1. مقدمه

طی صد سال گذشته کشف اشیاء متنوع برنزی متعلق به هزارة اول ق.م از ناحیة لرستان، یکی از جنبه‌های جالب‌توجه باستان‌شناسی پیش از تاریخ فلات ایران است. به­رغم تعداد بسیار زیاد اشیاء موسوم به برنزهای لرستان در موزه‌های مختلف، کاوش‌های باستان‌شناسی محدودی در این ناحیه انجام شده و بخش کمی از مجموعه‌های بزرگ منسوب، از این کاوش‌ها به­دست­آمده است. همین موضوع موجب شده است تا مطالعات گوناگونبررویاشیاء برنزی حاصل از کاوش‌های علمی در لرستان، اهمیت خاصی بیابد؛ زیرا نتایج آن می­تواند به شناخت منشاء، فناوری ساخت و نیز روابط موجود در عصر آهن غرب ایران یاری کند.

طی دهه‌های گذشته به ایران، به‌عنوان یکی از مناطق مهم فلزگری دوران پیش از تاریخ بسیار توجه شده؛ به­گونه­ای که بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی و میدانی بر آثار فلزگری به­دست­آمده از کاوش‌های باستان‌شناسی ایران تمرکز یافته است (Thornton, 2009; Helwing, 2013 & Oudbashi et al., 2012). بااین‌حال، به علت محدود بودن این مطالعات، کمبود امکانات و منابع و نیز عدم­ دسترسی به بسیاری از آثار فلزی موجود در موزه‌های ایران، نتایج این مطالعات تنها بخش کوچکی از تحولات فلزگری را در فلات ایران آشکار کرده است. این کمبود، به­ویژه دربارة ناحیة لرستان بیشتر محسوس است. بخش بزرگی از مطالعات انجام­شده بر روی برنزهای لرستان متعلق به بیش از چهل سال گذشته است و از آن زمان به این سو، مطالعات در این حوزه بسیار کاهش یافته است. همچنین مطالعات فلزگری کهن در لرستان بیشتر بر روی اشیاء  کاوش­شده در حدود نیم قرن پیش انجام شده است (Fleming et al., 2006; Fleming et al., 2005 & Begemann et al, 2008) و تنها بخش کوچکی از این مطالعات دربارة اشیایی است که به­تازگی به­ دست آمده‌اند (Oudbashi et al., 2013; Oudbashi et al., 2014).

هدف از این مقاله، ارائه نتایج مطالعة آزمایشگاهی تعدادی از اشیاء برنزی مکشوفه از محوطة عصر آهن باباجیلان است. این اشیاء به تازگی از کاوش‌های باستان‌شناسی به­دست­آمده‌اند و این نتایج می‌تواند به توسعة دانش موجود در زمینة فلزگری باستانی در عصر آهن کمک کند. آثار فلزی به‌دست‌آمده از قبور کشف­شده در محوطة باستانی باباجیلان لرستان از دیدگاه باستان‌شناسی و فلزگری کهن، نمونه‌هایی جالب‌توجه هستند. تاکنون بیشتر مطالعات فلزگری در محوطة لرستان دربارة محوطه‌ها و یافته‌های ناحیه پشتکوه انجام شده است (مثلِ Fleming et al, 2005). آثار فلزی به‌دست‌آمده از حفاری‌های این محوطة تاریخی، یکی از معدود مجموعه‌های آثار عصر آهن است که طی کاوشی علمی در ناحیة پیشکوه لرستان کشف شده­اند و مطالعة ساختار و ترکیب اجزاء تشکیل­دهندة آنها از دیدگاه فلزگری باستانی به­منظور شناخت و مقایسة آنها با دیگر نمونه‌های مطالعه­شده از همین دوره و ناحیه، ضروری به­نظر­می‌رسد. یادآوری می­کند که در این پژوهش تنها اشیاء ساخته­شده از آلیاژ مس مطالعه شده‌اند و مطالعة اشیاء آهنی با توجه به تفاوت ساختاری/ شیمیایی و نیاز به تحقیقات گسترده در این زمینه، در پژوهشی دیگر انجام خواهد شد.

1. محوطة باستانی باباجیلان

محوطة باباجیلانیکیازمحوطه‌هایباستانیعصرآهنناحیةلرستاناستکهبه­تازگیکاوش‌هایباستان­شناسی در آن انجام شده است. این محوطه در شمال استان لرستان و در غرب ناحیة پیشکوه قرار دارد.

