Настоящие рекомендации составлены канд. техн. наук, реставратором 1 категории М.С.Шемаханской на основе экспериментальных и практических работ, проведенных в секторе методов реставрации и консервации металла, а также обобщения отечественного и зарубежного опыта по проблемам реставрации металла. Приведены справочные данные по свойствам металлических сплавов.

Рекомендации рассчитаны на реставраторов по металлу, археологов и музейных хранителей.

Утверждены Ученым советом ВНИИР. (Протокол № 2.2 от 28 ноября 1988 г.).

 

Содержание:

Введение

Правила техники безопасности при реставрационных работах с металлами

1. Сведения о коррозии металлов

2. Исследование предметов из металлов

3. Общие методы очистки от загрязнений и продуктов коррозии

4. Ингибиторы коррозии

5. Медь и сплавы из меди

6. Серебро

7. Золото

8. Свинец

9. Олово

10. Железо

11. Хранение предметов из металла

Список рекомендуемой литературы

 

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕСТАВРАЦИОННЫХ РАБОТАХ С МЕТАЛЛАМИ

Реставратор имеет дело с веществами, обладающими различными физико-химическими и токсическими свойствами. Знание свойств применяемых химических веществ, методов безопасного обращения с ними, правильная организация работ, когда все операции с химически активными, огне- и взрывоопасными веществами проводятся с соблюдением мер безопасности, помогут избежать несчастных случаев.

Общие правила безопасности

1. Все операции, связанные с применением ядовитых и огнеопасных веществ, с кислотными и щелочными растворами, необходимо проводить в специально оборудованных комнатах с вытяжным устройством при работающей вентиляции.

Вентиляция может быть местной (вредные вещества удаляются только из рабочей зоны), общеобменной (вредные вещества удаляются из всего объема помещения) и совмещенной.

При выполнении операции пайки и других химико-термических работ воздухообмен должен быть совмещенный.

Вентиляцию следует включать за 20-30 мин. до начала работ и выключать через 20-30 мин. после их окончания.

2. При механической и химической очистке металла необходимо применять средства индивидуальной защиты: респираторы и специальные защитные очки. Для этой цели подходят респираторы марки Ф-46к, Ф-57, прогивопылевой бесклапанный респиратор ШБ-II, Астра-2, универсальный респиратор РУ-60. Последняя модель может быть с очками и без очков. К респиратору РУ-60 имеются патроны различных марок, каждый из которых предназначен для защиты от определенной группы токсических веществ. Так патрон марки А предназначен для защиты от паров толуола, ксилола, ацетона, бутилацетата, бензина и др. органических паров, а марки КД от паров аммиака и сероводорода. Для защиты глаз от пыли и вредных веществ применяются защитные очки следующий марок: очки защитные С-2 различных типов, очки защитные герметичные ПО-2, очки для защиты от ультрафиолетовых лучей УЛВ-М и УДЦ-М.

3. Механическую работу с археологической бронзой я сплавами, содержащими свинец, допустимо проводить только при наличии местного вытяжного устройства.

4. Во время работы с кислотами, щелочами, растворителями и другими едкими веществами необходимо предохранять кожу рук. В этих целях можно использовать резиновые перчатки, когда же это неудобно (например, при склеивании или других тонких реставрационных операциях), можно пользоваться защитными пастами и мазями. Для защиты кожи от растворителей, лаков, красок, смол рекомендуются специальные пасты ХНОТ-б ,ЯЛОТ", мазь Селисского, мази ПМ-1, ИЭР-Г и "Миколан". Для защиты кожи от воды и водных растворов кислот, щелочей, солей - паста Чумакова и паста ИЭР-2. Кроме того, можно самим приготовить защитные "биологические перчатки" по следующей рецептуре:

казеин - 30 г.

аммиак (25%) - 1 г.

глицерин - 30 г.

спирт 90° - 85 г.

вода - 85 г.

