Способ реставрации скульптурных монументальных произведений из листовой нержавеющей стали

 

Способ реставрации скульптурных монументальных произведений из листовой нержавеющей стали для повышения качества реставрации заключается в том, что на поверхность отремонтированных и новодельных элементов формы методом магнетронного или плазменного напыления наносят покрытие из материала, выбранного из группы, включающей титан, титан-паладий, титан-алюминий.

Изобретение относится к области реставрации художественных объектов и может быть использовано для восстановления первоначального облика монументальных произведений искусства и памятников культуры, в частности скульптур, горельефов, барельефов, выполненных из листовой нержавеющей стали.

Известен способ реставрации объектов, преимущественно художественных, заключающийся в выявлении чужеродных наслоений на авторском слое, определении состава и фактуры чужеродных наслоений и их удалении с авторского слоя, при котором определение состава и фактуры чужеродного слоя производят оптическими методами, после чего выявляют однородные по составу и фактуре участки чужеродных наслоений, а их удаление осуществляют воздействием на чужеродное наслоение лазерным излучением, при этом воздействие лазерным излучением производят в частотно-импульсном режиме с постоянными на однородных участках наслоений длиной волны, частотой следования импульсов, поверхностной плотностью волны, частотой следования импульсов, поверхностной плотностью энергии импульсов и длительностью импульсов при заданных соотношениях указанных параметров излучения с учетом плотности и удельной теплоты сублимации чужеродного материала (RU 96115564/12, B 44 D 5/00, заявл. 25.07.1996).

Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает сохранности отреставрированных объектов в условиях воздействия окружающей среды, содержащей агрессивные компоненты промышленной и биологической деятельности человека.

Наиболее близким к заявляемому способу по решаемой технической задаче является способ реставрации скульптурных произведений из листовой нержавеющей стали, при котором осуществляют частичное изъятие элементов скульптурного произведения, подлежащих реставрации, ликвидируют выявленные на них раковины, каверны и другие поверхностные локальные дефекты при помощи аргонной сварки, заменяют отдельные утраченные элементы формы новодельными элементами, изготовленными путем выколотки по готовой модели, а соединение всех элементов друг с другом при восстановлении авторской формы произведения ведут при помощи точечной аргонной сварки или электродуговой сварки сплошным швом (SU 590163 В 44 С 3/06, заявл. 05.04.1974).

Однако известный способ, как и вышеназванный, не обеспечивает защиту отреставрированных объектов от агрессивного воздействия окружающей среды, а использование в нем методов сварки, вызывающих локальные металлургические изменения в конструкционных материалах, не защищенных от атмосферного воздействия, способствует зарождению и развитию в этих местах коррозионных процессов, существенно снижающих качество реставрации и сроки "жизни" полноценной авторской формы произведения.

Задачей изобретения является повышение качества реставрации и увеличение долговечности авторского произведения.

Достигаемый технический результат заключается в существенном повышении коррозионной стойкости отреставрированного произведения.

Поставленная задача решается тем, что в способе реставрации скульптурных монументальных произведений из листовой нержавеющей стали, включающем разбору произведения на отдельные элементы формы, их ремонт и частичную замену новодельными элементами и соединение элементов с обеспечением восстановления авторской формы произведения в целом, на поверхность отремонтированных и новодельных элементов формы методом магнетронного или плазменного напыления наносят покрытие из материала, выбранного из группы, включающей титан, титан-палладий, титан-алюминий, с обеспечением начальной стадии гомогенной растворимости материала покрытия в стали, изготавливают каркас из материала, выбранного из группы, включающей титан, титан-ванадий, с включением в каркас крепежных биметаллических сталь-титановых элементов заданной геометрии, соединение элементов формы друг с другом ведут методом электродуговой или лазерной сварки, после зачистки швов наносят на них покрытие указанного состава методом электродугового или "холодного" сверхзвукового напыления и обеспечивают унификацию цвета поверхности произведения путем химической обработки поверхности покрытия швов, например, химическим травлением.

Использование покрытий из титана или из его сплавов с палладием или с алюминием, наносимых методами магнетронного или плазменного напыления в вакууме, обеспечивает высокую сопротивляемость покрытий коррозии в агрессивных средах с концентрациями продуктов промышленной и биологической деятельности человека, превышающими предельно допустимые значения в сотни раз. Для повышения адгезии покрытия со стальной подложкой она подогревается до 400-500^oС, что обеспечивает начальную стадию гомогенной растворимости титана в стали, исключение резкого перехода между покрытием и подложкой, высокую сопротивляемость к термоциклированию.

Изготовление внутреннего каркаса из титана или из его сплава с ванадием обеспечивает наибольшее соотношение прочность/вес металлоконструкции. Использование в каркасе биметаллических элементов сталь-титан с заданной геометрией (плоских, цилиндрических, конических), изготавливаемых с помощью металлургической сварки совместной экструзией стали и титана через формообразующую фильеру с последующей обработкой прокаткой, обеспечивает возможность надежного сварного соединения с ними элементов формы.

Соединение элементов формы друг с другом по непокрытым торцам методами электродуговой или лазерной сварки обеспечивает высокое качество соединений без опасения образования в них хрупких интерметаллидов титана.

Последующее нанесение титанового, или титан-палладиевого, или титан-алюминиевого покрытия на зачищенные швы обеспечивает компонентную однородность покрытия на всей поверхности объекта. Использование при этом методов электродугового или "холодного" сверхзвукового напыления (напыление микронных порошков при скоростях потока до 800 м/с) обеспечивает высококачественную антикоррозионную защиту швов и исключает возникновение цветов побежалости на поверхности швов. Обеспечение унификации цвета поверхности произведения путем химической обработки поверхности покрытых швов, например, химическим травлением не требует нанесения патинирующих препаратов.

