Bronzekrankheit: Eine große Herausforderung bei der Konservierung archäologischer Münzen auf Kupferbasis

Korrosionsreaktionen sind die gefährlichsten Phänomene, die Metallerbe in verschiedenen Umgebungen beeinträchtigen, einschließlich der Innenumgebung des Museums, der Außenatmosphäre und der Graberde. Münzen sind kleine Objekte mit eigenem Wert, die Informationen über Architektur, Kultur und Kunst ihrer Zeit enthalten.

Corrosion is a major threat to metal artifacts in various environments, including museums, outdoor atmosphere, and burial soil. Coins, being small objects with intrinsic value, hold rich information about architecture, culture, and arts of their time. They often bear images of rulers, national or religious symbols, and inscriptions, offering insights into the political and economic history of their period. Many coins show important buildings, temples, and other architectural marvels, serving as small canvases for the artistic styles of their period. The study of coins combines elements of history, archaeology, and art history.

Korrosion stellt eine große Bedrohung für Metallartefakte in verschiedenen Umgebungen dar, darunter in Museen, in der Atmosphäre im Freien und in Grabstätten. Münzen sind kleine Objekte mit eigenem Wert und enthalten reichhaltige Informationen über Architektur, Kultur und Kunst ihrer Zeit. Sie tragen häufig Abbildungen von Herrschern, nationale oder religiöse Symbole sowie Inschriften und bieten Einblicke in die politische und wirtschaftliche Geschichte ihrer Zeit. Viele Münzen zeigen wichtige Gebäude, Tempel und andere architektonische Wunderwerke und dienen als kleine Leinwände für die künstlerischen Stile ihrer Zeit. Die Münzforschung verbindet Elemente der Geschichte, Archäologie und Kunstgeschichte.

Bronze represents a class of alloys widely used in ancient times, valued for its hardness and greater corrosion-resistant compared to pure metals. Ancient cast bronze typically contains copper with varying amounts of tin, and zinc depending on the desired properties of the alloy. The addition of lead (Pb) improved the fluidity of molten bronze, making it a preferred material for production of decorative coins, particularly during the Greco-Roman ages. The corrosion products of bronze are mainly composed of copper oxides, forming a uniform pale brown to black-brown layer known as the primary patina. Preserving this patina especially the cuprite, along with surface details, is the main goal in the conservation of copper-based coins.

Bronze stellt eine in der Antike weit verbreitete Legierungsklasse dar, die im Vergleich zu reinen Metallen wegen ihrer Härte und höheren Korrosionsbeständigkeit geschätzt wird. Antike Gussbronze enthält typischerweise Kupfer mit unterschiedlichen Mengen an Zinn und Zink, abhängig von den gewünschten Eigenschaften der Legierung. Der Zusatz von Blei (Pb) verbesserte die Fließfähigkeit der geschmolzenen Bronze und machte sie zu einem bevorzugten Material für die Herstellung dekorativer Münzen, insbesondere im griechisch-römischen Zeitalter. Die Korrosionsprodukte von Bronze bestehen hauptsächlich aus Kupferoxiden und bilden eine gleichmäßige hellbraune bis schwarzbraune Schicht, die sogenannte Primärpatina. Der Erhalt dieser Patina, insbesondere des Cuprits, sowie der Oberflächendetails ist das Hauptziel bei der Konservierung von Münzen auf Kupferbasis.

Patina is a thin, natural or artificial layer that forms on bronze due to chemical reactions such as oxidation. It develops over time through exposure to environmental factors, including humidity, pollution, and soil. Patinas are composed of compounds such as copper oxides (e.g., cuprite), carbonates (e.g., malachite), or sulfates. Natural patinas provide protection against corrosion, while artificial patinas are applied for aesthetic or protective purpose. In archaeology, patinas are valuable as they act as a historical record and serve as a protective barrier, making their preservation crucial in conservation efforts.

Patina ist eine dünne, natürliche oder künstliche Schicht, die sich durch chemische Reaktionen wie Oxidation auf Bronze bildet. Es entwickelt sich im Laufe der Zeit durch die Einwirkung von Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit, Umweltverschmutzung und Boden. Patina besteht aus Verbindungen wie Kupferoxiden (z. B. Cuprit), Carbonaten (z. B. Malachit) oder Sulfaten. Natürliche Patina bietet Schutz vor Korrosion, während künstliche Patina aus ästhetischen oder schützenden Gründen aufgebracht wird. In der Archäologie sind Patinas wertvoll, da sie als historische Aufzeichnungen dienen und als Schutzbarriere dienen, was ihre Erhaltung für Naturschutzbemühungen von entscheidender Bedeutung macht.

Surface degradation occurs due to corrosion, which involves not only oxidation but also the formation of copper chlorides (bronze disease) and other corrosion products that vary in thickness and composition. Bronze disease is an active corrosion process in which bronze reacts with chloride ions to form cuprous chloride (CuCl), leading to metal degradation. In humid environments, cuprous chloride reacts with water to produce hydrochloric acid, further accelerating deterioration. This results in pitting and flaking, weakening the structural integrity of artifacts. Bronze disease can compromise the structural, historical, and aesthetic values of archaeological coins. The reaction speed on the bronze surface varies depending on the object’s history and surrounding environment.