Залитый водой казеин (а не казеиновый клей) ставят на водяную баню или в термостат при 60-70°С на 2-3 часа до полного набухания казеина. Вся масса время от времени перемешивается. В набухший казеин при постоянном перемешивании вводится аммиак, в полученную однородную клеящую массу небольшими порциями добавляются (также при постоянном перемешивании) вначале глицерин, а затем спирт. Перемешивание продолжается до образования однородной жидкости. Раствор "невидимые перчатки", готовый к употреблению, хранят в банках с притертыми крышками. Срок хранения раствора 5-10 дней. Раствор "невидимые перчатки" приготовляют в чистой сухой эмалированной посуде. Мешалка должна быть из органического стекла или фарфора. Приготовленная таким образом защитная жидкость наносится на руки перед началом работы и. после обеденного перерыва. Застывая (в течение 1-2 мин.), она образует стойкую бесцветную или светло-коричневую тонкую пленку в виде перчаток, легко смываемую теплой водой. Перед нанесением жидкости руки должны быть чистыми и сухими. После окончания работа пленку смывают водой. Удалять производственные загрязнения с кожи рекомендуется концентратами ОП-10 илиОП-7 или пастой для мытья рук.

5. При приготовлении растворов кислот разных концентраций следует помнить, что этот процесс сопровождается большим вселением тепла. Поэтому кислоту нужно постепенно добавлять в воду, а не наоборот!

6. Запрещается нагревать низкокипящие горячие жидкости (ацетон, эфиры, спирты и т.п.) в открытых сосудах на газовых горелках или вблизи от источников открытого огня. Для нагревания допустимо применять закрытые электроплитки.

7. Остатки кислот, щелочей и других едких или ядовитых веществ перед сливом в канализацию необходимо нейтрализовать. Сливать в раковину химические вещества без предварительной нейтрализации категорически запрещается.

8. Случайно пролитую на пол или оборудование кислоту следует немедленно смыть водой и остатки нейтрализовать сухой кальцинированной содой до прекращения реакции. Пролитую щелочь необходимо смыть водой и нейтрализовать борной или уксусной кислотой.

9. Химические реактивы следует хранить в определенном, предназначенном для этого месте, в закрытых банках, склянках или в других сосудах. На каждом сосуде должна быть этикетка с точным названием вещества, его концентрации и т.д. Хранение склянок с реактивами без пробок, этикеток или в неисправной таре запрещается.

Концентрированные кислоты (азотную, серную, соляную и т.п.) и реактивы (аммиак), способные выделять газ, необходимо хранить в вытяжном шкафу. При открывании сосудов следует соблюдать осторожность и вынимать пробку из них постепенно.

Легковоспламеняющиеся и горячие жидкости: бензин, ацетон, скипидар, толуол, ксилол, амилацетат, этиловый и изопропиловый спирты следует хранить в толстостенных сосудах в металлическом, плотно закрывавшемся ящике. С ними вместе нельзя хранить азотную и серную кислоты и марганцевокислый калий.

В рабочем помещении не рекомендуется хранить большие количества клеев, композиции и отвердителей. Хранить их надо в плотнозакрывающейся таре под тягой.

10. Во избежание отравлений категорически запрещается хранить и принимать пищу в рабочих комнатах.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДМЕТОВ ИЗ МЕТАЛЛОВ

Перед началом реставрации предмет необходимо тщательно изучить: определить, из какого металла или сплава сделан предмет, его сохранность, наличие или отсутствие металлического ядра, толщину слоя продуктов коррозии, наличие активных очагов. Это поможет рассчитать общий объем работы, последовательность и методы обработки, сформулировать реставрационное задание. Необходимо также уяснить особенности изготовления предмета, способ соединения отдельных элементов, наличие на предмете других материалов и другие технологические особенности. При таком обследовании выявятся следы предыдущих чинок и реставраций, возможные переделки вещи. Иногда реставратору необходимо обратиться к архивным документам для выяснения истории предмета, и к старым, иногда дореволюционным, публикациям в поисках аналогий. Особенно это важно, когда предмет имеет переделки и утраты, а создание целостного облика требует реконструкции. Любая, даже самая незначительная или конструктивно необходимая реконструкция требует строго научного, документального обоснования.

