[논문 리뷰] Depletion Gilding: An Ancient Method for Surface Enrichment of Gold Alloys

Amelia Carolina Sparavigna|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 03.

Nanoporous metals and alloys참고 문헌 20인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 고대 문명이 금-구리(툼바가) 및 금-은-구리(일렉트럼) 합금에 대해 순수 금을 사용하지 않고도 금처럼 보이는 표면을 만드는 데 사용한 고대 기술인 탈구 도금(Depletion Gilding)을 조사한다. 화학적 또는 전기화학적 과정을 통해 구리 또는 은을 선택적으로 제거함으로써 표면이 금으로 농축되어 빛나는 금처럼 보이는 외관을 가지게 된다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고대 금속 공학에서 사용된 탈구 도금 기술의 고대적 기술적 과정을 이해하는 것.
• 기본 금속인 구리와 은이 선택적으로 제거되어 금-구리 및 금-은-구리 합금 표면에서 금 농축이 어떻게 발생하는지 설명하는 것.
• 고고학적 유물에서 표면 금 농축의 물리적 및 화학적 메커니즘을 분석하는 것.
• 나노다공성 금 및 표면 확산 등의 현대 재료 과학 개념을 고대 금속 공학 기법과 연결하는 것.
• 탈구 도금이 부식이나 부패의 부산물이 아니라 의도적이고 통제된 방법임을 입증하는 것.

제안 방법

• 표면 조성 데이터를 활용하여 툼바가(금-구리 합금) 및 일렉트럼(금-은-구리 합금)로 제작된 고고학적 유물을 분석하는 것.
• 표면 확산 및 선택적 용해 원리를 적용하여 구리와 은이 표면층에서 어떻게 제거되는지 설명하는 것.
• 기본 금속이 산화되고 용해되어 금으로 농축된 표면이 남는 전기화학적 또는 화학적 탈구의 형태로 과정을 모델링하는 것.
• 고대 탈구 도금과 딜로이징을 통한 현대 나노다공성 금 합성 기법 사이의 유사성을 제시하는 것.
• 실험적 및 역사적 자료를 사용하여 통제된 금속 제거를 통한 표면 농축 메커니즘을 검증하는 것.
• 유물에서 관측된 표면 금 농도를 탈구 동역학 이론적 예측과 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전 콜럼비아 문명은 순수 금을 사용하지 않고 금-구리 합금에 대해 어떻게 금처럼 보이는 외관을 달성했는가?
• RQ2 고대 금속 합금에서 표면 금 농축을 일으키는 물리적 및 화학적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 탈구 도금 과정이 현대 나노다공성 금 제조 기법과 어느 정도 유사한가?
• RQ4 고고학적 유물의 표면 조성 데이터는 탈구 도금의 의도적인 사용을 확인할 수 있는가?
• RQ5 환경 조건과 합금 조성은 탈구 도금의 효과성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 표면 금 농축은 합금 표면에서 구리 또는 은이 선택적으로 제거되어 발생하며, 이로 인해 표면의 금 농도가 증가한다.
• 이 과정은 표면층이 기존 합금보다 훨씬 높은 금 농도를 가지게 하여 빛나는 금처럼 보이는 외관을 만든다.
• 탈구 도금은 부식이나 부패의 부산물이 아니라 일관된 표면 농축 패턴에 의해 의도적이고 통제된 기술임이 입증된다.
• 이 현상은 딜로이징을 통한 현대 나노다공성 금 형성과 유사하므로, 이 재료 과학 과정에 깊은 역사를 지닌 사례로 볼 수 있다.
• 툼바가와 일렉트럼으로 제작된 고고학적 유물은 측정 가능한 표면 금 농축을 보이며, 이는 고대 금속 공학에서 이 방법이 실제로 사용되었음을 뒷받침한다.
• 이 방법은 산성 또는 산화제를 통제적으로 노출시켜 기본 금속의 선택적 용해를 유도함으로써 시행되었을 가능성이 높다.