شکل 1- موقعیت جغرافیایی محوطة باباجیلان در شمال غرب لرستان

گورستان باباجیلان در موقعیت جغرافیایی "158 '40 °47 طول شرقی و "339 '59 °33  عرض شمالی در دامنة‌ جنوبی کوه مرتفع سَرکِشتی قراردارد. این محوطه تا شهر نورآباد لرستان، مرکز دلفان، حدود 45 کیلومتر فاصله دارد و روستای باباجیلان در 3 کیلومتری جنوب غرب آن واقع است (شکل 1). کاوش این گورستان در پائیز سال‌های 86 و 87 در دو فصل انجام شد؛ در فصل نخست، پژوهش و بررسی سطحی صورت گرفت و در فصل دوم با کاوش مستمر، بقایای 11 گور به­دست­آمد. در کنار برخی از گورها و همچنین لابه‌لای خاک‌های به­هم­ریختة سطح گورستان اشیاء متعدد مفرغی، آهنی، سفالی، سنگی و... نیز کشف شد که نشان از غنای مادی آن، قبل از غارت و تخریب داشت (حسن­پور، 1390 و  Hasanpur et al., 2015: 179-187). براساس مقایسه­های صورت­گرفته می­توان گفت که گورهای کاوش­شدة باباجیلان با گورستان‌های کاوش­شدة لرستان در پشتکوه مانند برخی از قبور گورستان بَردبال و همچنین گورستان شورابه بیشترین شباهت را دارند؛ زیرا اکثر گورستان‌ها دارای گورهای چهارچینة سنگی یا گورهای آرامگاهی هستند که دیوار آنها از چند ردیف سنگ تشکیل شده است اگرچه در دیوارهای گورهای به‌دست‌آمده در باباجیلان فقط یک ردیف سنگ به­حالت عمودی کار گذاشته شده است. نمونه‌هایی از این گورها در گورستان بَردبال و شورابة پشتکوه کشف شده است (Vanden Berghe 1970: Figs: 8 and 14). همچنین در مقایسه با گورستان‌های کاوش­شده در ناحیه پیشکوه، ساختار این قبور با نمونه‌های به‌دست‌آمده از خاتون‌بان نورآباد شباهت نزدیکی دارند (Haerinck et al. 2004: 109).

1. روش پژوهش

برای مطالعه و شناسایی روند فلزگری و ساخت اشیاء برنزی اشیاء به‌دست‌آمده از محوطة گورستان باباجیلان، پژوهشی آزمایشگاهی شامل مطالعات ریزساختاری و آنالیزهای شیمیایی با استفاده از روش‌های میکروسکوپی و آنالیز دستگاهی طراحی و سعی شد تا با توجه به موضوع و محدودیت‌های آن، مانند ناممکن بودن نمونه‌برداری از اشیاء مختلف و محدودیت در روش‌های آنالیز قابل دسترسی، کمیت مناسبی از اشیاء انتخاب شود و در عین‌حال روش‌های مورد استفاده، پاسخگوی پرسش­های این پژوهش باشند.

برای انجام مطالعات فلزگری و شناساییِ ترکیب شیمیایی اشیاء فلزی محوطة باباجیلان، تعداد 21 نمونه از اشیاء فلزی این محوطه انتخاب شدند (شکل 2)؛ بخشی از این اشیاء در هنگام کاوش‌های باستان‌شناسی انتخاب و نمونه‌برداری شدند و بخشی دیگر که اکنون در موزة قلعة فلک‌الافلاک خرم‌آباد نگهداری می‌شوند، به­تازگی نمونه‌برداری شده­اند. مشخصات و ماهیت نمونه‌های مورد مطالعه در جدول 1 ارائه شده است.

به­منظور انجام مطالعات از بخش کوچکی از هر قطعه، یک تکة کوچک با استفاده از ارة جواهرسازی جدا شد و از آن مقطعِ صیقلی تهیه شد (Scott, 1991: 61-62). برای آماده‌سازی نمونه‌ها، تکه‌های جداشده از هر نمونه درون رزین­اپوکسی دو جزیی (رزین و سخت‌کننده) ثابت (Mount) شد و سپس با استفاده از کاغذ سنباده (به­ترتیب شماره‌های 240، 400، 600، 800، 1200، 1500، 2000 و 3000) ساییده شدند. پس از آن، برای حصول سطح صاف و براق، نمونه‌های مانت‌شده با خمیر الماس 3 میکرون و 5/0 میکرون صیقل داده شدند.

برای مطالعة ریزساختار و شناسایی فازها و عناصر تشکیل­دهندة موجود در آنها به‌صورت آنالیز نقطه‌ای از روش میکروسکوپی الکترونی روبشی همراه با اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس¹ (SEM-EDS) استفاده شد. به این منظور، مقاطع صیقلی آماده­شدة نمونه‌ها بدون هیچ‌گونه آماده‌سازی و پیش از اچ­کردن با استفاده از روش میکروسکوپی الکترونی روبشی مطالعه شدند. این آزمایش در آزمایشگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) بنیاد علوم کاربردی رازی تهران و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی² (FE-SEM) مدلMIRA3  ساخت شرکت TESCAN جمهوری چک به همراه دستگاه اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) مدل SAMx ساخت فرانسه انجام شد.

