3D-анализ трещин и оценка сохранности копья из кованого железа с помощью передовых технологий

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 10142 (2023) Цитировать эту статью

403 Доступа

Подробности о метриках

3D-изображение — это мощный инструмент с высоким разрешением и технологией неразрушающего изображения для изучения древнего оружия и военной техники, который выявляет оригинальные микроструктуры и образцы коррозии, которые угрожают этим артефактам. Здесь мы сообщаем о количественном анализе трехмерного распределения и ориентации трещин, а также нержавеющих металлических частиц внутри копья из кованого железа, раскопанного на финикийско-пуническом стоянке Мотия, Италия. Исследование было направлено на то, чтобы лучше понять взаимосвязь между коррозией и местными напряжениями внутри артефакта и оценить технологию его изготовления, а также влияние последующей обработки Paraloid B72 на конкрецию и минерализованные слои. Трещины были количественно оценены по содержанию, размеру и ориентации. Состояние хранения артефактов оценивалось с помощью мультианалитического подхода, включающего рентгеновскую микроскопию, автоэмиссионную электронную микроскопию и микрорамановскую спектроскопию. Результаты показали, что для создания прочного и легкого копья с центральным древком, предназначенным для колющих или колющих ударов, использовалась особая техника. Трещины кажутся вытянутыми в направлении продольной оси лезвия, показывая направление ковки исходного металлического блока. Исследование пришло к выводу, что артефакт еще не стабилизировался из-за присутствия лепидокрокита.

Стабилизация археологических находок железа является вечной проблемой в области консервации. На протяжении многих лет в консервационной практике использовалось несколько различных методов обработки, материалов и процедур1,2. Современные технологии 3D-визуализации, виртуальной реконструкции, моделирования и обработки данных являются полезными инструментами для контроля и оценки процессов деградации3,4 и восстановительных процедур5. Целью данной статьи является представление возможностей и потенциала рентгеновской микроскопии металлических артефактов, которая позволяет визуализировать и провести точный трехмерный пространственный анализ внешней и внутренней части железного копья.

Химический состав, структура и продукты коррозии могут намекать на происхождение, технологию изготовления и условия хранения предмета. Элементный анализ предоставляет ключевую информацию о природе сырья для изучения происхождения и роли легирующих элементов6,7,8,9, тогда как структурная информация отвечает на вопросы технологий производства и процессов коррозии10,11.

Исследования трехмерного пространственного расположения и топологических взаимоотношений сетей трещин и металлов имеют решающее значение для систематического понимания эволюции коррозии на археологических металлургических заводах. Дефекты, оставленные на поверхности артефактов, приводят к неравномерному распределению напряжений внутри структур, что может привести к появлению микротрещин или ямок и обеспечить основные пути проникновения воды и кислорода вглубь артефактов12.

Недавние исследования сети трещин с использованием рентгеновской компьютерной томографии были проведены в медицинских науках13, строительной промышленности14,15, энергетических материалах16, науках об окружающей среде17 и в тектонике для оценки геометрии трещин в коллекторах и поведения распространения трещин в естественно трещиноватых коллекторах18,19.

Здесь мы предлагаем этот подход к археологическим железным артефактам, стремясь (1) количественно оценить эти трещины и (2) понять топологические взаимосвязи, которые влияют на путь коррозии. Чтобы лучше понять взаимосвязь между коррозией и ростом дефектов, местным напряжением и фазовыми изменениями, которые их вызывают, нам необходимы как визуализационные, так и спектроскопические анализы. Таким образом, мы исследуем, как этого можно достичь с помощью различных методов, таких как полевая эмиссионная электронная микроскопия (FESEM-EDS), рентгеновская микроскопия (XRM) и микрорамановская спектроскопия, для изучения слоев продуктов коррозии в археологическом железном копье, чтобы найти причины коррозионные явления в период их захоронения и после раскопок.