Исследование предметов из металлов

Перед началом реставрации предмет необходимо тщательно изучить: определить, из какого металла или сплава сделан предмет, его сохранность, наличие или отсутствие металлического ядра, толщину слоя продуктов коррозии, наличие активных очагов. Это поможет рассчитать общий объем работы, последовательность и методы обработки, сформулировать реставрационное задание. Необходимо также уяснить особенности изготовления предмета, способ соединения отдельных элементов, наличие на предмете других материалов и другие технологические особенности. При таком обследовании выявятся следы предыдущих чинок и реставраций, возможные переделки вещи. Иногда реставратору необходимо обратиться к архивным документам для выяснения истории предмета, и к старым, иногда дореволюционным, публикациям в поисках аналогий. Особенно это важно, когда предмет имеет переделки и утраты, а создание целостного облика требует реконструкции. Любая, даже самая незначительная или конструктивно необходимая реконструкция требует строго научного, документального обоснования.

Исследование предмета начинается с визуального осмотра невооруженным глазом. Продукты коррозии сохраняют следы материалов и предметов, почти полностью уничтоженных временем: следы дерева и краски от ножен на лезвии кинжала, фактуру ткани и даже вышивку, в которую был завернут предмет при погребении, следы отделки поверхности другим металлом или материалом и пр. Корродированная поверхность археологического предмета может нести важную информацию для археолога или историка материальной культуры. Затем переходят к осмотру с помощью обычной или бинокулярной лупы МБС. Подбирая направление лучей осветителя, можно выявить фактуру поверхности, которая в художественных предметах из металла была весьма разнообразна и несла большую эстетическую нагрузку. На потемневшей поверхности или под слоем грязи она может быть плохо различима и при грубой очистке - уничтожена. Все существенные данные должны фиксироваться с помощью фотографий и заноситься в реставрационный паспорт. К бинокулярной лупе МБС выпускается фотонасадка МШ-5, дающая возможность проводить макросъемки. Если металлический предмет сложен по конструкции, допустима его разборка, изучение с помощью лупы необходимо проводить как до, так и после разборки. На скрытых до разборки поверхностях могут быть авторская разметка, даже надписи, следы от переделок и т.д.

Следующий этап - определение металла или типа сплава. Как мы уже говорили, не всегда возможно визуально отличить даже серебряный археологический предмет от бронзового, настолько он покрыт продуктами коррозии медной составляющей сплава.

Поэтому для археологического предмета надо сначала сделать пробную механическую макроскопическую расчистку скальпелем или другим острым предметом, чтобы обнажить поверхность металла. Тогда уже по цвету можно сказать, красная ли это медь, жёлтый сплав или белый. Дальнейшие определения металла проводятся простейшими химическими метода с набором незначительных количеств реактивов.

1) При этом надо учитывать возможное изменение цвета поверхности в результате избирательной коррозии или омеднение поверхности в результате электрохимической коррозии.

Определение меди в сплаве. На поверхность очищенного металла наносят каплю азотной кислоты, разведенной водой в соотношении 1:1. В капле должно наблюдаться газовыделение. Через несколько секунд после начала газовыделения каплю втягивают фильтровальной бумагой и держат это место бумаги над колбой, содержащей концентрированный раствор аммиака (удельный вес 0,88). При наличии меди в сплаве очень быстро обработанное парами аммиака пятно становится темно-голубым.