شکل 2- 21 نمونة برنزی مطالعه­شدة متعلق به محوطة عصر آهن باباجیلان

برای مشاهدات میکروسکوپی و شناسایی ریزساختار نمونه‌ها، از میکروسکوپ نوری پلاریزان با نور انعکاسی استفاده شد. نمونه‌های ثابت­شده قبل و بعد از اچ­کردن با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی مدل
 BK-POL/BK-POLR ساخت شرکت Alltion کشور چین مطالعه شدند. برای اچ­کردن نمونه‌ها از محلول کلرید آهن III الکلی استفاده شد (Scott, 1991: 72).

جدول 1- مشخصات 21 نمونة برنزی مورد مطالعة محوطة باباجیلان

1. نتایج و بحث

به­منظور شناسایی ترکیب شیمیایی نمونه‌های فلزی محوطة باباجیلان و مشاهدة ریزساختار و فازهای موجود در آنها در بزرگ­نمایی بالا و همچنین آنالیز فازها، نمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مطالعه شدند. نتایج آنالیز اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) بر روی زمینة فلزی نمونه‌ها در جدول شمارة 2 ارائه شده است. این نتایج به­خوبی نشان می‌دهد که تمامی 21 نمونة مورد مطالعه از آلیاژ برنز قلعی ساخته شده‌اند. مس در نمونه‌ها بین 88/79 و 22/90 درصد وزنی شناسایی شده است. بیشترین میزان قلع در نمونه‌ها 42/16 درصد وزنی اندازه‌گیری شد، درحالی­که کمترین میزان آن 95/3 درصد وزنی است. نتایج آزمایش به‌خوبی بیانگر تفاوت میزان قلع در نمونه‌های مختلف آنالیزشده است. تفاوت در میزان قلع در اشیاء برنزی پیش از تاریخ در ایران موضوعی معمول است و در بسیاری از نمونه‌های برنزی آنالیزشده از محوطه‌های مختلف لرستان و دیگر نواحی ایران دیده شده است (Fleming et al., 2005: 47-49; Begemann et al., 2008: 15-17; Oudbashi et al, 2014: 75 & Oudbashi et al., 2015). در برخی منابع ذکر شده است که تنوع ترکیب در آلیاژهای برنز پیش از تاریخ به دلیل کارکرد متفاوت اشیاء مختلف بوده است. براساس متون کشف­شده در بین‌النهرین، فلزگران در دوران باستان برای ساخت اشیاء مختلف از نسبت‌های مشخص قلع به مس مانند 9:1 یا 8:1 و یا 16:1 استفاده می‌کرده‌اند (Potts, 1997: 169 & Moorey, 1994: 252)؛ برای مثال، به­منظور تولید ظروف از یک نسبت و برای تولید جنگ‌افزارها یا اشیاء تزیینی از نسبتی متفاوت استفاده شده است. باوجوداین‌، مطالعات آزمایشگاهی بر روی اشیاء برنزی محوطه‌های مختلف ایران نشان داده است که حتی در عصر آهن نیز این‌گونه نسبت‌ها در ترکیب اشیاء مشابه (از نظر کاربرد) به هیچ عنوان دیده نشده است (Oudbashi et al., 2015 &  Oudbashi et al., 2014: 76).

دیگر عنصر شناسایی­شده در ترکیب نمونه‌ها، سرب است. میزان سرب نیز در نمونه‌های مختلف متنوع بوده و از 53/0 تا 39/6 درصد وزنی در نوسان است؛ البته در بیشتر نمونه‌ها میزان سرب حدود 2 درصد و کمتر از آن و تنها در دو نمونه به میزان زیاد شناسایی شده است (BJ-10 & BJ-16). با توجه به استفاده از آنالیز نیمه‌کمی اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس امکان دارد که میزان دقیق سرب موجود در نمونه‌ها کمتر از میزان شناسایی­شده با این روش باشد. باوجوداین، مقدار زیاد سرب شناسایی­شده در ترکیب دو نمونه، موضوعی جالب‌توجه است. با توجه به میزان متنوع سرب در نمونه‌ها، می‌توان دریافت که احتمالاً این عنصر به‌عنوان ناخالصی از سنگ معدن‌های مورد استفاده وارد ترکیب آلیاژ شده است.

