5.4. Электролитическая и электрохимическая очистка меди и ее сплавов

Общий принцип очистки от продуктов коррозии электролитическим и электрохимическим методами был описан ранее в разделе Очистка от продуктов коррозии. Рассмотрим теперь эти методы применительно к предметам из меди и медных сплавов.

Для удаления всех поверхностных коррозионных наслоений с изделия из меди или медного сплава, в котором сохранилось металлическое ядро, может быть применена электролитическая обработка. Такая обработка не должна применяться, если поверхность предмета инкрустирована другим металлом, украшена насечкой или наводкой серебром ИЛИ ЗОЛОТОМ, так как при этом методе происходит полное удаление продуктов коррозии, в том числе из тонких зазоров между основным металлом и украшением, что приведет к отслоению и утрате его. Плотность тока при обработке медных сплавов не должна быть меньше 2 А/дм2, При пониженной плотности тока на отдельных участках поверхности может образоваться плотный трудноудаляёмый слой восстановленной меди розового цвета.

При очистке электролитическим способом свинцовистых бронз, которые применялись как литейные сплавы в производстве зеркал, скульптуры, мелкой пластики, ритуальных к декоративных сосудов, поверхность может оказаться изъязвленной из-за избирательного разрушения свинца, который в металле располагается в виде глобул. При этом электролит накапливает СВИНЦОВЫЕ соли, и свинец может отложиться на поверхности предмета в виде серого налета. Рекомендуется выделять из электролита свинец на медный лист, соединенный временно с отрицательным полюсом источника тока. Осевший на медь свинец растворяют в 10%-ном растворе азотной кислоты. После промывки медный лист может быть, использован вторично.

Электрохимическая обработка при очистке изделий из медных сплавов является более мягким способом. Кроме щелочи используется 10%-ная серная кислота в сочетании с гранулированным цинком. Для ускорения процесса обработку можно вести при нагревании до 60-70°С.

5.5. Химическая очистка

Химическая очистка удаляет все продукта коррозии, находящиеся на поверхности металлического предмета. Применять ее допустимо только тогда, когда нет надежды сохранить коррозионный слое в стабильном состоянии. К сожалению, при реставрации археологических предметов химической очисткой пользуются излишне часто. Она проще остальных видов обработок, на нее тратится меньше времени, после полного удаления продуктов коррозии металл стабильнее, его легче хранить.

Существует много различных рецептов для химической очистки. Некоторые разработаны для очистки конкретных предметов, исходя из специфики их состояния, другие являются более универсальными. Редко реставратор пользуется всеми известными способами, В этом нет необходимости. Важно чувствовать особенности взаимодействия химических составов с металлом разной сохранности. Общим условием при химической очистке является постоянный контроль за процессом удаления продуктов коррозии. Нельзя предмет оставлять в растворе на длительное время без наблюдения. Необходимо периодически вынимать его, промывать проточной водой и очищать щетинной щеткой от труднорастворимых продуктов реакции для более равномерного протекания реакции по всей поверхности. При химической очистке погружением предмет должен быть полностью покрыт раствором, иначе по ватерлинии произойдет растравливание металла. Нагревание и перемешивание во всех случаях ускоряет процесс очистки. Все рекомендуемые растворы для очистки вырабатываются, насыщаются растворенными солями меди, поэтому они не должны использоваться длительное время, так как по мере накопления в них растворимых продуктов коррозии (раствор при этом синеет), из них на предмет начинает осаждаться медь и поверхность приобретает неестественный розовый цвет, осажденная медь трудно удаляется. Кроме того, при наличии в растворе значительного количества растворимых медных солей меняется кислотность раствора и увеличивается скорость растравливания очищаемого металла. Особенно осторожно должна проводиться химическая очистка золоченой бронзы, инкрустированных предметов, отделанных золотой или серебряной наводкой или насечкой, предметов, в которых сочетаются различные металлы.

Очистка с помощью трилона Б.