Определение бронзы и латуни. Для того, чтобы отличить бронзу (сплав меди с оловом) от латуни (сплава меда с цинком) нужно поместить приблизительно 0,05 г сплава в виде стружки или опилок в мензурку, добавить 10 мл азотной кислоты, разбавленной водой в соотношении 1:1, накрыть мензурку часовым стеклом. Когда основное количество сплава раствориться, нагреть жидкость почти до кипения на водяной бане и выдержать горячей 0,5 часа. Оловянистая бронза даст на дне белый осадок, в случае латуни - раствор останется прозрачным. Этот способ пригоден для определения двойных сплавов. Если же сплав содержит одновременно олово и цинк, то можно рекомендовать следующий способ, позволяющий определить в сплаве цинк. К предмету присоединяют положительный полюс сухой батарейки. Полоску фильтровальной бумаги пропитывают раствором серной кислоты и кладут на поверхность предмета. На бумагу помещают полоску металлической меди, которую соединяют с отрицательным полюсом батарейки на 15 секунд. Затем фильтровальную бумагу снимают, кладут на стекло и на нее капают аммиачным раствором тиоционата ртути. Пятно лилово-черного цвета указывает на присутствие цинка. Если цинк отсутствует, пятно будет желтым.

Определение никеля в сплаве. Для определения никеля на поверхность металла наносят каплю разбавленной азотной кислоты (1:1), выдерживают 10-15 сек. и снимают кусочком фильтровальной бумаги, которую держат над парами концентрированного аммиака до тех пор, пока капля не станет темно-голубой. затем на нее капают раствором 1%-ного диметилглиоксина в спирте. Если никель присутствует, то пятно окрасится в красный цвет.

Определение олова в сплаве. Готовят раствор из равных объёмов раствора, насыщенного сернистым газом, и раствора, полученного смешением концентрированной серной кислоты с водой в соотношении 1:3. Каплю этого раствора наносят на поверхность металла. При наличии в сплаве олова через несколько минут образуется желтовато-коричневое пятно, окруженное чёрным кольцом.

Определение свинца в сплаве. На поверхность металла кладут кристаллики хромовой кислоты, сверху наносят каплю ледяной уксусной кислоты. Через минуту добавляют каплю воды. Вокруг кристаллов образуется желтый осадок хромата свинца.

Определение сплава олово-свинец. Для идентификации можно применять пробы как для олова, так и для свинца. Желтый осадок, который лучше виден при нагреве, становится менее отчетливым по мере уменьшения свинца в сплаве.

Определение золотых сплавов. Многие сплавы меди похожи на золотые (например, некоторые латуни), но они легко определяются по химической пробе на медь. Если разбавленная азотная кислота (в соотношении 1:1) не реагирует с металлом, то это указывает на содержание в нем более 25% золота.

Определение позолоты. Определить следы позолоты можно одним из следующих способов.

1.Маленький кусочек стружки с поверхности изделия, снятой скальпелем, растворяют в царской водке (смесь азотной кислоты с соляной в соотношении 1:3); каплю анализируемого раствора разбавляют каплей 5%-ной соляной кислоты, добавляют каплю водного раствора индикатора родамина В и помещают смесь в микропробирку. Добавляют 8 капель бензола и смесь встряхивают; бензол при этом окрашивается в красный цвет, это свидетельствует о наличии ионов золота, что подтверждается оранжевой флуоресценцией под кварцевой лампой.

2.Готовят реагентную бумагу, пропитывая фильтровальную бумагу раствором двухлористого олова и высушивая ее. При нанесении на такую бумагу капли раствора, содержащего золото, образуется окрашенное пятно восстановленного золота.

3.На фильтровальную бумагу наносят каплю слабокислого раствора золота (капля раствора золота в царской водке разбавляется вдвое). На следующий день на бумаге появляется фиолетовое пятно золя золота. В этом случае бумага действует как восстановитель и адсорбент образовавшегося золя золота.