ارسنیک و روی نیز در اکثر نمونه‌ها کمتر از 1 درصد شناسایی شده‌اند؛ البته در 5 نمونه مقدار ارسنیک بیش از یک درصد وزنی است و در یکی از آنها این مقدار 87/2 درصد اندازه‌گیری شده است. در یک نمونه نیز مقدار روی بیش از یک درصد وزنی است. روی در نمونه‌های برنزی مطالعه­شدة عصر آهن ایران، به‌عنوان عنصر کمیاب شناسایی شده است (Oudbashi et al., 2014: 75; Oudbashi et al., 2015 & Oudbashi et al., 2013: 156). وجود روی به مقدار کم در ترکیب آلیاژ می‌تواند به دلیل وجود آن در ترکیب سنگ معدن استفاده شده باشد، هرچند شواهدی از وجود روی به میزان بالا در تعداد معدودی از اشیاء فلزی پیش از تاریخ ایران دیده شده است. در حقیقت، شواهدی از تولید آلیاژ برنج در پیش از تاریخ فلات ایران وجود دارد که با توجه به میزان روی در آنها، می­تواند بیانگر تولید تعمدی آلیاژ باشد؛ مانند نمونه‌های کشف­شده از تپه­یحیی متعلق به هزارة دوم ق.م که حاوی کمتر از 20 درصد روی بوده‌اند (Thornton, 2007: 128 & Thornton et al. 2003: 4). همچنین در تعدادی اشیاء موسوم به برنزهای لرستان نیز میزان زیادی از روی شناسایی شده است (Moorey, 1964: 78).

جدول 2- نتایج آنالیز SEM-EDS بر روی 21 نمونة مورد مطالعه بر پایة درصد وزنی

برای شناسایی ماهیت ریزساختاری نمونه‌ها از روش میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) در بزرگ­نمایی بالا استفاده شد. در تصاویر SEM-BSE (Scanning Electron Microscopy-Backscattered Electrons)، ریزساختار نمونه‌ها شامل زمینه فلزی همراه با فازهای ریز متنوعی است که در آن پراکنده شده‌اند. در برخی از نمونه‌ها میزان این فازها نسبت به دیگر نمونه‌ها بسیار زیاد است. این فازها شامل فازهای تیره­کشیده یا گرد و فازهای گویچه‌مانند روشنی هستند که در زمینه فلزی پراکنده شده‌اند (شکل 3).

آخال‌های تیره در بسیاری از نمونه‌ها در یک جهت کشیده شده‌اند و در برخی نمونه‌ها نیز به شکل فازهای مدور یا بدون شکل مشخص دیده می‌شوند. این آخال‌ها به اندازه‌های نسبتاً متفاوتی دیده می‌شوند و در کلِ ساختار نمونه‌ها پراکنده شده‌اند. برای شناسایی ترکیب شیمیایی آخال‌های تیره از روش آنالیز نقطه‌ای SEM-EDS استفاده شد. به این منظور، از هر نمونه یک آخال تیره آنالیز و درمجموع ترکیب 21 آخال مختلف شناسایی شد که نتایج آن در جدول 3 ارائه شده است. نتایج آنالیز اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس بر روی آخال‌های تیره نشان می‌دهد که ترکیب این آخال‌ها شامل گوگرد و مس است. میزان مس بین 27/65 تا 57/78 درصد وزنی و گوگرد نیز بین61/14 تا 79/24 درصد وزنی شناسایی شده است. دیگر عنصر موجود در ترکیب این آخال‌ها، آهن است که به میزان متنوع در نمونه‌های مختلف آنالیزشده شناسایی شده است. عناصر دیگر شامل قلع، روی و ارسنیک به میزان کم در ترکیب آخال‌ها شناسایی شده‌اند.

شکل 3- تصویر SEM-BSE با بزرگ­نمایی بالا از ریزساختار نمونه‌ها؛ الف) BJ-03، ب) BJ-08، ج) BJ-13، د) BJ-16، ه) BJ-18، و) BJ-21، آخال‌های سولفیدی و گویچه‌های سربی در تصویر مشخص شده‌اند.

جدول 3- نتایج آنالیز SEM-EDS بر روی آخال‌های تیره و گویچه‌های روشنِ مشاهده­شده در تصاویر SEM-BSE در نمونه‌های مختلف بر پایة درصد وزنی، S آخال‌های سولفیدی و Pb گویچه های سربی هستند.