Durch Korrosion kommt es zu einer Oberflächenverschlechterung, bei der es nicht nur zur Oxidation, sondern auch zur Bildung von Kupferchloriden (Bronzekrankheit) und anderen Korrosionsprodukten unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung kommt. Bei der Bronzekrankheit handelt es sich um einen aktiven Korrosionsprozess, bei dem Bronze mit Chloridionen unter Bildung von Kupferchlorid (CuCl) reagiert, was zu einer Metallzersetzung führt. In feuchten Umgebungen reagiert Kupferchlorid mit Wasser unter Bildung von Salzsäure, was den Verfall weiter beschleunigt. Dies führt zu Lochfraß und Abplatzungen, wodurch die strukturelle Integrität der Artefakte geschwächt wird. Die Bronzekrankheit kann den strukturellen, historischen und ästhetischen Wert archäologischer Münzen beeinträchtigen. Die Reaktionsgeschwindigkeit auf der Bronzeoberfläche variiert je nach Geschichte des Objekts und Umgebung.

Sulfur and chloride ions can penetrate the patina and metal core, causing pits to form on the surface. Aggressive chloride accelerates the dissolution of copper-based alloys, causing the loss of native protective layers in burial environments. The corrosion layers mainly consist of malachite (CuCO3. Cu(OH)2), which disrupts the CuCl/Cu2O mixture and causes exfoliation. Post-excavation cuprous chloride (CuCl) hydrolyzes into hydroxyl chloride polymorphs Cu2OH3Cl in the presence of water. Bronze disease occurs with the formation polymorphous copper hydroxyl chlorides, including atacamite, paratacamite, clinoatacamite, and botallackite.

Schwefel- und Chloridionen können in die Patina und den Metallkern eindringen und zur Bildung von Grübchen auf der Oberfläche führen. Aggressives Chlorid beschleunigt die Auflösung von Legierungen auf Kupferbasis und führt zum Verlust der natürlichen Schutzschichten in der Grabumgebung. Die Korrosionsschichten bestehen hauptsächlich aus Malachit (CuCO3. Cu(OH)2), das das CuCl/Cu2O-Gemisch stört und eine Abblätterung verursacht. Nach der Ausgrabung hydrolysiert Kupfer(I)-chlorid (CuCl) in Gegenwart von Wasser zu den Hydroxylchlorid-Polymorphen Cu2OH3Cl. Die Bronzekrankheit tritt mit der Bildung polymorpher Kupferhydroxylchloride auf, darunter Atacamit, Paratacamit, Clinoatacamit und Botallackit.

Lead plays an effective role in influencing the corrosion rate by forming highly stable lead carbonates and insoluble lead chloride, which remain stable after excavation. Protective conservation is the most effective process to prevent or at least delay degradation. However, achieving suitable environmental conditions is challenging, making it necessary to apply a protective system. Protective coatings, including natural patinas or applied treatments, inhibit corrosion by forming a barrier against moisture, oxygen, and pollutants, helping to preserve the artifact and minimize further damage. The coating system is a significant topic to stop corrosion and ensure the long-term stability of archaeological coins. There is a continuous study to provide better protection for objects by preventing the influence of humidity and contaminations with special requirements for conservation-restoration ethics such as ease of application, transparency, good appearance, long-term stability, reversibility, and safety for conservators-restorers and the environment.

Blei spielt eine wirksame Rolle bei der Beeinflussung der Korrosionsrate, indem es hochstabile Bleicarbonate und unlösliches Bleichlorid bildet, die nach dem Aushub stabil bleiben. Die schützende Konservierung ist das wirksamste Verfahren, um den Abbau zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Das Erreichen geeigneter Umgebungsbedingungen stellt jedoch eine Herausforderung dar und macht den Einsatz eines Schutzsystems erforderlich. Schutzbeschichtungen, einschließlich natürlicher Patina oder aufgetragener Behandlungen, hemmen Korrosion, indem sie eine Barriere gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff und Schadstoffe bilden und so dazu beitragen, das Artefakt zu erhalten und weitere Schäden zu minimieren. Das Beschichtungssystem ist ein wichtiges Thema, um Korrosion zu stoppen und die Langzeitstabilität archäologischer Münzen zu gewährleisten. Es gibt eine kontinuierliche Studie, um Objekte besser zu schützen, indem der Einfluss von Feuchtigkeit und Verunreinigungen verhindert wird, wobei besondere Anforderungen an die Ethik der Konservierung und Restaurierung gestellt werden, wie z. B. einfache Anwendung, Transparenz, gutes Aussehen, Langzeitstabilität, Reversibilität und Sicherheit für Restauratoren. Restauratoren und die Umwelt.

Through ancient conservation, natural resins were used to coat metal surfaces, but they often curled and flaked away. In contrast, methyl acrylate/ ethyl methacrylate 30:70% (Paraloid B-72®) is considered the most widely used coating for archaeological objects in Egypt due to its economic efficiency, transparency, and reversibility. It can be applied on both clean metal surfaces and those covered with patina.

Im Laufe der antiken Konservierung wurden Naturharze zur Beschichtung von Metalloberflächen verwendet, diese wellten sich jedoch häufig und blätterten ab. Im Gegensatz dazu gilt Methylacrylat/Ethylmethacrylat 30:70 % (Paraloid B-72®) aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit, Transparenz und Reversibilität als die am häufigsten verwendete Beschichtung für archäologische Objekte in Ägypten. Es kann sowohl auf saubere als auch mit Patina überzogene Metalloberflächen aufgetragen werden.

The study of archeological coins is essential for both the preservation of cultural heritage and advancements in corrosion science. Analyzing the corrosion products of bronze archeological coins provides insights into the surface morphology, which aids in the preservation of cultural heritage.

Die Untersuchung archäologischer Münzen ist sowohl für die Erhaltung des kulturellen Erbes als auch für Fortschritte in der Korrosionswissenschaft von entscheidender Bedeutung. Die Analyse der Korrosionsprodukte archäologischer Bronzemünzen liefert Einblicke in die Oberflächenmorphologie, was zur Erhaltung des kulturellen Erbes beiträgt.