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