[論文レビュー] Depletion Gilding: An Ancient Method for Surface Enrichment of Gold Alloys

Amelia Carolina Sparavigna|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2016

Nanoporous metals and alloys参考文献 20被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、コロンブス以前の文化が金銅（タンバガ）および金銀銅（エレュトロープス）合金に、純金を用いずに金色の表面を形成するために用いた古代の技術、脱銅めっき（デプリッション・ギルディング）を調査している。化学的または電気化学的なプロセスによって銅や銀を選択的に除去することで、表面が金に富み、純金に似た光沢のある外観を示すようになる。

ABSTRACT

Ancient objects made of noble metal alloys, that is, gold with copper and/or silver, can show the phenomenon of surface enrichment. This phenomenon is regarding the composition of the surface, which has a percentage of gold higher than that of the bulk. This enrichment is obtained by a depletion of the other elements of the alloy, which are, in some manner, removed. This depletion gilding process was used by pre-Columbian populations for their 'tumbaga', a gold-copper alloy, to give it the luster of gold.

研究の動機と目的

• コロンブス以前の金属工芸において用いられた脱銅めっきという古代技術的プロセスを理解すること。
• 金銅および金銀銅合金において、基底金属の選択的除去によって表面に金が富む仕組みを説明すること。
• 考古学的遺物における表面の金富化の物理的および化学的メカニズムを分析すること。
• ナノ多孔性金や表面拡散といった現代の材料科学的概念と、古代の金属工芸技術を結びつけること。
• 脱銅めっきが腐食や劣化の副産物ではなく、意図的かつ制御された方法であることを示すこと。

提案手法

• 表面組成データを用いて、タンバガ（金銅合金）およびエレュトロープス（金銀銅合金）で作られた考古学的遺物を分析すること。
• 表面拡散および選択的リン酸化の原則を適用し、表面層から銅および銀がどのように除去されるかを説明すること。
• 基底金属が酸化され溶解するプロセスとしての電気化学的または化学的脱銅をモデル化し、金に富んだ表面が残ることを説明すること。
• 古代の脱銅めっきと、ドレアロイジングによるナノ多孔性金の現代的合成法との類似性を示すこと。
• 実験的および歴史的データを用いて、制御された金属除去による表面富化のメカニズムを検証すること。
• 遺物の表面における観察された金濃度と、脱銅動力学の理論的予測を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロンブス以前の文化は、純金を用いずに金銅合金にどのように金色の外観を実現したのであろうか？
• RQ2 古代の金属合金における表面の金富化を引き起こす物理的および化学的メカニズムは何か？
• RQ3 脱銅めっきプロセスは、現代のナノ多孔性金の製造技術とどの程度類似しているか？
• RQ4 考古学的遺物からの表面組成データは、脱銅めっきの意図的な使用を裏付けることができるか？
• RQ5 環境的条件および合金組成は、脱銅めっきの効果にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 表面の金富化は、合金表面から銅や銀が選択的に除去されることによって生じ、表面における金濃度が上昇する。
• このプロセスにより、基体合金よりも顕著に金濃度が高い表面層が形成され、視覚的に金色に見える外観が得られる。
• 脱銅めっきは、腐食の副産物ではなく、一貫した表面富化パターンから示されるように、意図的かつ制御された技術である。
• この現象は、ドレアロイジングによる現代のナノ多孔性金の形成と類似しており、この材料科学的プロセスに深い歴史的先例があることを示している。
• タンバガおよびエレュトロープスで作られた考古学的遺物には、測定可能な表面の金富化が確認され、古代金属工芸においてこの方法が用いられていたことを支持する。
• この方法は、酸性または酸化性物質への制御された露出によって実施された可能性が高く、基底金属の選択的溶解を促進したと考えられる。