Artificial patination on copper alloys for the customisation of ER-sensors and for the study of corrosion inhibitors

Various recipes have been studied and optimised for the production of artificial patina on copper alloys in order to obtain characteristics similar to natural ones. Their use is fundamental in the field of research for the conservation of cultural heritage. The main patinas, were created on copper plates, therefore characterized by electrochemical measurements, linear polarization resistance (LPR) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and by FTIR analysis spectroscopy. It has been possible to reproduce the most common natural patinas, with different compositions, which are formed with atmospheric corrosion. Many of them exhibited an electrochemical behavior comparable to that of natural patinas and proved suitable for the study and development of ER sensors. These recipes were subsequently used for the pre-corrosion of ER sensors with different designs for monitoring environmental corrosivity, therefore to evaluate the different influence of the various patinas on the corrosion rate. The usefulness and need of pre-corroded ER sensors for monitoring environmental corrosivity was confirmed; results clearly showed that the corrosion rate is strongly influenced by the type of corrosion layers present over the surface. Finally, a comparative study of the performance of 4 "green" corrosion inhibitors for copper alloys in cultural heritage was conducted, given that BTA, the most commonly used inhibitor, is toxic. In particular, the influence of application methods on clean copper plates was analysed. In all cases the BTA was also tested as a reference. Results showed that the application method on which it is applied influence the efficiency of the corrosion inhibitors. In addition, the protective performance of all inhibitors has been shown to improve over time.

Varie ricette sono state studiate e ottimizzate per la produzione di patina artificiale su leghe di rame al fine di ottenere caratteristiche simili a quelle naturali. Il loro uso è fondamentale nel campo della ricerca per la conservazione del patrimonio culturale. Le principali patine sono state create su lastre di rame, quindi caratterizzate da misure elettrochimiche, resistenza di polarizzazione lineare (LPR) e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e spettroscopia di analisi FTIR. È stato possibile riprodurre le patine naturali più comuni, con diverse composizioni, che si formano con corrosione atmosferica. Molte di esse hanno mostrato un comportamento elettrochimico paragonabile a quello delle patine naturali e si sono dimostrate adatte allo studio e allo sviluppo di sensori ER. Queste ricette sono state successivamente utilizzate per la pre-corrosione dei sensori ER con diversi design per il monitoraggio della corrosività ambientale, quindi per valutare la diversa influenza delle varie patine sul tasso di corrosione. È stata confermata l'utilità e la necessità di sensori ER pre-corrosi per il monitoraggio della corrosività ambientale; i risultati hanno mostrato chiaramente che il tasso di corrosione è fortemente influenzato dal tipo di strati di corrosione presenti sulla superficie. Infine, uno studio comparativo delle prestazioni di 4 inibitori di corrosione "green" per leghe di rame nel patrimonio culturale è stato condotto, dato che il BTA, l'inibitore più comunemente usato, è tossico. In particolare, è stata analizzata l'influenza dei metodi di applicazione su piastre di rame pulite. In tutti i casi anche il BTA è stato testato come riferimento. I risultati hanno mostrato che il metodo di applicazione su cui viene applicato influenza l'efficienza degli inibitori di corrosione. Inoltre, è stato dimostrato che le prestazioni protettive di tutti gli inibitori migliorare nel tempo.