Исследование предмета начинается с визуального осмотра невооруженным глазом. Продукты коррозии сохраняют следы материалов и предметов, почти полностью уничтоженных временем: следы дерева и краски от ножен на лезвии кинжала, фактуру ткани и даже вышивку, в которую был завернут предмет при погребении, следы отделки поверхности другим металлом или материалом и пр. Корродированная поверхность археологического предмета может нести важную информацию для археолога или историка материальной культуры. Затем переходят к осмотру с помощью обычной или бинокулярной лупы МБС. Подбирая направление лучей осветителя, можно выявить фактуру поверхности, которая в художественных предметах из металла была весьма разнообразна и несла большую эстетическую нагрузку. На потемневшей поверхности или под слоем грязи она может быть плохо различима и при грубой очистке - уничтожена. Все существенные данные должны фиксироваться с помощью фотографий и заноситься в реставрационный паспорт. К бинокулярной лупе МБС выпускается фотонасадка МШ-5, дающая возможность проводить макросъемки. Если металлический предмет сложен по конструкции, допустима его разборка, изучение с помощью лупы необходимо проводить как до, так и после разборки. На скрытых до разборки поверхностях могут быть авторская разметка, даже надписи, следы от переделок и т.д.

Следующий этап - определение металла или типа сплава. Как мы уже говорили, не всегда возможно визуально отличить даже серебряный археологический предмет от бронзового, настолько он покрыт продуктами коррозии медной составляющей сплава.

Поэтому для археологического предмета надо сначала сделать пробную механическую макроскопическую расчистку скальпелем или другим острым предметом, чтобы обнажить поверхность металла. Тогда уже по цвету можно сказать, красная ли это медь, жёлтый сплав или белый. Дальнейшие определения металла проводятся простейшими химическими метода с набором незначительных количеств реактивов.

1) При этом надо учитывать возможное изменение цвета поверхности в результате избирательной коррозии или омеднение поверхности в результате электрохимической коррозии.

Определение меди в сплаве. На поверхность очищенного металла наносят каплю азотной кислоты, разведенной водой в соотношении 1:1. В капле должно наблюдаться газовыделение. Через несколько секунд после начала газовыделения каплю втягивают фильтровальной бумагой и держат это место бумаги над колбой, содержащей концентрированный раствор аммиака (удельный вес 0,88). При наличии меди в сплаве очень быстро обработанное парами аммиака пятно становится темно-голубым.

Определение бронзы и латуни. Для того, чтобы отличить бронзу (сплав меди с оловом) от латуни (сплава меда с цинком) нужно поместить приблизительно 0,05 г сплава в виде стружки или опилок в мензурку, добавить 10 мл азотной кислоты, разбавленной водой в соотношении 1:1, накрыть мензурку часовым стеклом. Когда основное количество сплава раствориться, нагреть жидкость почти до кипения на водяной бане и выдержать горячей 0,5 часа. Оловянистая бронза даст на дне белый осадок, в случае латуни - раствор останется прозрачным. Этот способ пригоден для определения двойных сплавов. Если же сплав содержит одновременно олово и цинк, то можно рекомендовать следующий способ, позволяющий определить в сплаве цинк. К предмету присоединяют положительный полюс сухой батарейки. Полоску фильтровальной бумаги пропитывают раствором серной кислоты и кладут на поверхность предмета. На бумагу помещают полоску металлической меди, которую соединяют с отрицательным полюсом батарейки на 15 секунд. Затем фильтровальную бумагу снимают, кладут на стекло и на нее капают аммиачным раствором тиоционата ртути. Пятно лилово-черного цвета указывает на присутствие цинка. Если цинк отсутствует, пятно будет желтым.

Определение никеля в сплаве. Для определения никеля на поверхность металла наносят каплю разбавленной азотной кислоты (1:1), выдерживают 10-15 сек. и снимают кусочком фильтровальной бумаги, которую держат над парами концентрированного аммиака до тех пор, пока капля не станет темно-голубой. затем на нее капают раствором 1%-ного диметилглиоксина в спирте. Если никель присутствует, то пятно окрасится в красный цвет.

Определение олова в сплаве. Готовят раствор из равных объёмов раствора, насыщенного сернистым газом, и раствора, полученного смешением концентрированной серной кислоты с водой в соотношении 1:3. Каплю этого раствора наносят на поверхность металла. При наличии в сплаве олова через несколько минут образуется желтовато-коричневое пятно, окруженное чёрным кольцом.

