The copper patinas samples were formed with help gel-electrolyte with adding of gold nanoparticles at thedifferent temperatures and researched by a cycling voltammetry. The patinas formed at 40 °С have the bestcorrosion stability

Абдульменова, Е. В.

Ким, Е. Т.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г   НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ  914 ПОЛУЧЕНИЕ ПАТИНЫ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕДИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕЛЬ-ЭЛЕКТРОЛИТА С НАНОЧАСТИЦАМИ ЗОЛОТА  Е.В. Абдульменова, Е.Т. Ким Научный руководитель: доцент, к.х.н. Г.В. Лямина Томский политехнический университет,  Россия, г.Томск, пр. Ленина, 30, 634050 E-mail: eva5@tpu.ru  OBTAINING OF PATINAS ON THE SURFACE OF COPPER WITH USING OF GEL ELECTROLYTE WITH ADDING GOLD NANOPARTICLES E.V. Abdulmenova, E.T. Kim Scientific Supervisor: associate Prof., PhD in chemistry. G.V. Lyamina  Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 E-mail: eva5@tpu.ru    The copper patinas samples were formed with help gel-electrolyte with adding of gold nanoparticles at the different temperatures and researched by a cycling voltammetry. The patinas formed at 40 °C have the best corrosion stability.  Введение Немалую часть среди объектов, требующих реставрации занимают памятники культуры, антикварная мебель, посуда, ювелирные украшения и много других объектов, выполненных из меди. Зачастую для придания декоративной окраски и обеспечения защиты поверхности, объект порывают слоем патины. Однако сложность создания защитного слоя на реальных объектах заключается в том, что они имеют окисленный слой, зачастую сложного минерального состава. Предварительная очистка образца не всегда возможна, так как можно уничтожить рельеф изделия, который может представлять историческую и художественную ценность. В связи с этим поиск методов, которые позволяют проводить щадящую очистку и патинирование, актуальная задача. В нашей работе мы предлагаем использовать для этих целей полимерный гель на основе метакриловых сополимеров, содержащий наночастицы благородных металлов [1, 2]. Методика эксперимента Полимерные гели на основе сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой, наполненный полиэтиленгликолем использовали в работе в виде растворов в композиционном растворителе: метилцеллозольв, бутилацетат, толуол. Наночастицы в растворе геля получали методом лазерной абляции. Раствор полимерного геля помещали на поверхность образцов размером 1×1 см. Изменения фазового состава поверхности после контакта металла с гелем контролировали с помощью метода рентгенофазового анализа (XRD-7000 (Shimadzu)). Коррозионную устойчивость полученных покрытий оценивали с использованием метода циклической вольтамперометрии. В работе использовали потенциостат-гальваностат IPС-Pro MF. Регистрацию циклических вольтамперных кривых (ЦВА) проводили трехэлектродной ячейке: электрод сравнения – насыщенный хлорид серебряный электрод, XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г   НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ  915 вспомогательный электрод – графитовый стержень, исследуемые образцы – медные пластины (5х5 мм), со сформированными на них патинами – использовали в качестве индикаторного электрода. Регистрацию ВА кривых проводили в диапазоне изменения потенциалов от -1000 до 700 мВ со скоростью развертки 10 мВ/c в трёх средах: HCl, KCl, NaOH. Морфологию образцов исследовали на оптическом микроскопе “Метам PB-21-1”. Результаты и обсуждение На рис.1. представлены результаты РФА меди после патинирования, на всех дифрактограммах наблюдаются сигналы элементной меди и куприта. Видно, что патина сформированная при 40 °С наиболее устойчива, так как пики характеризующие медь выражены гораздо слабее, это значит, что патина распределена равномерно, что можно видеть также на фотографиях (рис.2). Патина сформированная при температуре 80 °С имеет больший сигнал на дифрактограмме, отвечающий меди, что свидетельствует о меньшей толщине пленки. Появление участков с зеленой окраской, свидетельствует об образовании поверхностных карбонатов, которые обычно менее коррозионно устойчивы, чем куприт. Для исследования защитных свойств патин результаты вольтамперметрии патин, полученных с помощью гель-электролита с добавлением наночастиц, были сопоставлены с патинами, полученные химическим методом [1] (табл.1).  Наименьшие значения тока коррозии имеют патины сформированные химическим методом в трёх средах. Данный факт подтверждает и высокие потенциалы коррозии. Но картина меняется после суточной выдержки, патины, полученные с помощью гель-электролита при добавлении наночастиц проявляют устойчивость во всех трёх средах, на что указывает меньший ток коррозии. Высокую устойчивость рассматриваемых патин, так же подтверждает наибольшее значение потенциалов коррозии.  Рис. 1. РФА меди после патинирования. Чёрная линия – при комнатной температуре. Красная линия при 40 °С, синяя линия при 80°С 0,3 мм а б в Рис. 2. Фотографии и оптические изображения патины, полученной  а – при комнатной температуре, б – при 40 °С, в – при 80 ° XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г   НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ  916 Таблица 1 Потенциалы и токи коррозии меди после патинирования Состав электролита I корр А·10-9 Е корр. мВ I корр А·10-9 Е корр. мВ ММА, ПЭГ, МАК, наночастицы Au  KCl Выдержанная в KCl 40oC 62,7±38 252,8±23 75,3±63 121,5±121 80oC 92±59 185±15 88±25 95,8±22 Cu(CH3COO)2, NH4OH, CH3COOH 23,3±6 206±24 131,7±86 198,3±23 NiSO4, KClO3 73,3±61 215±86 183,3±51 129±12 Cu(NO3)2, AgNO3, HNO3 27,7±29 291±10 113,3±38 247,7±64 ММА, ПЭГ, МАК, наночастицы Au  HCl Выдержанная в HCl 40oC 17,7±7 321,5±15 105,3±92 230,6±49 80oC 68,7±16 280±9 156,7±71 238,2±53 Cu(CH3COO)2, NH4OH, CH3COOH 32±7 351,3±12 32±28 230,7±15 NiSO4, KClO3 38,3±23 243,3±24 24±17 258±45 Cu(NO3)2, AgNO3, HNO3 18,3±4 257,7±12 62±7 265,3±15 ММА, ПЭГ, МАК, наночастицы Au  NaOH Выдержанная в NaOH 40oC 43,7±11 112,5±80 109,7±87 66±30 80oC 21±20 118±10 87±13 177,8±102 Cu(CH3COO)2, NH4OH, CH3COOH 39,3±10 88,7±18 118,7±17 114±3 NiSO4, KClO3 32,7±3 53±44 183,3±51 129±12 Cu(NO3)2, AgNO3, HNO3 40±36 128,7±7 160±9 191,3±21  Выводы 1. Патины, полученные с использованием геля с наночастицами золота, преимущественно состоят из фазы куприта. 2. Патины более коррозионно устойчивы в нейтральной и  щелочной среде, по сравнению с патинами, сформированными в жидких электролитах.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Никитин М. К. Химия в реставрации: Справочное пособие – Л.: Химия, 1990. – 304 с. 2. Ким Е. Т., Лямина Г. В. Реставрация меди и ее сплавов полимерным гель – электролитом // Высокие технологии в современной науке и технике: тезисы докл. Всерос. конф. (Томск, 27-29 марта 2013г.). Томск – 2013.  

Получение патины на поверхности меди с использованием гель-электролита с наночастицами золота

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University