첨단 비분석을 통한 연철 투창의 3차원 균열 분석 및 보존 평가

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10142(2023) 이 기사 인용

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3D 이미징은 고대 무기 및 군사 기술 연구를 위한 고해상도 및 비파괴 이미징 기술의 강력한 도구로, 이러한 인공물을 위협하는 원래의 미세 구조와 부식 패턴을 드러냅니다. 여기에서는 이탈리아 모티아(Motya)의 페니키아-포에니 유적지에서 발굴된 단철 투창 내의 3차원 분포와 균열 방향, 부식되지 않은 금속 입자에 대한 정량적 분석을 보고합니다. 이 연구의 목적은 유물 내 부식과 국부적 응력 사이의 관계를 더 잘 이해하고 제조 기술을 평가할 뿐만 아니라 Paraloid B72를 사용한 후처리가 응결 및 광물층에 미치는 영향을 평가하는 것이었습니다. 균열은 내용, 크기 및 방향 측면에서 정량화되었습니다. 유물 보관 상태는 X선 현미경, 전계 방출 전자 현미경 및 마이크로 라만 분광법을 포함한 다중 분석 접근법으로 평가되었습니다. 결과는 관통 또는 찌르기용 중앙 샤프트가 있는 튼튼하고 가벼운 투창을 만드는 데 특정 기술이 사용되었음을 나타냅니다. 균열은 블레이드의 세로축 방향으로 길게 나타나 원래 금속 블록의 단조 방향을 보여줍니다. 연구 결과 유물은 레피도크로사이트(lepidocrocite)의 존재로 인해 아직 안정화되지 않은 것으로 결론지었습니다.

고고학적 철 발견물의 안정화는 보존 분야에서 영원한 문제입니다. 수년에 걸쳐 보존 실무에 여러 가지 다른 처리 방법, 재료 및 절차가 사용되었습니다1,2. 최신 3D 시각화, 가상 재구성, 모델링 및 데이터 처리 기술은 성능 저하 프로세스3,4 및 복원 처리5를 제어하고 평가하는 데 유용한 도구입니다. 이 논문의 목적은 철 창의 외부와 내부에 대한 시각화와 정확한 3차원 공간 분석을 가능하게 하는 금속 인공물에 X선 현미경의 기능과 잠재력을 제시하는 것입니다.

화학적 조성, 구조 및 부식 생성물은 물체의 원산지, 제조 기술 및 보관 조건을 암시할 수 있습니다. 원소 분석은 출처 연구를 위한 원자재의 특성과 합금 원소6,7,8,9의 역할에 대한 주요 정보를 제공하는 반면, 구조적 정보는 제조 기술 및 부식 과정10,11에 대한 문제를 다룹니다.

골절 네트워크와 금속의 3차원 공간 배열과 위상학적 관계에 대한 연구는 고고학적 철 작업의 부식 진행을 체계적으로 이해하는 데 매우 중요합니다. 인공물 표면에 남겨진 결함은 미세 균열이나 구멍을 유발할 수 있는 구조 내부의 불균일한 응력 분포를 초래하고 물과 산소가 인공물 내부 깊숙히 도달하는 주요 경로를 제공합니다12.

X선 컴퓨터 단층촬영을 이용한 균열 네트워크에 대한 최근 조사는 의학13, 건설 산업14,15, 에너지 재료16, 환경 과학17 및 구조론 분야에서 저장소의 균열 형상 및 자연적으로 균열된 저수지의 균열 전파 거동을 평가하기 위해 수행되었습니다18,19.

여기에서는 (1) 이러한 균열을 정량화하고 (2) 부식 경로에 영향을 미치는 위상학적 관계를 이해하는 것을 목표로 하는 고고학적 철 유물에 대한 이러한 접근 방식을 제안합니다. 부식과 결함 성장, 국부적 응력, 그리고 이를 유발하는 위상 변화 사이의 관계를 더 잘 이해하려면 영상 분석과 분광 분석이 모두 필요합니다. 따라서 우리는 FESEM-EDS(Field Emission Electron Microscopy), XRM(X-ray Microscopy) 및 마이크로 라만 분광학(Micro-Raman Spectroscopy)과 같은 다양한 기술을 통해 이것이 어떻게 달성될 수 있는지 탐구하여 고고학 철창의 부식 생성물 층을 연구하여 원인을 찾습니다. 매몰 기간과 발굴 이후의 부식 현상.