激光清洗在青铜类文物上的应用研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 国外的研究进展
•     1.2.2 国外的应用进展
•     1.2.3 国内的研究与应用进展
•   1.3 研究内容
•   1.4 研究目的及意义
• 第二章 实验部分
•   2.1 实验仪器与材料
•     2.1.1 实验仪器
•     2.1.2 实验材料
•     2.1.3 清洗设备
•   2.2 清洗原理与方法
•     2.2.1 激光清洗原理
•     2.2.2 激光清洗方法
•     2.2.3 影响因素
•   2.3 清洗效果评估方法与仪器
•     2.3.1 评估方法
•     2.3.2 评估仪器
• 第三章 两种模式下清洗各类青铜锈层的研究
•   3.1 青铜表面保护涂层的激光清洗实验
•     3.1.1 在SFR模式下的清洗实验
•     3.1.2 在LQS模式下的清洗实验
•     3.1.3 清洗小结
•   3.2 青铜表面“水银沁”包浆的激光清洗实验
•     3.2.1 薄层锈迹的初步实验
•     3.2.2 在SFR模式下的清洗实验
•     3.2.3 较厚锈层在两种模式下的清洗实验
•     3.2.4 清洗小结
•   3.3 青铜黑漆古表面的激光清洗实验
•     3.3.1 在SFR模式下的清洗实验
•     3.3.2 在LQS模式下的清洗实验
•     3.3.3 清洗小结
•   3.4 青铜表面不同质地混合绿锈的激光清洗实验
•     3.4.1 在SFR模式下的清洗实验结果
•     3.4.2 在LQS模式下的清洗实验
•     3.4.3 清洗小结
•   3.5 青铜表面绿白色疏松状锈类的激光清洗实验
•     3.5.1 在SFR模式下的清洗实验
•     3.5.2 在LQS模式下的清洗实验
•     3.5.3 清洗小结
•   3.6 青铜表面厚实土锈类的激光清洗实验
•   3.7 青铜表面白灰色晶状锈的激光清洗实验
•     3.7.1 在SFR模式下的清洗实验
•     3.7.2 在LQS模式下的清洗实验
•     3.7.3 清洗小结
•   3.8 青铜表面纹饰图案的激光清洗实验
•   3.9 青铜表面白绿色“粉状锈”的激光清洗实验
•   3.10 小结
• 第四章 激光清洗效果评估
•   4.0 引言
•   4.1 宏观分析评估
•     4.1.1 显微镜观察与色度变化
•     4.1.2 计算有效清洗面积与清洗率
•     4.1.3 计算清洗厚度
•   4.2 微观分析评估
•     4.2.1 拉曼光谱
•     4.2.2 便携式X射线荧光
•     4.2.3 扫描电镜-能谱仪
•   4.3 小结
• 第五章 实际应用案例
•   5.1 引言
•   5.2 清洗效果分析评估
•     5.2.1 显微镜直观观察
•     5.2.2 色度分析评估
•     5.2.3 计算有效清洗面积与清洗率
•     5.2.4 扫描电镜-能谱仪分析评估
•   5.3 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王雄

导师: 蔡兰坤,周浩

关键词: 青铜文物,激光清洗,基恩士显微镜,扫描电镜能谱仪

来源: 华东理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,哲学与人文科学,信息科技

专业: 物理学,考古,无线电电子学

单位: 华东理工大学

分类号: K876.41;TN249

总页数: 86

文件大小: 16647K

下载量: 246