[论文解读] 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 8

一句话总结

本文研究了古文明中一种名为脱铜鎏金（depletion gilding）的古老技术，该技术被前哥伦布时期的文化用于在金铜（tumbaga）和金银铜（electrum）合金上制造类似黄金的表面。通过选择性地通过化学或电化学过程去除铜或银，表面金含量得以富集，从而在不使用纯金的情况下形成光泽、类似黄金的外观。

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.

研究动机与目标

• 理解前哥伦布时期冶金中所使用的脱铜鎏金技术的古代工艺过程。
• 解释在金铜和金银铜合金中，通过选择性去除贱金属，表面金富集的机理。
• 分析考古文物中表面金富集的物理与化学机制。
• 将现代材料科学概念（如纳米多孔金和表面扩散）与古代冶金工艺相联系。
• 证明脱铜鎏金是一种有意为之、可控的工艺，而非腐蚀或退化过程的副产品。

提出的方法

• 利用表面成分数据分析由tumbaga（金铜合金）和electrum（金银铜合金）制成的考古文物。
• 应用表面扩散与选择性浸出原理，解释铜和银如何从表面层被去除。
• 将该过程建模为一种电化学或化学脱除形式，其中贱金属被氧化并溶解，留下金富集的表面。
• 将古代脱铜鎏金与现代通过析出法合成纳米多孔金的过程进行类比。
• 利用实验与历史数据验证通过受控金属去除实现表面富集的机理。
• 将文物中观测到的表面金浓度与脱除动力学的理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 前哥伦布时期的文化如何在不使用纯金的情况下，使金铜合金呈现出类似黄金的外观？
• RQ2 导致古代金属合金表面金富集的物理与化学机理是什么？
• RQ3 脱铜鎏金工艺在多大程度上类似于现代纳米多孔金制备技术？
• RQ4 考古文物的表面成分数据能否证实脱铜鎏金的有意使用？
• RQ5 环境条件与合金成分在脱铜鎏金效果中起到何种作用？

主要发现

• 通过选择性去除合金表面的铜或银，可实现表面金富集，从而提高表面金浓度。
• 该过程在表面形成金含量显著高于体相合金的层，产生视觉上类似黄金的外观。
• 脱铜鎏金是一种有意为之、受控的工艺，而非自然腐蚀过程，其一致的表面富集模式提供了证据支持。
• 该现象与现代通过析出法制备纳米多孔金的过程类似，表明该材料科学过程具有深远的历史先例。
• 由tumbaga和electrum制成的考古文物显示出可测量的表面金富集，支持该方法在古代冶金中的应用。
• 该方法可能通过受控暴露于酸性或氧化性介质实现，以促进贱金属的选择性溶解。