با توجه به نتایج آنالیز آخال‌های تیرة دیده­شده در تصاویر SEM-BSE می‌توان دریافت که این آخال‌ها ترکیبات سولفید مس هستند. شکل 4 نمودار سه‌وجهی در سیستم Cu-Fe-S براساس نتایج آنالیز آخال‌های سولفیدی را نمایش می‌دهد. با توجه به محل قرارگیری نتایج آنالیز در این سیستم به­خوبی می‌توان دید که آخال‌های موجود ترکیبات سولفید مس و احتمالاً تشکیل­شده از کالکوسیت (Chalcocite) (Cu₂S) یا دیجنیت (Digenite) (Cu₉S₅) هستند. وجود آخال‌های سولفید مس در ریزساختار اشیاء برنزی باستانی می‌تواند به دلیل استفاده از سنگ معدن‌های سولفیدی یا مخلوطی از سنگ‌معدن‌های سولفیدی و اکسیدی برای استحصال مسِ استفاده­شده در تولید برنز باشد. استحصال مس از این ترکیبات روشی معمول در فلزگری مس در پیش از تاریخ بوده است (Bachmann, 1982: 21-26; Hauptmann, 2014: 103 & Coghlan, 1975: 20). در آغاز، در ابتدای دورة کالکولیتیک (Chalcolithic) (حدود هزارة پنجم ق.م)، استحصال مس از سنگ معدن‌های اکسیدی صورت می‌گرفته است، اما به­مرور زمان در هزارة چهارم و سوم ق.م (اواسط دورة کالکولیتیک و عصر مفرغ) از سنگ معدن‌های سولفیدی یا مخلوطی از سنگ معدن‌های سولفیدی و اکسیدی برای استحصال مس استفاده می­شود (Oudbashi et al, 2012: 159; Henderson, 2000: 214-220 & Hauptmann, 2014: 103-104). وجود میزان کم آهن می‌تواند به دلیل حضور سولفید آهن مانند پیروتیت (Pyrrhotite) (Fe_1-XS) یا مخلوط بودن سنگ معدن سولفیدی مورد استفاده با ترکیبات سولفید آهن و مس مانند کالکوپیریت (Chalcopyrite) (CuFeS₂) باشد (Klein and Hurlbut Jr., 1999: 354 & Bachmann, 1982: 22-26).

شکل 4- نمودار سه‌تایی سیستم Cu-Fe-S بر اساس نتایج آنالیز EDS آخال‌های خاکستری.

همان­گونه که ذکر شد، گویچه‌های بسیار کوچک و روشنی نیز در تصاویر SEM-BSE تقریباً به‌صورت مدور در مقطع عرضی نمونه‌ها دیده می‌شوند که در سراسر زمینة فلزی پراکنده شده‌اند (شکل 3). اندازة این گویچه‌ها از آخال‌های سولفیدی کوچک­تر است. برای شناسایی ماهیت شیمیایی این گویچه‌ها، یازده مورد از آنها در نمونه‌های متفاوت آنالیز شدند که نتایج آن در جدول 3 آمده است. براساس این نتایج، عنصر اصلی تشکیل­دهندة این گویچه‌ها سرب است. میزان سرب در نمونه‌ها متنوع بوده و بین 16/59 تا 16/95 درصد وزنی اندازه‌گیری شده است. مس و قلع نیز به مقدار زیادی در ترکیب آنها دیده شده است؛ البته مقدار مس در نمونه‌ها به­شدت متغیر بوده و میزان قلع نیز حداکثر حدود 4 درصد در برخی از آنها شناسایی شده است. به‌طورکلی میزان زیاد مس و قلع می‌تواند به دلیل تأثیر ناحیة آنالیز بر روی نتایج باشد؛ زیرا با توجه به کوچک بودن فازهای آنالیزشده امکان تأثیر ترکیب زمینة فلزی احاطه‌کنندة آنها در روش میکروآنالیز EDS بر روی ترکیب گویچه‌ها وجود دارد. ارسنیک، روی و آهن در گویچه‌های آنالیزشده، به‌عنوان عناصر فرعی شناسایی شده‌اند. میزان کربن موجود در یکی از گویچه‌ها قابل‌ توجه است که می‌تواند به دلیل بقایای خمیر الماس استفاده­شده برای پرداخت نهایی سطح مقطع باشد. با توجه به میزان بسیار کم سرب در ترکیب آلیاژ نمونه‌های مورد مطالعه، می­توان گفت که این عنصر به­طور اتفاقی به‌عنوان ناخالصی از سنگ معدن به ترکیب وارد شده است.

