Damage Characteristics of Metal Materials According to the SO₂ Concentration

이산화황 농도에 따른 금속시편의 손상 특성

A study has been carried out on metal materials in order to identify the quantitative relation between the concentration and damage characteristics after evaluation of the damage characteristics according to the $SO_2$ concentration. The prepared metal samples, which were categorized according to the material (silver, copper, iron, lead, brass) were exposed to 0.01, 0.12, 1, 10, 100, 1,000, and 5,000ppm of $SO_2$ for 24 hours and the optical, physical, chemical deterioration rates both before and after testing were evaluated. The results showed optical deterioration, a loss of gloss on silver specimen with $SO_2$ 100ppm, an increase of color difference on brass, iron, copper and lead specimens with $SO_2$ 5,000ppm, as well as physical changes such as an increase of thickness and corrosion rate on iron sample with $SO_2$ 5,000ppm. In the case of chemical changes such as an increase sulfate ion ($SO{_4}^{2-}$) concentration and decrease of pH on iron and brass specimens were identified. These results suggest that $SO_2$ 100ppm caused clear optical deterioration on some metals such as silver and physicochemical and optical deterioration were identified at $SO_2$ 5,000ppm regardless of metal type. Also, It was concluded that iron and brass are the most susceptible of the metal specimens to $SO_2$.

본 연구는 주요 금속문화재 재질 5종(은, 구리, 철, 납, 황동)을 대상으로 이산화황($SO_2$) 농도에 따른 손상 특성을 분석하여 농도와 손상 특성 간의 정량적인 상관성을 확립하고자 하였다. 금속시편을 대상으로 가스부식시험기를 이용하여 $SO_2$ 0.01, 0.12, 1, 10, 100, 1,000, 5,000ppm 농도로 24시간 노출을 각각 실시한 후 노출 전 후의 광학적 물리적 화학적 손상 변화를 평가하였다. 이 결과, 금속시편의 광학적 손상변화는 $SO_2$ 100ppm에서 은시편의 광택도 감소와 $SO_2$ 5,000ppm에서 황동, 철, 구리, 납시편의 색차 증가가 나타났으며 물리적 손상 변화는 $SO_2$ 5,000ppm에서 철시편의 두께, 부식속도 증가가 나타났다. 또한, 화학적 손상 변화는 $SO_2$ 5,000ppm에서 철, 황동시편의 황산이온($SO{_4}^{2-}$) 농도 증가, pH 감소가 나타났다. 이를 통해, 금속시편의 광학적 손상 변화는 $SO_2$ 100ppm에서 나타나기 시작하였고 물리적 화학적 광학적 손상 변화는 $SO_2$ 5,000ppm에서 모두 나타나는 것으로 확인되었다. 또한, 금속시편 중 철과 황동이 다른 재질에 비해 $SO_2$에 민감한 것을 알 수 있었다.