Трилон Б - двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты относится к группе комплексообразователей. Это одно из наиболее распространенных веществ для удаления продуктов коррозии и трудаорастворимых известковых наслоений, применяемое при реставрации предметов из медных сплавов. За рубежом шире применяется этилен-диаминтетрауксусная кислота, а не ее соль. Иногда ее сокращенно называют ЕДТА. ЕДТА мало растворима в воде. В отличие от нее растворимость ее соли - трилона Б в 50 раз выше и при 20°С составляет 108 г/л, при 80°С - 236 г/л. С помощью трилона Б можно растворить практически все нерастворимые в воде продукты коррозии, такие, как оксиды, гддроксиды, углекислые соли, фосфаты, сульфаты и, что важно, чрезвычайно трудно растворимую закись меди - куприт. Куприт обладает очень высокой твердостью и плотностью и удаляется с большим трудом. Этилендиаминтетрауксусная кислота выпускается в различных странах под разными наименованиями: Версен (Versen) или Версеновая кислота - США, Секвестрон (Sequestron) - Англия, Титриплекс (Titriplex) - ФРГ, Хелатон (Chelaton) - Чехословакия.

Наиболее быстро и полно удалятся продукты коррозии в горячем 10%-ном растворе трилона Б (т.е. при предельном насыщении раствора). Очищать предмет в растворе трилона Б надо очень осторожно. Нельзя оставлять предмет в растворе без наблюдения. Археологические медные сплавы практически всегда поражены межкристаллической коррозией, поэтому при длительной выдержке в трилоне Б может произойти растравливание металла и его ослабление. Музейнне не археологические предметы обрабатывать трилоном Б менее опасно. Нельзя пользоваться одним и тем же раствором длительное время. Если в растворе накопилось много солей меди (в виде комплексных соединений) и он стал синим, пользоваться им не рекомендуется, его лучше заменить свежим раствором, иначе может произойти омеднение поверхности предмета, она станет светло—розовой. После очистки раствором трилона Б предмет достаточно лишь тщательно промыть, нейтрализовывать необходимости нет.

Щелочной раствор сегнетовой соли ( В зарубежной литературе такой очищающий раствор называется щелочной солью Rashall.) быстро удаляет соли двухвалентной меди и медленно соли одновалентной меди, закись меди не растворяется. Щелочной раствор сегнетовой соли (виннокислый калий-натрий) готовят следующим образом: 50 г едкого натра растворяют в 500 мл дистиллированной годы, затем добавляют 150 г сегнетовой соли и объем доводят до 1л. Для ускорения процесса очистки раствор попеременно нагревают, не доводя до кипения, и охлаждают. Такую обработку чередуют с крацеванием латунной щеткой, удаляя размягченные наслоения. После обработки раствор становится густо-синим, а на поверхности металла остается слой коричнево-красного куприта, крепко приставшего к металлу, иногда местами слой металлической меди, отложившейся в процессе коррозии, и воскообразная хлористая медь. Восстановленная медь плохо поддается химическому растворению и поэтому ее нужно удалить механически. Под слоем меди, как правило, находятся продукты коррозии, поэтому, несмотря на трудность, удалить ее необходимо. Затем предмет погружают в 10%-ный раствор серной кислоты для удаления оставшихся продуктов коррозии, при этом его периодически вынимают из раствора и очищают щеткой. Такую обработку проводят до полной очистки поверхности металла. Эта процедура длительна и трудоемка. Затем предмет промывают в несколько сменах дистиллированной воды, чередуя нагрев и охлаждение. Промывку ведут до тех пор, пока в промывочной воде не будут обнаруживаться хлориды.

Видоизменением этого метода является обработка в щелочном растворе сегнетовой соли вместе с перекисью водорода. Этот метод отличается тем, что окисленная перекисью водорода закись меди легко удаляется сегнетовой солью, не образуя осажденной порошкообразной меда. Однако обработка идет медленнее, чем при работе с серной кислотой. Окисляющая ванна приготовляется из щелочного раствора сегнетовой соли добавлением 100 мл перекиси водорода к каждому литру раствора. Обработка в растворе также сочетается с очисткой щеткой и промывкой в проточной воде. Обработка этим раствором происходит медленнее, чем при использовании серной кислота, но исключается опасность растравливания археологического медного сплава. Очень мягким щелочным средством является так называемый щелочной глицероль, состоящей из раствора едкого натра - 20 г/л, в который добавлено 40 мл/л глицерина. Этим составом можно очищать слабые окисленные археологические предмета.

Гексаметафосфат натрия - соль метафосфатной кислоты представдяет собой стекловидное гигроскопическое вещество, расплывающееся с течением времени во влажном воздухе. Соль хорошо растворима в воде. Однако при приготовлении раствора соль надо класть в воду небольшими порциями, непрерывно помешивая стеклянной палочкой, иначе стекловидные кристаллы прилипают ко дну и трудно растворяются. В случае получения мутного раствора его фильтруют.

