Die Passivschicht auf Metallen
Kupfer oxidiert wie jedes andere Metall in Verbindung mit Sauerstoff und anderen Stoffen. Bei vielen Metallen, so auch bei Kupfer, bildet sich dabei eine sogenannte Passivschicht, die das Kupfer vor weiterer Oxidation schützt.
Diese Oxidschicht variiert je nach Gegebenheiten, Einflüssen und Zeitrahmen von einem dezenten Braun über ein dunkles Braun bis hin zu einem tief glänzenden Schwarz. Durch Bewitterung kann sich auch eine grüne Patina bilden. Kupfer-(carbonat-sulfat-chlorid)-hydroxid-Gemische verfärben das Kupfer durch Witterungseinflüsse grün.
Auskristallisierende Kupfersalze gehören nicht zur Patina.
Im weiteren Verlauf können eingetragene Kupfersalze, z.B. in Essigsäure, kristallisieren und zu einer intensiven Grünfärbung führen. Färbung, die als Grünspan bezeichnet wird, hat jedoch nichts mit der Patinabildung durch Oxidation zu tun. Wie bereits erwähnt, handelt es sich um beispielsweise in Essigsäure gelöste Kupfersalze, die auskristallisieren.
Die Verwirrung ist deshalb so groß, weil die natürliche grüne Patina umgangssprachlich fälschlicherweise auch als Grünspan bezeichnet wird. Die beiden Produkte unterscheiden sich erheblich: Während die grüne Alterungsschicht bzw. Patina ungiftig ist, ist Grünspan leicht giftig.
Das Altern von Kupfer
Auch die Alterung von Kupfer wird häufig als Grünspanbildung beschrieben, wenn Kupfer z.B. über Essigsäure gehängt wird und nach einiger Zeit Kupfersalze auf der Kupferoberfläche kristallisieren. Schon wegen der Giftigkeit von Grünspan sollte auf diesen Effekt jedoch in den meisten Fällen verzichtet werden. Im Folgenden werden dennoch die gebräuchlichsten Methoden beschrieben:
- mit Ammoniak und Wärme
- Schwefelleber
- Natronlösung
- Essig, nicht jodhaltiges Salz, Ammoniak
Vorbereitungsarbeiten vor dem Altern des Kupfers
Alle Verfahren setzen voraus, dass das Kupfer vor der Alterung intensiv gereinigt wird. Insbesondere Öle und Fette müssen vollständig von der Kupferoberfläche entfernt werden. Ethanol (Spiritus) oder ein Glasreiniger auf Ammoniakbasis sind hierfür gut geeignet.
Das Kupfer wird damit eingesprüht und anschließend mit einem fusselfreien Tuch gereinigt und getrocknet. Um den Aufbau von Oberflächenspannung zu vermeiden, wird die Kupferoberfläche nach der Reinigung nochmals mit dem Glasreiniger (auf Ammoniakbasis!) eingesprüht, diesmal aber nicht mehr abgewischt.
Kupfer mit Ammoniak altern
Das Ammoniak wird in ein altes Glas mit Blechschraubverschluss, z. B. ein Gurkenglas, gegeben. Gerade so viel, dass der Boden bedeckt ist. Nun wird das Kupferstück, das gealtert werden soll, an einem Draht befestigt. In den Deckel des Glases wird ein kleines Loch gebohrt, durch das der Draht geführt wird. Dann wird das Kupferstück für 24 Stunden über Ammoniak gehängt (nicht eintauchen!) und das Glas verschlossen.
Am nächsten Tag wird das Kupfer am Draht herausgenommen und mit einem Gasbrenner (Lötlampe) vorsichtig erhitzt – aber nicht zu schnell und nicht zu intensiv (keinesfalls bis zum Glühen), eher wie beim Weichlöten von Kupferrohren. Je nachdem, wie oft der gesamte Prozess wiederholt und wie intensiv das Kupfer erwärmt wird, variiert die Patina von dezentem zu tiefem Braun bis hin zum typischen Grün.
Natronlösung oder Lösung aus Salz, Essig und Ammoniak
Beide Verfahren funktionieren ähnlich. Das Mischungsverhältnis für die Natronlösung ist gesättigt, also so viel Natron, bis das Wasser keins mehr aufnehmen kann. Das Mischungsverhältnis für die andere Lösung wäre ein Teil nicht jodiertes Salz auf zwei Teile Ammoniak auf vier Teile Essig. Jede dieser Lösungen wird mit einer Sprühflasche aufgetragen.
Anschließend wird das Kupferteil am besten in einem luftdicht verschließbaren Plastikbeutel an einem warmen Ort aufbewahrt (im Plastikbeutel ist eine hohe Luftfeuchtigkeit erforderlich). Es ist darauf zu achten, dass das Plastik nicht mit dem Kupfer in Berührung kommt, um eine gleichmäßige Patina zu gewährleisten.
Färbung durch künstliche Kupferalterung
Mit der Natronlösung erhält man eine braune Patina, mit der Essig-Salz-Ammoniak-Lösung wird das Kupfer durch das künstliche Altern zunächst braun und später grün (je nach Intensität bzw. Häufigkeit des Alterungsprozesses).