Определение свинца в сплаве. На поверхность металла кладут кристаллики хромовой кислоты, сверху наносят каплю ледяной уксусной кислоты. Через минуту добавляют каплю воды. Вокруг кристаллов образуется желтый осадок хромата свинца.

Определение сплава олово-свинец. Для идентификации можно применять пробы как для олова, так и для свинца. Желтый осадок, который лучше виден при нагреве, становится менее отчетливым по мере уменьшения свинца в сплаве.

Определение золотых сплавов. Многие сплавы меди похожи на золотые (например, некоторые латуни), но они легко определяются по химической пробе на медь. Если разбавленная азотная кислота (в соотношении 1:1) не реагирует с металлом, то это указывает на содержание в нем более 25% золота.

Определение позолоты. Определить следы позолоты можно одним из следующих способов.

1.Маленький кусочек стружки с поверхности изделия, снятой скальпелем, растворяют в царской водке (смесь азотной кислоты с соляной в соотношении 1:3); каплю анализируемого раствора разбавляют каплей 5%-ной соляной кислоты, добавляют каплю водного раствора индикатора родамина В и помещают смесь в микропробирку. Добавляют 8 капель бензола и смесь встряхивают; бензол при этом окрашивается в красный цвет, это свидетельствует о наличии ионов золота, что подтверждается оранжевой флуоресценцией под кварцевой лампой.

2.Готовят реагентную бумагу, пропитывая фильтровальную бумагу раствором двухлористого олова и высушивая ее. При нанесении на такую бумагу капли раствора, содержащего золото, образуется окрашенное пятно восстановленного золота.

3.На фильтровальную бумагу наносят каплю слабокислого раствора золота (капля раствора золота в царской водке разбавляется вдвое). На следующий день на бумаге появляется фиолетовое пятно золя золота. В этом случае бумага действует как восстановитель и адсорбент образовавшегося золя золота.

Определение серебряного сплава. Простейший качественный метод определения сплавов серебра состоят в следующем: на поверхность изделия наносят каплю красного прозрачного раствора, содержащего 4 мл серной кислоты, 3 г двухромовокислого калия, 32 мл воды. Чем качественнее сплав, тем интенсивнее становнтся окраска пятна. Присутствие достаточно большого количества меди в сплаве серебра определяют следующим образом: на поверхность металла помещают каплю 2%-ного раствора азотнокислого серебра и оставляют на 3-5 минут. Если в сплаве присутствует не менее 40% меди, то через лупу в капле будут видны мельчайшие серебряные кристаллы в виде дендритов (ветвистых кристаллов). Капля на высокопробном серебре останется прозрачной. Наличие серебра в низкопробных сплавах (до 600-й пробы) может быть установлено следующей капельной реакцией. Под действием на одно и то же место азотной, а затем соляной кислотой образуется белый творожистый осадок хлористого серебра, растворимый в избытке аммиака.

Определение железа. Железо при нагревании в соляной кислоте дает желтое окрашивание раствора. Наиболее просто определить железо магнитом. Однако надо помнить, что магнитные свойства кроме железа., проявляют цветные сплавы, если в них содержится железо, выделившееся в виде самостоятельной фазы. Если реставрируемый металлический предмет представляет интepec для истории металлургии или техники обработки металла, то пробы для спектрального анализа или кусочки для металлографического изучения рекомендуется взять во время реставрации, так как к предмету в это время имеется максимальный доступ и место отбора пробы можно сделать незаметным, после консервациипредмет должен быть неприкосновенным. Отбор проб для изучения должен проводиться с ведома и участием археолога или хранителя музея.

Исследование состава сплава и технологии изготовления даёт информацию, помогающую делать заключение о месте и предположительном времени изготовления предмета, однако пока ещё не существует способа абсолютной датировки металла.

Все эти исследования могут быть проведены самим реставратором в обычной музейной лаборатории. Однако есть исследования, которые могут оказать неоценимую услугу реставратору, но для проведения которых нужно специальное оборудование, умение работать на нем, расшифровывать полученные результаты. Реставратор должен знать о существовании таких методов и их возможностях, чтобы поставить задачу перед специалистами точных наук и уметь воспользоваться результатами подобных исследований.