Гексаметафосфат является специфическим мягким средством для очистки от продуктов коррозии меди в ее сплавов и подходит для удаления коррозионного слоя, сцементированного с известковыми соединениями, землей, глиной, так как он образует хорошо растворимые комплексные соединения с ионами кальция, магния, бария, кремния, алюминия, входящими в состав почвенных отложений. Использовать его рекомендуется как на начальных стадиях обработки для разрыхления поверхностного слоя, так и на последующих стадиях очистки.

Гексаметафосфат натрия при растворении в воде образует слабокислый раствор. С увеличением концентрации кислотность увеличивается, PH 20%-ного раствора равна 4,0. В зависимости от концентрации и температуры раствора гексаметафосфат натрия действует различно. Холодные раствора только размягчают толстые коррозионные наслоения, а горячие растворяют все медные соли при длительном взаимодействии их с реагентом. Закись меди полностью не удаляется даже горячим 20%-ным раствором в течение длительного времени. Очистка раствором гексаметафосфата натрия весьма длительный процесс, занимающий в некоторых случаях несколько недель.

Продукты реакции гексаметафосфата с солями меди имеют черный цвет. Они легко удаляются щеткой под струей воды. После обработки длительной промывки не требуется, достаточно лишь промыть в дистиллированной воде, так как этот реактив является замедлителем коррозии.

Буферный раствор с рН - 4 состоит из 25 г/л лимонной кислоты и 14 мл/л аммиака. Буферированнем очищающих растворов снижается растравливаемость металла. Обрабатывать этим методом можно частично минерализованную бронзу.

Сульфаминовая кислота стала применяться для очистки изделий из медных сплавов советским реставратором Н.И.Трофимовым. Она является одним из быстродействующих реагентов. В 100 г вода при 0°С растворяется 14,68 г, при 80°С - 47,08 г. Растворы при комнатной температуре устойчивы и гидролизуются лишь при температуре выше 80°С. Обычная рабочая концентрация 10%, что дает при комнатной температуре насыщенный раствор. При обработке сульфаминовой кислотой с поверхности изделия удаляются все продукты коррозии, закись меди растворяется медленно. Раствор сульфаминовой кислоты мажет растравливать уже очищенный от продуктов коррозии металл, если он поражен межкристаллической коррозией. Скорость растворения продуктов коррозии зависит от температуры. При нагревании до 75-80°С скорость увеличивается на порядок по сравнению со скоростью растворения при комнатной температуре. При удалении неравномерных по толщине коррозионных отложений или отдельных коррозионных пятен сульфаминовая кислота может быть использована в виде кашицы, нанесенной на локальный участок. Раствор сульфаминовой кислоты можно использовать на начальных, стадиях обработки археологических предметов для удаления почвенных отложений и размягчения коррозионного слоя, переходя затем к щелочной обработке. Сульфаминовая кислота хорошо отмывается с поверхности металлического предмета водой до нейтральной реакции. Растворы сульфаминовой кислоты безопасны для реставратора и не вызывают ожогов кожи.

Реставратором Р. Бахтадзе предложена схема очистки археологических предметов из меди и медных сплавов, сочетающая химическую очистку с электрохимической. Предмет помещают в стеклянный сосуд с 5-10%-ной серной кислотой. Через 2-3 часа предмет вынимают из раствора и промывают мягкой щеткой под проточной водой, затем снова погружают в тот же раствор с добавлением серной кислоты, так как в растворе должно быть достаточное количество свободных ионов водорода. На следующий день после вторичной промывки, если на предмете обнаружится белый слой хлористой меди, его переносят в сосуд с концентрированным раствором едкого кали. По истечении 2-3 часов предмет опять промывают под проточной водой и снова помещают в раствор серной кислоты. Такое чередование продолжается до полного растворения всех наслоений. Для окончательного восстановления всех оставшихся в порах металла продуктов коррозии предмет помещают в сосуд с гранулированным цинком, сверху также засыпают цинком и заливают водой с добавлением концентрированной серной кислоты. Протекает бурная реакция. Выделяемый атомарный водород восстанавливает все окислы и соли до металлического состояния. По прекращении реакции вновь добавляется кислота, и процесс восстановления продолжается примерно 2 дня.