ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на форуме.
 

Исследование воздействия окружающей среды на изменения материала скульптурной группы памятника Минину и Пожарскому

Курбаткин И.И., Транковский Е.Г., Бакаляров В.М., Бакалярова Е.Г.

Исследование воздействия окружающей среды на изменения, происходящие в поверхностных слоях материала скульптурной группы памятника Минину и Пожарскому

Памятник Минину и Пожарскому (скульптор И. П. Мартос, охр. № 1/иск, 1327-р, адрес: Красная площадь, перед Покровским собором) является уникальным историко-художественным произведением искусства, поэтому вопрос о его сохранности чрезвычайно актуален. Решение этой задачи может быть обеспечено только благодаря анализу ряда реставрационных проблем, одной из которых является оценка состояния материала. Окружающая среда, климатические условия, в которых экспонируется памятник, становится основным фактором, воздействующим на материал с момента его изготовления и определяющим его долговечность. С течением времени они меняются и становятся более агрессивными, что в первую очередь сказывается на поверхности материала. В силу сложной геометрии поверхности скульптурной группы и особенностей ее строения практически всегда имеются области, которые подвергаются этому воздействию в различной степени, соответственно состояние металла в отдельных участках памятника становится неоднородным. Его «износ» в результате действия, как окружающей среды, так и времени приводит к разрушению основы и вызывает необратимые последствия.

Цель настоящей работы состояла в оценке изменений, происходящих с материалом на различных участках его поверхности в зависимости от условий воздействия окружающей среды.

Программа работ предусматривала: экспертизу отдельных участков памятника, определение их химического состава, металлографическое исследование поверхностных слоев материала и анализ их состояния, определение микротвердости фазовых составляющих и участков, имеющих дефекты в виде пор, раковин, микротрещин и разломов, в том числе и разрушение по границам зерен.

В результате визуального осмотра скульптурной группы установлено, что на различных ее участках состояние патинированного слоя материала имеет серьезные отличия. Условно их можно разделить на три группы: в первой поверхность закрыта от прямого воздействия окружающей среды; во второй она подвергается умеренному воздействию, а в третьей — интенсивному. Необходимо отметить, что все они могут находиться под воздействием влаги, как выделяющейся при достижении температурой окружающей среды значений, соответствующих «точке росы», так и атмосферным осадкам.

В работе учитывалась совокупность следующих факторов окружающей среды, оказывающих влияние на поверхность металла: температура, влажность, наличие воздушных потоков и присутствие в них твердых частиц, химический состав атмосферы.

Основной характеристикой материала, которая определяет его коррозионные свойства, является химический состав. Химический анализ поверхности материала проводили методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии на приборе PV9500 фирмы «Phillips». Результаты анализа состава проб приведены в таблице № 1.

Таблица 1. Данные идентификационного химического анализа, % по массе

Си
Zn
Sn
Pb
Fe
Mn
84,5-88,3
10,0-13,5
1,0
0,45-0,5
0,15-0,2
0,1

Из данных, представленных в таблице № 1 следует, что основными элементами сплава являются: медь, цинк, олово. В качестве примесей определены: свинец, железо, марганец. Анализ полученных результатов позволил отнести материал к классу оловянистых латуней, которые имеют высокую коррозионную стойкость в условиях воздействия повышенной влажности.

Кроме того, сплав должен иметь однофазную структуру на основе твердого раствора меди. Повышенное содержание свинца и железа создает предпосылки к возникновению сильной ликвации в структуре сплава, что в конечном счете может приводить к усилению электрохимических процессов, происходящих на поверхности металла, и постепенному ее разрушению.

Таким образом, исследование структуры поверхности материала является методом анализа, который позволяет реально оценить ее состояние в результате воздействия внешних факторов.

Исследование поверхности материала скульптурной группы в области, закрытой от прямого влияния окружающей среды

Металлографический анализ показал, что поверхность имеет характерные микродефекты, которые сформировались при литье и хорошо известны в металлургии. На поверхности образца практически нет участков, связанных с процессами «сезонного растрескивания» и развитием его в глубину материала. В целом он имеет плотную структуру без явно выраженных дефектов, а его микротвердость составляет 185 HV.