برای شناسایی ریزساختار اشیاء مورد مطالعة محوطة باباجیلان و شناسایی روش‌های ساخت و شکل‌دهی آنها، مقاطع صیقلی آماده­شده از هر نمونه با استفاده از میکروسکوپ نوری (متالوگرافی) مطالعه شدند. هر نمونه  قبل و بعد از اچ­کردن با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده و تصاویر آن ثبت شد. همان­گونه که در تصاویر SEM-BSE نیز دیده شد، به‌طورکلی ریزساختار بیشتر نمونه‌ها قبل از اچ حاوی آخال‌های تیرة  پخش­شده در زمینة برنزی است. این آخال‌ها در تصاویر متالوگرافی به رنگ سبز- خاکستری دیده می‌شوند. در بسیاری از نمونه‌ها، این آخال‌ها در راستای طولی مقطع عرضی کشیده شده‌اند، اما در برخی نیز به­شکل فازهای نسبتاً گرد یا بدون شکل مشخص قابل مشاهده هستند (شکل 5). همان­گونه که پیش از این ذکر شد، نتایج آنالیز اسپکتروسکوپی پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که این آخال‌ها شامل ترکیب‌های سولفید مس ناشی از فرآیند استحصال هستند که در ریزساختار اشیاء برنزی باقی­مانده‌اند.

برای مطالعة ریزساختار فلزی موجود در نمونه‌ها و تعیین ماهیت دانه‌ای ریزساختار و شکل و وضعیت دانه‌های تشکیل‌دهندة آن در نمونه‌های مورد مطالعه، مقطع صیقلی کلیة نمونه‌ها با استفاده از محلول کلرید آهن III الکلی اچ شد (Scott, 1991: 72) و سپس با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده شدند. در تمامی نمونه‌ها ریزساختار شامل دانه‌های کارشدة محلول جامد فاز آلفا (محلول جامد مس و قلع) است که در بسیاری موارد بازتبلور یافته است (شکل‌های 6 و 7). این ریزساختار شامل دانه‌های شش‌وجهی (اکثراً به شکل کج و تغییر شکل یافته) است که در بسیاری از آنها یک یا چند خط دوقلویی دیده می‌شود. در بسیاری از نمونه‌ها دانه‌ها حالت کشیده دارند و درون برخی از آنها خطوط لغزش (کرنش) (Strain Lines or Slip Bands) قابل مشاهده است. خطوط دوقلویی در برخی نمونه‌ها به­صورت کاملاً صاف در طول دانه‌ها پیش رفته‌اند،  اما در برخی تا حدی کج شده‌اند. آخال‌های سولفیدی اچ­نشده و تغییرنیافته در ریزساختار اکثر نمونه‌ها به­خوبی در یک راستا کشیده شده‌اند. در تمامی 21 نمونه می‌توان ریزساختاری نسبتاً مشابه شامل دانه‌های کارشده و در برخی موارد بازتبلوریافته را دید. در برخی نمونه‌ها، درون اکثر دانه‌ها خطوط لغزش دیده می‌شود. مقدار زیاد خطوط لغزش در برخی نمونه‌ها بیانگر انجام کار سنگین برای شکل‌دهی است.

شکل 5- تصویر متالوگرافی تعدادی از نمونه‌های محوطة باباجیلان پیش از اچ؛ الف) BJ-02، ب) BJ-03، ج) BJ-04، د) BJ-06. آخال‌های سولفیدی و نفوذخوردگی در ریزساختار فلزی به‌خوبی در تصاویر دیده می­شود.

اندازة دانه‌ها در نمونه‌های مختلف متفاوت است و نمی‌توان الگویی مشابه در اندازه و شکل دانه‌های کارشده و بازتبلوریافتة آنها دید. در تعداد زیادی از نمونه‌ها ریزساختار بسیار ریزدانه‌ای مشاهده می‌شود که حتی موجب شده است امکان مطالعة شکل دقیق دانه‌ها و مشاهدة خطوط لغزش و دوقلویی در آنها با استفاده از میکروسکوپ نوری تا حدی مشکل باشد. بااین‌حال، ریزساختارهای مشاهده­شده در همگیِ 21 نمونه‌ را می‌توان از یک نوع و دسته و در واقع مشابه با یکدیگر دانست. این نوع ریزساختار در آلیاژهای مس به دلیل اعمال چرخه‌ای متناوب از اجرای کار و عملیات حرارتی بر روی قطعات فلزی به­وجودمی‌آید؛ البته باید یادآوری کرد که وجود این نوع ریزساختار در اشیاء برنزی می‌تواند به دلیل انجام دادن کارِگرم، یعنی ترکیب هم­زمان کار و عملیات حرارتی یا اجرای عملیات مکانیکی بر روی قطعة داغ و گداخته­شده نیز باشد (Scott, 1991: 7; Moorey, 1994: 256 & Ellis, 2000: 356)، اما با توجه به میزان حرارت بالای مورد نیاز، احتمال استفاده از کارِگرم در ساخت اشیاء در عصر آهن ضعیف است. اجرای عملیات مکانیکی پس از مدتی موجب ایجاد کارسختی (Work-Hardening) در قطعه می‌شده است که در حقیقت ادامة عملیات مکانیکی را بر روی قطعه غیرممکن می‌کرده و احتمال وقوع شکستگی در ساختار برنزی قطعه به­وجود­می‌آمده است. برای از بین بردن کارسختی و بازگرداندن قابلیت کار در قطعه، آن را تا دمای بین 500 تا 800 درجة سانتیگراد حرارت می­داده و سپس مجدداً بر روی قطعه کار می‌کرده‌اند؛ به این فرآیند «تابکاری» گفته می‌شود. برای ساخت یک قطعه از یک شمش، ممکن است به­طور متناوب بارها بر روی آن کار و عملیات حرارتی انجام داده باشند. هرچه تعداد دفعات چرخة کار و تابکاری بیشتر باشد، دانه‌بندی ریزتری در نمونه دیده می‌شود (Scott, 1991: 8; Dungworth, 2013: 151 & Nerantzis, 2012: 240).