Состав металла, включая микропримеси, может быть определен спектральным методом. Оптимальная навеска 10 мг. Можно брать меньшее количество металла, но при этом уменьшается точность анализа. Непосредственно на вещи состав может быть определен спектральным методом при лазерном отборе пробы, рентгенофлуоресцентным методом. Определение состава без отбора пробы, непосредственно на предмете, возможно только на небольших экспонатах, например; монетах.

Декоративную отделку другим металлом, чеканный или гравированный рисунок, места пайки, скрытые слоем продуктов коррозии, возможно выявить неразрушающим рентгеновским методом. Рентгеновский снимок является фотографическим изображением, образованным потоком рентгеновского излучения, который частично поглощается исследуемым предметом перед тем, как попасть на пленку, которая располагается за просвечиваемым предметом. На поглощение рентгеновских лучей влияет толщина слоя металла, различная поглощающая способность металла, использованного для отделки. Рентгенография имеет, таким образом, достоинства неразрушающего метода, дающего документальные сведения о предмете. Промышленность выпускает несколько типов установок, подходящих для таких исследований: "Мира-Зд" - работает в импульсном режиме и дает достаточно жесткое излучение; для изучения предметов небольшой толщины может использоваться установка марки "РЭНС-А". "Во всех случаях подходит мощная промышленная установка, применяемая в рентгеноскопии - "РУЛ".

Следующий этап работы реставратора - изучение сохранности предмета. Толщина и плотность продуктов коррозии, а также вид металла под коррозионным слоем определяются механической послойной расчисткой маленького кусочка поверхности. Наличие металлического ядра можно выявить осторожным простукиванием - глухой звук говорит о полностью минерализованном металле, звонкий - о сохранившемся металлическом ядре; прощупыванием гибкой иглой, применяемой в зубоврачебной практике или шабером; по удельному весу. Рентгеновское просвечивание позволяет увидеть минерализованные участки, на которых металл полностью окислился.

Проведенные исследования должны дать сведения о металле и технике изготовления предмета, а также представление об объёме реставрационных работ и последовательности операций.

 

ОБЩИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

Очистка предмета от загрязнения, потемнения и наслоений продуктов коррозии является одной из главных и ответственных реставрационных операций, от успешного проведения которых зависит внешний вид предмета и в большей степени его дальнейшая сохранность. В любом случае загрязнения не должны оставаться на предмете под предлогом, что они являются доказательством подлинности, так как последняя может быть установлена с помощью физико-химических критериев. Перед удалением загрязнения необходимо убедиться, что под слоем грязи нет искусственной патины, закрывающей всю поверхность, или нанесенной для выявления рельефа, или пасты, втертой в гравировку. Вид, который должен иметь предмет к концу очистки, зависит от сохранности предмета. Если металлическое ядро железного оружия достаточно хорошо сохранилось, следует обнажить металл, удалив все продукты коррозии. Если в результате очистки получится изъеденный коррозией бесформенный кусок металла, то следует выбрать другой путь обработки, а не полное удаление минеральных наслоений. При реставрации археологической бронзы надо помнить, что операции расчистки необратимы. Удалить полностью поверхностные наслоения, которые образовывались веками при взаимодействии металла с внешней средой и которые никакими способами нельзя получить искусственно (речь идет не только о составе продуктов коррозии, но и о характере их распре деления на поверхности) - это значит, раз и навсегда уничтожить археологический вид предмета. Надо знать, что охранительный принцип реставрации гораздо более трудный, требующий больших затрат времени, внимания и навыков реставратора, но и более благодарный.

3.1. Очистка от загрязнений

Загрязнения на металлических предметах состоят обычно из жировых наслоений, смешанных с пылью, частицами органически веществ, копотью и пр. Все жировые загрязнения могут быть отнесены к двум основным группам: жиры минерального происхождения, удаляемые растворителями, и жиры животного и растительного

происхождения, которые взаимодействуют с водными растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуя растворимые в тёплой воде мыла. На старых предметах из металла возможно наличие обоих видов жиров, смешанных с пылью.

