Μελέτη της πατίνας αρχαίων κραμάτων χαλκού - καθαρισμός και συντήρηση

Abstract

The archaeological and artistic value of objects made from Cu-based alloys makes their preservation of primary importance and therefore many researchers have focused either on the identification of corrosion products and the determination of corrosion mechanisms or on the development of new corrosion inhibitors for the conservation of these artefacts. Even though the interdisciplinary collaboration between scientists of different fields has enlightened the corrosion mechanisms involved in the deterioration phenomena occurring on ancient Cu-based artifacts, the direct application of new corrosion inhibitors without a pre-evaluation is unacceptable. Nevertheless, it is well known that improper conservation procedures conducted in the past have caused severe damage to many artifacts. Further more, the use of plain copper coupons or commercially obtained copper alloys as test samples for evaluating conservation procedures and corrosion inhibitors does not cover the peculiarities that the alloying elements, the impurities and the particular structure of the metal, impart in the morphology, the nature and the microstructure of the corrosion layer. This work is a unified approach on copper alloys corrosion regarding both the nature of the metal and the degradation procedure as interactive constituents that will lead in the simulation of an ancient patina. In particular, the present study focuses in the development of a chloride containing patina by the incorporation of the most troublesome species, meaning chloride ions that are responsible for the outbreaks of bronze disease. Furthermore, the potentials of the hydrogen glow discharge plasma of low pressure and temperature in the conservation and restoration of copper based archaeological objects are investigated. The results show that the laboratory made alloys are similar in composition and in structure to ancient ones. The different procedures of artificial degradation performed on these properly produced Cu-based alloys succeed in incorporating chloride contaminants within the corrosion layer. The results are promising since a reproduction of typical “ancient” corrosion product layers is possible. Furthermore, the results from the evaluation of the plasma treatment technique show that it can be used under conditions for the cleaning of corrosion layers since it removes efficiently a large amount of chlorides. In all cases the reduced layer becomes brittle and can be easily mechanically removed but there is also a considerable darkening of the color of the patina.

Η παρούσα διατριβή μελετά με εμπεριστατωμένο τρόπο ένα πολυδιάστατο θέμα που σχετίζεται με τη διάσωση της πολιτιστικής μας κληρονομιάς και συγκεκριμένα τα αρχαιολογικά αντικείμενα από κράματα χαλκού, τον καθαρισμό και την συντήρησή τους. Προκειμένου να επιτευχθεί ο σκοπός αυτός έπρεπε σε πρώτη φάση να παραχθούν κράματα αναφοράς κατάλληλα για τη συγκεκριμένη μελέτη, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να προσομοιάζουν τόσο σε σύσταση όσο και σε δομή με εκείνες των ευρέως απαντούμενων ανασκαφικών αντικειμένων. Μετά την παραγωγή των κραμάτων αυτών και την απόδειξη της καταλληλότητάς τους για χρήση τους ως κράματα αναφοράς, εξετάζονται τρόποι και μεθοδολογίες επιταχυνόμενης διάβρωσης (ενταφιασμός, χημική διάβρωση) που μετά την εφαρμογή τους να οδηγούν στο σχηματισμό κατάλληλα διαβρωμένων επιφανειών με έμφαση στην πρόκληση της «ασθένειας του χαλκού». Τέλος εξετάζονται οι προοπτικές χρήσης της τεχνολογίας πλάσματος εκκένωσης αίγλης Η2 για τον καθαρισμό και την επιτυχή αντιμετώπιση της «ασθένειας του χαλκού», ενώ επίσης καλύπτεται και το θέμα της συμπληρωματικής επεξεργασίας με τη χρήση επικαλυπτικών. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα μελέτη καταδεικνύουν την αναγκαιότητα χρήσης κατάλληλων υλικών αναφοράς και την υιοθέτηση πρότυπων μεθοδολογιών διάβρωσης προκειμένου να αξιολογηθούν όσο το δυνατόν πληρέστερα, υλικά και μέθοδοι συντήρησης, χωρίς να διακινδυνεύεται η ακεραιότητα των αυθεντικών αντικειμένων. Υιοθετώντας αυτές τις αρχές, διατυπώθηκαν με σαφή τρόπο οι δυνατότητες αλλά και οι προδιαγραφές που πρέπει να πληρούνται για την ορθή εφαρμογή της τεχνολογίας πλάσματος στον καθαρισμό των αντικειμένων αυτών ενώ επίσης καλύφθηκε και το ενδεχόμενο συμπληρωματικής επεξεργασίας με τη χρήση επικαλυπτικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μοναδικότητα του θέματος έγκειται στην όλη προσέγγιση της μελέτης και διατρέχει κάθε στάδιό της από τη χρήση μη εμπορικά διαθέσιμων και κατάλληλα κατασκευασμένων κραμάτων αναφοράς, έως την ανάπτυξη και υιοθέτηση πρότυπων μεθοδολογιών διάβρωσης και την οριοθέτηση, βελτιστοποίηση των παραμέτρων του πλάσματος εκκένωσης αίγλης Η2 για την εφαρμογή του σε διαδικασίες καθαρισμού.