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臭氧是一种氧化性强,危害范围广的污染性气体,不但可以导致诸如织物、皮革、相片、颜料等有机质文物材料的降解,还对各种金属文物材料有不同程度的破坏,例如臭氧能加速银和铁的氧化以及银和铜的硫化,臭氧对文物的危害已经引起了国内外专家和学者的广泛关注。
本文主要采用石英晶体微天平(QCM)反应性监测方法、扫描开尔文探针(SKP)技术、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术研究了典型金属材质文物在臭氧环境中的腐蚀行为及规律。通过监测不同臭氧浓度、不同温度以及不同相对湿度下镀银和镀铜石英晶振片的频率变化,得到银和铜在臭氧环境中的腐蚀动力学曲线,并据此计算了腐蚀速度等参数,同时结合腐蚀过程中金属表面形貌及电位分布的变化,进一步推测银和铜在臭氧中的腐蚀机理。通过对金属表面腐蚀产物主要成分的分析,对前述腐蚀机理进行了验证。最后通过剂量-响应函数的拟合,初步建立了腐蚀速度与环境影响因素之间的关系。
QCM研究结果表明,臭氧浓度和温度是影响金属银和铜腐蚀过程中重要的环境参数。随着臭氧浓度和温度的增大,金属银和铜的腐蚀程度越来越严重。银对相对湿度敏感性较低。
拉曼光谱和XPS分析表明,金属银在5μg/L臭氧环境中暴露1天和3天后的腐蚀产物主要为Ag2O。金属铜在5μg//L臭氧环境中暴露1天和3天后的腐蚀产物层中,最外层腐蚀产物为CuO,内层为Cu2O。铜在臭氧中比在空气中腐蚀程度更为严重。铜在臭氧中的腐蚀会随着暴露时间的延长而不断加剧。