激光清洗在青铜类文物上的应用研究

发布时间：2020-10-16 07:44

　　 青铜文物的清洗是目前文物保护与修复中面临的主要问题之一。使用先进的激光技术对青铜文物进行无损无害清洗具有非常大的研究价值与意义。目前,激光清洗技术作为一项新型的清洗技术,能在保护文物本身的基础上快速有效的清除掉覆于文物表面的污物,较之传统技术有很大的优越性。经过对比筛选,本文选用EOS Combo Yd:NAG激光器来进行实际青铜残片的激光干式清洗实验。该仪器具有短自由运行(SFR)和长调Q(LQS)两种脉冲模式。首先研究该激光器两种模式下不同能量密度对各类锈层青铜文物的残片的清洗效果。发现激光清洗是从表层开始到里层,若清洗锈层与下层锈层之间没有较强的作用力,及两者间的光学性质具有明显差异,其清洗效果较好。表面细小颗粒、疏松状锈、斑点状锈和“粉状锈”的清洗效果较好。而深绿色、红色、区域性块状、厚实的锈迹,清洗效果较差。激光清洗锈层主要是依赖于激光的脉冲机械损伤,热损伤会使表面发生“烧烛”现象。SFR模式清洗时以热损伤为主,对于含有保护层、不需要清洗掉的锈层使用SFR模式从100 mJ能量开始进行清洗较为合适;LQS模式清洗时以机械损伤为主,对于需要清洗掉的锈层使用LQS模式从150 mJ能量开始进行清洗较为合适。其次基于博物馆现有的设备仪器材料,提出从宏观到微观上分析评估两种模式下的清洗效果的方法,并对所用方法的适用性进行分析。在宏观上使用基恩士显微镜在50X下直观观察、色度分析、超分辨率HDR模式计算有效清洗面积及有效清洗率、3D景深计算清洗厚度共四个方面进行评估。在微观上,使用拉曼光谱仪分析评估清洗前后微区主要物质结构的变化,便携式X射线荧光分析评估清洗前后主要元素含量的变化,扫描电镜-能谱仪分析评估清洗前后微区形貌以及元素含量的变化。最后使用该激光仪器对实际馆藏文物中的古铜币进行清洗实验并对清洗效果进行评估。直观观察结果表明对表面疏松状混合锈层使用LQS模式的清洗效果比SFR模式的要好。色度分析中表明LQS模式清洗后表面大面积受到轻微热损伤,SFR模式清洗后小区域面积受到严重热损伤。在LQS模式下的有效清洗面积为3329044.3 μm2,有效清洗率为97.78%,远比SFR模式下有效清洗面积2648103.4 μm2,有效清洗率46.15%要高。微观上使用扫描电镜-能谱仪分析清洗前后表面微区形貌及成分的变化,结果表明LQS模式清洗后露出基体铜合金表面,而SFR模式清洗锈层不够彻底。最后结果是使用LQS模式在能量密度为1.87 J/cm2以下清洗表面疏松状锈层比较合适。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：K876.41;TN249
【部分图文】：

性的激光清洗机，本文最终采用艾伦集团研发的ＥＯＳ?Ｃｏｍｂｏ激光清洗机来对青铜类的??样品进行清洗实验。其具有双模式且能量范围广，应用面广泛，可靠易操作等特点。所??用ＥＯＳ?Ｃｏｍｂｏ激光器具体参数和仪器图如表２．４和图２．１所示。??

方面的研宄较少，先从干式激光清洗开始切入研究较好。??激光干式清洗法，根据激光波长的选择，能产生有效清洗的类型通常有两种：一种??如图２．２（ａ）所示，污染物对激光不吸收，基底对激光强吸收发生热膨胀作用，基底振动??从而引起颗粒物共振，使颗粒物克服表面各种吸附力脱离基体表面；另一种如图（ｂ）所示，??基底不吸收激光，污染物吸收激光发生热膨胀Ｋ１１，克服表面各种吸附力脱离基休表面。??根据这两种清洗类型，在干式激光清洗之前，分析基体和污染物的特性对激光的吸收特??性，选择一种基体和污染物对其吸收差别大的激光来进行清洗。??脉ｊ屮激光置?丨冰冲激）ｔ晨??颗粒振动??１?—??（ａ）基底吸收，污染物不吸收?（ｂ）污染物吸收，基底不吸收??图２．２激光干式清洗法的类型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｄｒｙ?ｃｌｅａｎｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ??２．２．３影响因素??影响激光干式清洗效果的因素通常材料、激光参数、激光入射角、激光与颗粒相互??作用等。木文主要激光对各类青铜器上的各种锈迹的清洗效果以及研究激光参数对清洗??效果的影响。为方便测量激光的光斑大小，通常以垂直照射，不考虑入射角度和激光与??颗粒相互作用。??不同类型基体与颗粒的材料的对激光的吸收率

率均为５０Ｘ。??３．１青铜表面保护涂层的激光清洗实验??清洗样品Ａ，如图３．１。是古代剑身的部分残片，表面有一层精致美观的保护，具有??强烈的反光，主要颜色为暗绿色，在这保护涂层之下还有红色氧化亚铜锈层。对样品Ａ??使用ＥＯＳ?ＣｏｍｂｏＮｄ：ＹＡＧ?１０６４ｎｍ脉冲激光清洗机进行清洗，主要目的为了初步确定不??去除保护涂层的可使用的合适的激光参数。在清洗前用纸条标记样品区域。??＿??｜ｉ｜｜ｌ＂２?ｉｉｉｌｆ－??１ＳＴ?ＨＭ：ＳＡ３??图３．１样品Ａ清洗前后整体图??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?Ｏｖｅｒａｌｌ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅ?Ａ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ｃｌｅａｎｉｎｇ??３．１．１在ＳＦＲ模式下的清洗实验??在ＳＦＲ模式下进行对右边ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３区域进行清洗实验，清洗２遍，各参数??条件下的清洗前后图如表３．１以及图３．２所示：??区域ＳＡ１清洗前后对比，明显的观察到ＳＡ１区域右边区域出现强烈反光（红圆区??域），部分区域内白色涂层增多（红框区域），保护涂层表面的微小颗粒在该条件下得到??
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本文编号：2842971