Пример Рассматривается использование предлагаемого способа применительно к реставрации созданного 50 лет назад скульптурного произведения, выполненного из листов нержавеющей стали, соединенных друг с другом с помощью электродуговой сварки. Анализ фактуры и состава элементов формы и металлического каркаса показал наличие большого количества дефектов механического (эрозионного) и коррозионного характера на поверхности элементов, обусловленных, по-видимому, существенным увеличением с течением времени концентрации дисперсных (пылевидных) и химических компонентов в окружающей среде.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

Путем разрезки по сварным соединениям ведут разбору произведения на отдельные элементы формы. Проводят диагностику элементов методами разрушающего (на образцах) и неразрушающего контроля. Оценивают металлургическое качество, определяют химический состав материалов, микроструктуру и микропористость, оценивают шероховатость и твердость поверхности элементов.

Ремонт элементов, не подлежащих замене, осуществляют путем заваривания поверхностных дефектов аргонной сваркой. Отдельные утраченные элементы формы заменяют новодельными элементами, изготовленными из листов нержавеющей стали путем выколотки по готовой модели. Перед нанесением покрытий все элементы предварительно подвергают механической шлифовке и полировке, затем мойке в ультразвуковой ванне в проточной воде, после чего проводят их электрополировку, снова подвергают мойке в проточной воде и отжигают в вакууме при температуре 800^oС. Нанесение покрытий осуществляют магнетронным распылением титановой мишени в вакуумной камере с добавлением аргона (рабочий газ) и азота (реакционный газ). Элементы устанавливают на вращающиеся столики (планетарный механизм), перед этим торцы элементов закрывают специальными масками на ширину 5 мм (на краях оставляют непокрытую зоны для последующей сварки элементов между собой). Камеру откачивают до давления остаточных газов 2-3•10^-5 мм рт. ст., затем напускают аргон и производят ионную обработку элементов в течение 10 мин, после этого включают нагрев элементов до температуры 400-500^oС и в течение 30 мин наносят покрытие из титана. Толщину покрытий определяют с помощью скобы-толщиномера на калиброванных образцах-свидетелях, покрываемых в одном процессе с элементами. Внутренний каркас скульптуры выполняют в виде стержней из титана. Для обеспечения соединения каркаса с пластинчатыми элементами поверхности в него, при изготовлении части стержней, включают биметаллические сталь-титановые элементы плоской, цилиндрической и конусной геометрии, которые изготавливают с помощью металлургической сварки совместной экструзией стали и титана через формообразующую фильеру с последующей обработкой прокаткой. При сборке скульптуры элементы формы сваривают с крепежными биметаллическими элементами каркаса и друг с другом по торцевым непокрытым зонам с помощью электродуговой или лазерной сварки. После механической зачистки швов на них методом электродугового или "холодного" сверхзвукового напыления наносят титановое покрытие, поверхность которого обрабатывают химическим травлением, и обеспечивают одинаковый окрас поверхности скульптуры в целом.

На образцах элементов формы, каркаса и сварных соединений, изготовленных из титана, сплавов титан-палладий (0,1 мас.%), титан-алюминий (5 мас.%), титан-ванадий (5 мас. %), проводили ускоренные климатические испытания на сохранность свойств защитных покрытий металлических конструкций.

В соответствии с ГОСТ Р 51164 проводили испытания по следующим показателям: - электрофизическая сплошность покрытия; - толщина покрытия; - прочность при ударе при температуре 15-25^oС; - площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации после выдержки при температуре 55-65^oС в течение 15 сут.; - переходное электросопротивление покрытия (исходное и после выдержки в 3% растворе NaCl при 15-25^oС); - сопротивление пенетрации (вдавливанию) при температуре 15-25^oС.

По ГОСТ 14760 оценивали адгезию покрытия методом отрыва в интервале температур от 15 до 65^oС и после 500 ч выдержки в воде при температуре 55-65^oС.

По ГОСТ 4650 оценивали водопоглощение покрытия после выдержки 1000 ч в воде при температуре 15-25^oС. Оценивали устойчивость к термоциклированию в диапазоне температур от -40 до +65^oС.

Анализ полученных данных показывает, что по указанным показателям свойства покрытий обеспечивают эксплуатационную долговечность отреставрированной скульптуры и сохранение авторской формы произведения в течение не менее 200 лет.

Формула изобретения

Способ реставрации скульптурных монументальных произведений из листовой нержавеющей стали, включающий разборку произведения на отдельные элементы формы, их ремонт и частичную замену новодельными элементами и соединение элементов с обеспечением восстановления авторской формы произведения в целом, отличающийся тем, что на поверхность отремонтированных и новодельных элементов формы методом магнетронного или плазменного напыления наносят покрытие из материала, выбранного из группы, включающей титан, титан-палладий, титан-алюминий, с обеспечением начальной стадии гомогенной растворимости материала покрытия в стали, изготавливают каркас из материала, выбранного из группы, включающей титан, титан-ванадий, с включением в каркас крепежных биметаллических сталь-титановых элементов заданной геометрии, соединение элементов формы друг с другом ведут методом электродуговой или лазерной сварки, после зачистки швов наносят на них покрытие указанного состава методом электродугового или "холодного" сверхзвукового напыления и обеспечивают унификацию цвета поверхности произведения путем химической обработки поверхности покрытия швов, например, химическим травлением.