Структура патинированного слоя имеет сложное фазовое строение. Как правило, первый слой, образующийся на поверхности чистого металла, является оксидом Cu(I), поэтому при анализе в микроскопе в обычном свете имеет голубовато-серый цвет, а в поляризованном — рубиново-красный. Толщина его может меняться от 45 до 100 мкм, а микротвердость достигает 290 HV. Она почти когерентна с матрицей сплава, а по своему строению может быть похожа на слои с фазовой структурой Cu+Cu2O или иметь форму отдельных зерен.

Слой оксида Cu(I) переходит в патину, имеющую темно-серый цвет. Толщина ее может составлять 70—160 мкм, а микротвердость ПО HV. Она имеет структуру, состоящую из отдельных кристаллов и значительных по своим размерам фазовых областей. Этот слой содержит механические дефекты в виде трещин, разломов и пустот. С течением времени, при определенных климатических условиях на поверхности этих пленок происходило формирование отдельных областей желто-зеленого цвета, которые имеют рыхлую пористую структуру, толщину 30—90 мкм и микротвердость 60 HV. По данным металлографического анализа, пленка патины у образцов, закрытых от прямого воздействия окружающей среды, имеет 2-х, а на некоторых участках 3-слойное строение. Общая толщина ее может составлять 150—350 мкм. По своим механическим характеристикам самым прочным слоем является пленка с фазовой структурой Cu+Cu2O. Она обладает достаточной сплошностью и плотностью, хорошей адгезией с поверхностью основного металла и не имеет отслоений. Однако необходимо отметить, что Си2О является химически активным соединением и может образовывать химические комплексы, преобразуясь в сложные сернистые соли меди, которые приводят к частичному ее разрушению и образуют поверхностный патинированный слой. Он обладает меньшей механической прочностью, плотностью и склонен к образованию внутренних дефектов. Процессы обесцинкования проходят в основном на поверхности материала и не затрагивают внутренних областей. Однако, как показали данные экспертизы, с усилением агрессивности окружающей среды процессы коррозии ускоряются.

Исследование поверхности образцов в области умеренного воздействия окружающей среды

При визуальном осмотре образца установлено, что его внешний вид мало отличается от предыдущего. Однако металлографический анализ поверхностных слоев показал, что на микроуровнях начинают формироваться области дефектов, которые распространяются в глубину материала. При исследовании патинированного слоя установлено, что его фазовый состав остается прежним, но структура его меняется. В первую очередь они связаны с изменениями объемной доли фазовых составляющих. При общей толщине пленки патины -30 мкм уменьшается толщина оксида Си(1), составляющей до 30 мкм, и увеличивается слой образованный сернистыми солями меди. Микротвердость фазовых областей остается на прежнем уровне и составляет для эвтектики 229-290 HV, а для солей меди 110 HV. Кроме того, в слое патины происходят процессы дробления фазовых областей и образования большого количества дефектов, таких как микротрещины, разломы и расслои, толщина которых может достигать 70 мкм. Результатом этих процессов является потеря герметичности пленки и начало эрозии поверхности металла на отдельных участках. Необходимо отметить, что на данной стадии они носят избирательный характер. Причины его развития в данной работе не рассматривались и требуют проведения дополнительных исследований, они могут быть связаны как с внешними условиями, так и внутренними, такими как химический состав сплава, литейные дефекты и ориентировка литой структуры.

Дальнейшее развитие коррозионных процессов в областях с дефектами структуры приводит к образованию в материале так называемых «пробок», которые имеют значительные размеры. Площадь такого объемного дефекта может составлять 0,21 мм2. Распространение его происходит от поверхности внутрь материала. Как показал металлографический анализ, в поляризованном свете розоватые области, связанные с остатками Cu+Cu2O, располагаются по краям «пробки» и в центре в виде незначительных оттененных фазовых областей. Таким образом, структурными исследованиями в данной области установлено, что плотность материала, которая обеспечивает его механическую прочность, сохраняется, микротвердость основного металла не меняется и составляет 185 HV, однако в слоях патины и поверхности металлической основы начинаются структурные изменения, которые вызывают развитие коррозионного разрушения. В объеме металла могут образовываться макродефекты в виде протяженных пористых областей и трещин. Исследуемые образцы занимают промежуточное положение по важности полученных данных, так как конечной целью настоящей работы был анализ структурных изменений в области активного воздействия климатических факторов.