وجود خطوط لغزش می‌تواند نشان‌دهندة انجام عملیات مکانیکی به‌عنوان مرحلة پایانی شکل‌دهی در قطعه باشد؛ بدین معنی که در پایان بر روی قطعه، تابکاری انجام نشده است (Scott, 1991: 7-8)؛ البته میزان کم تابکاری در مرحلة پایانی هم می‌تواند عامل باقی­ماندن مقداری از خطوط لغزش در دانه‌ها باشد. در فلزاتی که بر روی آنها کار سنگین انجام شود، لغزش صفحات بلوری می‌تواند در بلورهای مشخص به ایجاد یک سری از حرکت‌های موازی منجر شود که در بخش‌های اچ‌شده به‌شکل تعدادی خطوط باریک در بعضی از دانه‌ها دیده می‌شود؛ این خطوط «نوارهای لغزش» یا «خطوط کرنش» نامیده می‌شوند. با توجه به اینکه در برخی نمونه‌ها خطوط لغزش در دانه­ها به‌خوبی آشکار هستند، می‌توان دریافت که پس از آخرین مرحلة انجام کار سرد، بر روی قطعه تابکاری صورت نگرفته است.

نکتة جالب­توجه وجود بقایای مغزه‌دارشدن در ریزساختار دو نمونة BJ-07 و BJ-16 است (شکل 7). این بقایا به‌صورت خطوط روشن و تیره تقریباً موازی در روی ریزساختار دانه‌ای نمونه‌ها دیده می‌شود. در حقیقت، این موضوع نشان می‌دهد که عملیات ترمومکانیکی انجام­شده بر روی قطعه برای از بین بردن مغزه‌دار­شدنِ ایجاد شده در زمان ریخته‌گری و انجماد قطعه کافی نبوده است و به­رغم تغییر ایجادشده در ریزساختار، این مغزه‌دارشدن در آن باقی مانده است. در این دو نمونه، ریزساختار دانه‌ای تا حدی به­سختی قابل تشخیص است (Dungworth, 2013: 150 & Scott, 1991: 9).

شکل 6- تصویر متالوگرافی تعدادی از نمونه‌های محوطة باباجیلان پس از اچ­شدن در محلول کلرید آهن III الکلی، الف) BJ-04، ب) BJ-08، ج) BJ-12، د) BJ-19. ریزساختار نمونه‌ها شامل دانه‌های کارشده و بازتبلوریافتة محلول جامد آلفای مس و خطوط لغزش در برخی نمونه‌هاست. اندازة دانه‌ها در نمونه‌های مختلف متفاوت است.

شکل 7- تصویر متالوگرافی دو نمونة محوطة باباجیلان پس از اچ­شدن در محلول کلرید آهن III الکلی؛ الف) BJ-07، ب) BJ-16،بقایای مغزه­دارشدن اولیة قطعة ریخته‌گری­شده، در ریزساختار باقیمانده است.

شکل 8 بخشی از منحنی سیستم Cu-Sn را در شرایط ریخته‌گری و تابکاری نمایش می‌دهد (Scott, 1991: 123). میزان قلع اندازه‌گیری­شده در نمونه‌ها در این منحنی مشخص شده است. با توجه به منحنی می‌توان دریافت که دو فاز محلول جامد مس (α) و فاز بین‌دندریتی یوتکتویید α + δ در شرایط ریخته‌گری معمولی در این برنزها ایجاد می‌شود، درحالی‌که فاز اصلی ایجادشده در شرایط تابکاری تنها فاز آلفاست. این ریزساختار در تمامی نمونه‌های مطالعه­شده به‌خوبی آشکار بود.