Определение серебряного сплава. Простейший качественный метод определения сплавов серебра состоят в следующем: на поверхность изделия наносят каплю красного прозрачного раствора, содержащего 4 мл серной кислоты, 3 г двухромовокислого калия, 32 мл воды. Чем качественнее сплав, тем интенсивнее становнтся окраска пятна. Присутствие достаточно большого количества меди в сплаве серебра определяют следующим образом: на поверхность металла помещают каплю 2%-ного раствора азотнокислого серебра и оставляют на 3-5 минут. Если в сплаве присутствует не менее 40% меди, то через лупу в капле будут видны мельчайшие серебряные кристаллы в виде дендритов (ветвистых кристаллов). Капля на высокопробном серебре останется прозрачной. Наличие серебра в низкопробных сплавах (до 600-й пробы) может быть установлено следующей капельной реакцией. Под действием на одно и то же место азотной, а затем соляной кислотой образуется белый творожистый осадок хлористого серебра, растворимый в избытке аммиака.

Определение железа. Железо при нагревании в соляной кислоте дает желтое окрашивание раствора. Наиболее просто определить железо магнитом. Однако надо помнить, что магнитные свойства кроме железа., проявляют цветные сплавы, если в них содержится железо, выделившееся в виде самостоятельной фазы. Если реставрируемый металлический предмет представляет интepec для истории металлургии или техники обработки металла, то пробы для спектрального анализа или кусочки для металлографического изучения рекомендуется взять во время реставрации, так как к предмету в это время имеется максимальный доступ и место отбора пробы можно сделать незаметным, после консервациипредмет должен быть неприкосновенным. Отбор проб для изучения должен проводиться с ведома и участием археолога или хранителя музея.

Исследование состава сплава и технологии изготовления даёт информацию, помогающую делать заключение о месте и предположительном времени изготовления предмета, однако пока ещё не существует способа абсолютной датировки металла.

Все эти исследования могут быть проведены самим реставратором в обычной музейной лаборатории. Однако есть исследования, которые могут оказать неоценимую услугу реставратору, но для проведения которых нужно специальное оборудование, умение работать на нем, расшифровывать полученные результаты. Реставратор должен знать о существовании таких методов и их возможностях, чтобы поставить задачу перед специалистами точных наук и уметь воспользоваться результатами подобных исследований.

Состав металла, включая микропримеси, может быть определен спектральным методом. Оптимальная навеска 10 мг. Можно брать меньшее количество металла, но при этом уменьшается точность анализа. Непосредственно на вещи состав может быть определен спектральным методом при лазерном отборе пробы, рентгенофлуоресцентным методом. Определение состава без отбора пробы, непосредственно на предмете, возможно только на небольших экспонатах, например; монетах.

Декоративную отделку другим металлом, чеканный или гравированный рисунок, места пайки, скрытые слоем продуктов коррозии, возможно выявить неразрушающим рентгеновским методом. Рентгеновский снимок является фотографическим изображением, образованным потоком рентгеновского излучения, который частично поглощается исследуемым предметом перед тем, как попасть на пленку, которая располагается за просвечиваемым предметом. На поглощение рентгеновских лучей влияет толщина слоя металла, различная поглощающая способность металла, использованного для отделки. Рентгенография имеет, таким образом, достоинства неразрушающего метода, дающего документальные сведения о предмете. Промышленность выпускает несколько типов установок, подходящих для таких исследований: "Мира-Зд" - работает в импульсном режиме и дает достаточно жесткое излучение; для изучения предметов небольшой толщины может использоваться установка марки "РЭНС-А". "Во всех случаях подходит мощная промышленная установка, применяемая в рентгеноскопии - "РУЛ".

Следующий этап работы реставратора - изучение сохранности предмета. Толщина и плотность продуктов коррозии, а также вид металла под коррозионным слоем определяются механической послойной расчисткой маленького кусочка поверхности. Наличие металлического ядра можно выявить осторожным простукиванием - глухой звук говорит о полностью минерализованном металле, звонкий - о сохранившемся металлическом ядре; прощупыванием гибкой иглой, применяемой в зубоврачебной практике или шабером; по удельному весу. Рентгеновское просвечивание позволяет увидеть минерализованные участки, на которых металл полностью окислился.

Проведенные исследования должны дать сведения о металле и технике изготовления предмета, а также представление об объёме реставрационных работ и последовательности операций.