６］。ＬｅｙｇｒａＰ７１就曾利用原位监测方法测试了??暴露在不同相对湿度环境中的铜的腐蚀情况，发现相对湿度的增加会加快铜表面??氧化物的结核速率，提升Ｃｕ２０的生成速率，如图１．２所示。??６０００?＿＿，ｒ－＾ｒ，???…１０??１?５０００?：?Ｌ／?：Ｈ?５??ｃ?４０００?：?／ｆ?＂芝??Ｃ?；?／?｜??３?３０００?Ｆ?／?，?：?｜??ｓ?２ＣＸＸ）?１?／?＊?ｐ??Ｊ?ｉｒｎ?：?－－??ｓ?；?６０％?ｒｈ?；??ｌ！＇．?ｎｍＩｆｆｉｔｆｒ＊＊＊＊＊＊＾?Ｍｌ?ｊｊ?ｔ?？－?ｊ?．ａ?＜?．１??ｔ?ｔ?ｉ?ｌ?ｔ?ｉ?：?ｉ?ｊ?，｜?Ｍ?ｆ．?，?＊?＾?．？?《Ｉ??ｏａ?ｉ?ｉｏ?）〇〇??Ｔｉｍｅ?／ｈ??图１．２铜表面Ｃｕ２０的生成量与湿度的关系??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｇｒｏｗｔｈ?ｏｆ?Ｃｕ２０?ａｎｄ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ??光作为能量的表现形式能够为化学反应提供能量，所以它对文物材料的保存??同样具有不可忽视的影响。而且光只能损害它所照射到的物体，大多数文物又是??不透光的，所以光的影响作用就主要集中在对文物材料表面的损害。另外，光的??影响也是一种渐进的化学过程

图１．３液膜厚度与腐蚀速率关系图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｎｄ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｒａｔｅ??的意义及创新点??入土千年，纯青如翡翠……铜器坠水千年，则纯绿色，而莹而不莹”。这是宋代文学家赵希鹄对青铜器的描述，由此可宋代，人们就对青铜质文物有了一定的研究。现在，由于环剧，青铜文物的保护问题也开始受到国内外的越来越多的关献可以知道，由于有机酸性气体污染物对金属造成的腐蚀已像博物馆这样的室内环境中有机酸性污染物浓度还比较高，更目前对于有机酸性污染物对金属的腐蚀研究，特别是对青铜很少。所以，研究空气中有机酸性污染物对青铜文物的腐蚀行对青铜文物的储藏和保护就具有十分重要的参考价值和意义。??文的研究是基于国家自然科学基金“典型有机酸性空气污染物蚀作用规律及机理研究”课题的组成部分，研究目的在于对馆
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本文编号：2885089