شکل 8- بخشی از منحنی سیستم مس- قلع؛ راست) شرایط تابکاری ، چپ) شرایط معمول ریخته‌گری (Scott, 1991: 123) که در آن محدودة میزان قلع شناسایی­شده در نمونه‌های مختلف محوطة باباجیلان براساس نتایج آنالیز مشخص شده است.

درحقیقت، ریزساختارهای دیده­شده در نمونه‌ها به­خوبی با نظریه­های موجود در زمینة ریزساختار و ترکیب برنزهای قلعی مطابقت دارند. براساس ترکیب شیمیایی و ریزساختار برنزهای محوطة باباجیلان، روند زیر برای ساخت اشیاء برنزی مطالعه­شده پیشنهاد می‌شود:

-       تولید آلیاژ برنز با استفاده از روش‌هایی مانند استحصال توأم یا سِمانتِه‌کردن (Cementation) سنگ معدن‌های سولفیدی/ اکسیدی مس و کاسیتریت برای تولید قطره‌ (Prill) یا شمش‌ کوچک برنزی؛

-       ذوب قطره‌‌ها یا شمش‌های برنزی کوچک در بوته و تولید شمش یا قطعة بزرگ برای اشیاء با ابعاد بزرگ؛

-       انجام­دادن کار سرد بر روی قطعات اولیه برای شکل‌دهی و تولید اشیاء صفحه‌ای فلزی؛

-       تابکاری بر روی قطعات کارشده به­منظور رفع کارسختی در آنها؛

-       ادامة چرخة کار و تابکاری برای حصول شکل نهایی؛

-       انجام­دادن کار سرد سطحی بر روی برخی قطعات برای شکل‌دهی نهایی یا تزیین.

1. نتیجه

برای شناسایی روش آلیاژسازی و تولید برنز در ناحیة لرستان در هزارة اول ق.م، مطالعات آزمایشگاهی با استفاده از روش‌های میکروسکوپی و آنالیز عنصری بر روی تعدادی از نمونه‌های کشف­شده از محوطة باباجیلان پیشکوه لرستان انجام شد. نتایج آنالیزِ 21 نمونه اشیاء متنوع، بیانگر استفاده از آلیاژ برنز (مس- قلع) در ساخت آنهاست و عناصر فلزی دیگر مانند ارسنیک، سرب و روی تنها به میزان کم (به استثناء چند نمونه) شناسایی شده‌اند. نکتة جالب­توجه این است که مقدار قلع در ترکیب نمونه‌ها از الگوی مشخصی پیروی   نمی­کند و بین حدود 4 تا 16 درصد وزنی متغیر است که نشان‌دهندة استفاده از روش آلیاژسازی کنترل­نشده مانند سِمانتِه­کردن یا استحصال توأم سنگ معدن‌های مس و قلع برای تولید آلیاژ برنز است. تفاوت در ترکیب آلیاژ برنز، موضوعی معمول در برنزهای پیش از تاریخ ایران است. مطالعات میکروسکوپی نیز نشان داد که تعداد زیادی فازهای متنوع در ریزساختار اشیاء وجود دارد که شامل ترکیبات سولفید مس و گویچه‌های سربی هستند. وجود آخال‌های سولفید مس پخش­شده در ماتریس فلزی و کشیده­شده در راستای طولی در ریزساختار آلیاژهای مس باستانی، می‌تواند بیانگر استفاده از سنگ معدن‌های اکسیدی همراه با مقداری سنگ معدن سولفید مس برای استحصال باشد. مشاهدات میکروسکوپی مقطع عرضی نمونه‌ها نیز نشان داد که اشیاء برنزیِ مورد مطالعه با استفاده از روش چکش‌کاری سرد و تابکاری متعاقب، برای بازگرداندن قابلیت کارپذیری به قطعه، ساخته شده‌اند. میزان و شدت کار و تابکاری انجام­شده بر روی قطعات با توجه به ضخامت کم  اشیاء و اندازة ‌دانه‌ها و همچنین تنش موجود در ریزساختار به­خوبی مشخص است.

تشکر و قدردانی

نویسندگان مقاله از آقای مهندس بهنام رحمانی و خانم مهندس نازنین نیکرو از بنیاد علوم کاربردی رازی، خانم مهندس عاطفه شکفته و آقای صالح غایی از دانشگاه هنر اصفهان و آقای روح‌الدین پورزرین از موزة قلعة فلک­الافلاک برای کمک‌ها و راهنمایی‌هایشان در پیشبرد و انجام این پژوهش سپاسگزاری می­کنند. این مقاله مستخرج از طرحی پژوهشی است که به شمارة 10/939 در معاونت پژوهشی دانشگاه هنر اصفهان در 1395 پایان یافته است.

پی­نوشت

1. Scanning Electron Microscopy coupled with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy.

2. Field Emission Scanning Electron Microscope.