Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

Oberflächen 09. 06. 2019
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Im Rahmen eines geförderten Projektes werden bei Innovent reversible Schutzschichten, basierend auf nachwachsenden Rohstoffen, für metallische Kulturgüter entwickelt. In diesem Zusammenhang wurde deren Eignung für die Konservierung von Eisenmeteoriten untersucht. Damit lassen sich Korrosionserscheinungen infolge von Lagerung und Zurschaustellung an den Fundstücken vermeiden, ohne deren Oberfläche und Optik zu verändern. Bei Bedarf können diese Schutzschichten wieder rückstandsfrei und ohne Einfluss auf die Oberflächen der Objekte entfernt werden.

Eisenmeteoriten neigen unter Einfluss von Feuchtigkeit sehr stark zur Korrosion. Durch die starke thermische Belastung beim Atmosphäreneintritt weisen diese Mikrorisse auf, an deren Kanten die Korrosion besonders stark voranschreitet. Durch die ­größere räumliche Ausdehnung der Korrosionsprodukte in den Rissen führt dies oft zum Zerfall und gegebenenfalls zum Verlust der Fundstücke. Viele Meteoriten weisen charakteristische Muster (Widmannstättensche Strukturen) auf, die sich über lange Zeiträume bilden und anhand derer die Fundstücke identifiziert werden. Hierfür und für weitere Analysen, aber auch zur Ausstellung, werden die Fundstücke in der Regel zerteilt, wodurch die freigelegten blanken Metalloberflächen dem korrosiven Angriff ausgesetzt sind. Eine Versiegelung zum Schutz vor Korrosionserschei­nungen sollte, gerade für museale Ausstellungsstücke, das äußere Erscheinungsbild nicht verändern und auch keinen mechanischen und chemischen Einfluss auf die Oberfläche des Objekts ausüben. Zudem ist eine rückstandslose Entfernbarkeit wünschenswert.

Transparent - reversibel - nachhaltig

Hierfür bietet sich ein Beschichtungsverfahren an, das von Innovent bereits an archäologischen Fundstücken erprobt wurde. Bei den hierbei untersuchten archäologischen Fundstücken aus Eisen ebenso wie bei den Mete­oriten spielt die Erhaltung des kultur- beziehungsweise naturhistorischen Werts die entscheidende Rolle. Bei dem Beschichtungsmaterial handelt es sich um eine thermoplastische Polysaccharid-Ester-Verbindung, die sich durch eine hohe Transparenz auszeichnet. Analog einer klassischen Pulverbeschichtung wird das fein gemahlene Material elektrostatisch geladen auf den metallischen Probekörper aufgetragen und anschließend durch Aufschmelzen zu ­einer umhüllenden Schicht verbunden. Bei der Synthese der Esterverbindung aus biobasierten nachhaltigen Rohstoffen kann der Schmelzpunkt in einem Bereich von 50 °C bis etwa 200 °C eingestellt werden, so dass auch temperaturempfindliche Sub­strate gut damit behandelt werden können. Da das Material während des Auftragsprozesses nicht quervernetzt, kann es durch Schmelzen mit sanftem mechanischem Abtrag oder mittels Lösemittel wieder von der Oberfläche entfernt werden. Die Polysaccharid­ester sind wasserabweisend und frei von Weichmachern und Lösungsmitteln. Durch Einstellung der Viskosität und des Spreitverhaltens der ­Schmelze lassen sich unterschiedliche Glanzgrade erzeugen und damit der ursprüngliche optische Eindruck erhalten.

Tests am ­außerirdischen Metall

Für derartige Versuche sollte man es mit Bruchstücken des Eisenmeteoriten aus dem Campo del Cielo Kraterfeld in Argentinien versuchen, da dieser aufgrund seiner Rissigkeit die Ausbreitung von Rost gut erkennen lässt, empfahl Dr. Benno Baumgarten, stellvertretender Direktor des Naturkundemuseums Südtirol, der bei den Versuchen beratend tätig war. Das circa 42 Gramm schwere Fragment des Meteoriten wurde trocken zerteilt, um eine Test- und eine Referenzprobe zu erhalten (Abb. 1).Bei dem Material handelt es sich um eine ­Eisen-Nickel-Legierung, welche in normaler Raumluft schnell zu oxidieren beginnt und daher entweder sehr trocken gelagert oder gesondert geschützt werden muss.

Abb. 1: Meteoriten-Schnitthälften, unbewittert (oben) und bewittert (unten); das rechte Fragment wurde vor Korrosion geschützt (Foto: Innovent e.V.)

 

Zur Überprüfung der Beständigkeit der Beschichtung und ihrer Schutzwirkung wurde eine der beiden Hälften mit der Pulverschicht versehen und zusammen mit der unbehandelten Hälfte für fünf Tage in einer feuchten Atmosphäre (40 °C, mindestens 95 % r. h.) gelagert. Nach dieser Zeit ist bereits mit bloßem Auge (Abb. 1) und ganz besonders mikroskopisch (Abb. 2) ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Probestücken zu erkennen. Nicht nur auf den Außenflächen, sondern vor allem an den frischen Schnitt­flächen ist die Wirkung des Schutzmantels sehr gut erkennbar.

Abb. 2: Vergleich der bewitterten und unbewitterten Schnittflächen (oben/unten) der ungeschützten Probe (links) und geschützten Probe (rechts) (Foto: Innovent e.V.)

 

Insbesondere an den Mikrorissen, die sich aufgrund der thermischen Belastung beim Atmosphäreneintritt bis in die inneren Bereiche des Meteoritenkörpers bilden, sind die Korrosionserscheinungen besonders ausgeprägt. An diesen Stellen besteht noch Optimierungsbedarf bei der Beschichtung hinsichtlich der Abdeckung. Zusätzlich konnten Röntgenfluoreszenzanalysen der korrodierten Stellen, besonders der Ausblühungen, an diesen Rissen, die Anwesenheit von Chlor belegen. Dieser Umstand lässt vermuten, dass während der circa 5000 Jahre Lagerung im Erdboden salzhaltige Verbindungen in die Mikrorisse eingedrungen sein könnten und daher, durch Bildung von Lösungen in feuchter Atmosphäre, die Korrosion im Umfeld der Risse beschleunigen. Die korrosive Wirkung von Salzwasser ist weithin bekannt. Dennoch ist die Korrosion an den vollständig ungeschützten Rissen deutlich stärker. Dieses Resultat ebnet den Weg, mit einer weiteren Optimierung des Auftragsverfahrens als auch des Beschichtungsmaterials selbst, zu einer vollständigen Schutzwirkung zu kommen.

Über Innovent

Die Industrieforschungseinrichtung Innovent e.V. analysiert, forscht und entwickelt seit 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, magnetisch-optische Systeme und Biomaterialen. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa 130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit Fachtagungen durch. Innovent ist Gründungsmitglied der Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse.

 

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