铁质文物的土壤腐蚀机理与保护方法研究

【摘要】本论文以仿古铸铁和出土宋代铁钱为研究对象,采用各种化学、电化学方法以及表面分析技术,探讨了铁质文物土壤腐蚀的各种影响因素,研究了铁质文物土壤局部腐蚀的机理,并尝试将锈层稳定方法应用于铁质文物的有害锈转化,同时开发了一种铁质文物用改性氟碳封护剂。本研究将为铁质文物的保护提供科学依据。采用动电位极化法、交流阻抗技术、失重法、自腐蚀电位监测等方法研究了环境即土壤的主要化学组成如Cl-、SO2-、HCO3-等阴离子含量的变化,土壤含水量的变化,以及土壤pH值的变化对仿古铸铁腐蚀的影响。采用动电位极化、模拟闭塞电池、交流阻抗等电化学方法,以及光学显微镜、扫描电镜等显微组织分析手段,研究了四种不同组织的仿古铸铁在模拟土壤介质中的局部腐蚀行为,详细探讨了组织差异对仿古铸铁局部腐蚀的影响。发现仿古铸铁耐蚀性依次递减的顺序为白口铸铁、麻口铸铁、珠光体+铁素体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁。通过浸泡实验,采用金相观察、扫描电镜、显微激光拉曼、X射线衍射等技术跟踪研究铸铁在模拟土壤介质中不同阶段腐蚀产物的形貌、结构、组成和相转化过程。同时采用表面分析技术对实验室合成的α,β,γ,δ四种FeOOH进行表征,研究NO3-、Cl-、HSO4-以及Cl-+HSO4-等几种离子的作用下,p,丫两种FeOOH对仿古铸铁腐蚀的影响。详细区分了铁质文物表面腐蚀产物的稳定性,明确了腐蚀产物的有害性。采用浸泡法、动电位扫描极化及模拟闭塞电池法等方法研究了土壤和腐蚀产物覆盖下铁质文物局部腐蚀的化学和电化学行为,采用X射线衍射、扫描电镜等表面技术分析仿古铸铁的腐蚀形态、腐蚀产物相及转化过程,探明了氯元素的作用机理。通过表面分析技术对峨眉山和宝鸡出土铁钱的金相组织、夹杂物、腐蚀产物形貌及相组成等进行了表征,探讨了铁钱在长期埋地过程中的局部腐蚀机理和铁钱表面腐蚀产物的形成过程。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术研究不同浓度和配比的丹宁酸/磷酸混合溶液对β,γ两种FeOOH的转化作用,对铁质文物表面锈层的化学转化处理进行了初步探讨。研究发现,3%丹宁酸+10%磷酸是最适合于锈层转化剂的基本配方,锈层转化产物主要由铁的磷酸盐和单宁酸铁螯合物组成。通过筛选适当的纳米粒子和缓蚀剂,采用纳米TiO2、SiO2和缓蚀剂对氟碳乳液进行改性,研制了一种适用于铁质文物保护的封护材料。同时对该改性氟碳封护材料的紫外屏蔽性能、疏水疏油性能及基本的物理化学性能进行了测试和评价。评价显示改性氟碳封护剂涂膜能够减轻各种污染物对铁质文物的侵蚀,保持文物原貌,满足铁质文物保护的基本需要。
【作者】王紫色；
【导师】许淳淳；
【作者基本信息】北京化工大学，材料物理与化学，2008，博士
【关键词】仿古铸铁；腐蚀机理；土壤；腐蚀产物；保护；

【参考文献】
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