Исследование поверхности образцов в области интенсивного воздействия окружающей среды

Экспертиза структуры участка этой области показала, что даже по внешнему виду она существенно отличается от рассмотренных выше. Поверхностный слой в поляризованном свете имеет светлую зелено-желтую окраску. Структура его характеризуется крупными кристаллами, которые легко отделяются друг от друга по межзеренным границам. Плотность этого слоя чрезвычайно низкая, кроме того, в нем содержится большое количество дефектов, таких как поры, пустоты, разломы, делающие его строение губчатым. Толщина его может составлять до 600-850 мкм, а микротвердость 24 HV. В качестве одной из фазовых составляющих в его объеме присутствуют частицы темно-зеленого цвета, которые являются остатками предшествующего слоя. Под ним находится обычная серовато-зеленая пленка патины, которая имеет сложное строение, ее толщина достигает 250 мкм, а твердость соответственно 110 HV. Непосредственно с металлом сопрягается слой, содержащий Си2О, описание которого приведено выше. Очевидно, формирование губчатого поверхностного слоя является завершающим этапом процесса минерализации металлического материала и ведет к его распаду вследствие полной потери межкристаллической связи.

Одним из основных вопросов исследования данной области является состояние металла и его структуры. Металлографический анализ показал, что со структурой сплава в этой области произошли серьезные изменения. По всему объему материал толщиной ~4 мм покрыт сеткой трещин. Они распространяются как по границам зерен, так и могут иметь транскристаллитный характер. Микротвердость сплава в отдельных участках снижается со 185 HV до 153 HV. Кроме того, наблюдаются участки, где металлическая основа полностью трансформируется в области серо-зеленой патины с твердостью ПО HV.

Таким образом, проведенные исследования показали, что в области интенсивного воздействия внешних факторов произошло практически сквозное разрушение материала с полной потерей прочностных характеристик.

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Исследование поверхностных слоев металла скульптурной группы памятника К. Минина и Д. М. Пожарского проведено методами химического и металлографического анализа.

2. Установлен фазовый состав поверхности. Показан генезис процесса разрушения поверхности материала при различной интенсивности влияния окружающей среды.

3. Установлено, что под воздействием окружающей среды в течение всего исторического периода экспонирования памятника, материал на отдельных участках имеет сквозное разрушение с полной потерей структурной прочности (нарушение межзеренной связи).

4. Исследования показали, что при одних и тех же климатических условиях максимальному разрушению подвергаются те участки поверхности, где, в силу их сложной геометрии, возможно накопление продуктов атмосферного воздействия: влаги, пыли, грязи и др.

5. Определена микротвердость слоев патины. Максимальной твердостью 290 HV обладает эвтектика Cu+Cu2O. Установлено, что слой эвтектики лучше других сопрягается с поверхностью основного материала. Наименьшими защитными свойствами обладает слой светлой патины, имеющий губчатое строение.

6. Выполненные исследования позволили определить области в скульптурной группе, которые по своему внешнему виду соответствуют местам, где происходят серьезные структурные изменения материала и требуют проведения неотложных реставрационных работ.

Работа проведена по заданию государственного учреждения «Главное управление охраны памятников года Москвы» дипломантами конкурсов «Реставрация», проводимого правительством Москвы.

Первоисточник: 
Исследования и консервация культурного наследия. Материалы научно-практической конференции. 12-14 октября 2004 г. ГосНИИР; М., 2005
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2018)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РАБОТ ВЕРНИСАЖА И ВЕБ-ПОРТФОЛИО
Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.