Очистка проводится либо жидкими веществами - органическими растворителями или водными растворами неорганических соединений, либо механическим или химико-механическим способом с помощью порошков и паст. Водные растворы удобны, но могут вызывать коррозию очищаемых металлических предметов. Органические растворители обладают высокой очищающей способностью и практически не оказывают коррозионного воздействия на поверхность очищаемого предмета, но дороги и часто токсичны, огнеопасны. Режим обработки, концентрация раствора, температура, длительность обработки и т.д. зависят от характера выбранного состава, степени и вида загрязнения, размеров предмета и устанавливается в каждом конкретном случае с помощью пробных расчисток.

Очистка органическими растворителями основана на их способности растворять вещества жирового характера, масла, консервирующие покрытия, удаляя их с обрабатываемой поверхности. Предметы очищают погружением, протиранием, компрессами.

Возможно применение следующих растворителей: 1) спирты: этиловый, изоамиловый, бутиловый, этиленгликоль; 2) ацетон, метилэтилкетон (МЭК); 3) ароматические углеводороды: толуол, ксилол; 4) сложные смеси углеводородов: бензин, уайт-спирит;

5) хлорированный углеводород - перхлорэтилен 6) сложные эфиры: метилацетат, амилацетат, этилацетат.

Предметы со сложной декоративной отделкой поверхности - искусственная патина, втертая в рисунок паста, наличие красочного слоя, сочетание металла с материалами органического происхождения - очищать от загрязнений можно только органическими растворителями, начиная с наиболее безвредного как для реставратора, так и для предмета - этилового спирта, переходя к более сильным.

Особую роль среди других компонентов очищающих растворов играют поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ понижают поверхностное и межфазное натяжение, улучшают смачивание поверхности, оказывают диспергирующее (расклинивающее) действие на твердые загрязнения и эмульгирующее - на жидкие, играют роль пенообразователей.

При средней загрязненности и невозможности обработать предмет погружением его очищают, протирая тампоном, смоченным следующим составом: полиакриламид 1%-ный - 15 мл, диталан ОПС - 55 мл, ацетон - 15 мл, этанол - 15 мл. Очистку проводят дважды, по мере загрязнения тампоны заменяют, хорошо очищают комбинированные составы - эмульсии, состоящие из двух фаз - водной и неводной. Например, вода и керосин (1:3) с добавкой 2% по весу ОП-7 или ОП-10. В качестве годного средства для очистки сильно загрязненных предметов можно рекомендовать следующие составы:

1) жидкое стекло - 25-50 г/л, кальцинированная сода - 40-50 г/л, тринатрий фосфат - 25-30 г/л или

2) кальцинированная сода - 20-25 г/л, ОП-7 - 5-10 г/л, тринатрийфосфат - 20-25 г/л.

Повышение температуры раствора до 60-70°С ускоряет очистку. Предмет погружают в раствор и очищают щетинной щеткой. Возможно применение моющего средства «Триалон-10» с добавлением 3-4 г/л ОП-7, "Прогресс" и стиральных порошков, содержащих энзимы, - "Ока" и "БИО-С".

Для очистки металлических изделий от жировых и водорастворимых загрязнений можно использовать водный раствор поверхностно-активного вещества с углеводородами, например, бензолом, керосином, уайт-спиритом с добавлением маслорастворимого ингибитора коррозии.

Состав раствора: поверхностно-активное вещество сульфонал 20 г/л, маслорастворимый ингибитор МСДА-11 - 20 г/л, соотношение водной и углеводородной фаз (5-1) : (1-2)

Перед общей очисткой от загрязнений предмета из металла необходимо сделать пробную расчистку. Подбирают очищающий раствор, начиная с более слабого, переходя затем к более сильному. Например, первую пробу делают тампоном, смоченным в уайт-спирите. Если грязь не убирается сразу, то на поверхность накладывают компресс. После того, как станет ясна авторская отделка поверхности, наличие патины и пр., можно приступать к общей очистке.

Для удаления старой краски рекомендуются фирменные растворители, состоящие из смеси различных органических веществ. Растворители 646, 648, Р-4, Р-5 растворяют большинство красок, смол и лаков. Скорость удаления старой краски-зависит от многих причин, поэтому лучше удалять ее с помощью компрессов, определяя время выдержки опытным путем.

 

Здесь приведены только выдержки из работы.

Всю работу можно скачать по ссылке.