نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد رشتۀ مرمت اشیاء تاریخی و فرهنگی دانشگاه هنر اصفهان
2 استادیار گروه مرمت اشیاء فرهنگی و تاریخی دانشگاه هنر اصفهان
3 استادیار گروه باستانشناسی دانشگاه هنر اصفهان
چکیده
کورگان‌ها از شیوه‌های تدفین اقوام مهاجر اوراسیا هستند که اخیراً در ایران مورد حفاری باستانشناسی قرارگرفته‌اند. کورگان‌های جعفرآباد در 1389 مورد کاوشهای باستانشناسی قرارگرفت. براساس فصل اول این کاوش‌ها، از حفاری‌های کورگان‌های جعفرآباد 54 شیء مفرغی بهدستآمده است که بخش اعظم آنها را زیورآلات تشکیل می‌دهد. بیشتر زیورآلات مفرغی این فصل، از کورگان شمارة هشت این محوطه بهدستآمده که در میان آنها دو النگو شناساییشدهاست.در این پژوهش با استفاده از روشهای میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به دستگاه آنالیز عنصری، طیف‌سنجی جذب اتمی، رادیوگرافی پرتو ایکس و متالوگرافی؛ نوع آلیاژ، ترکیب شیمیایی و تکنیک ساخت این دو النگو مطالعه شد. آلیاژ بهکاررفته در ساخت این آثار مفرغ بود. ریزساختار این النگوها بیانگر فرآیندی پیوسته از چکشکاری و تاب‌کاری است که برای ساخت آنها طی شده است. تصاویر رادیوگرافی نیز چکشکاری این آثار را اثبات می‌کند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The Study of Alloy and Manufacturing Techniques of Bangles of Eurasian Nomadic Tribes: Case Study, Bangles Discovered from Jafarabad’s Kurgan No 8
نویسندگان [English]
- Atefeh Yadollahi 1
- Hamidreza Bakhshandeh Fard 2
- Farshid Iravani Ghadim 3
1
2 Esfahan Art University
3 Esfahan Art University
چکیده [English]
“Kurgans”, which have recently been explored during an archeological excavation in Iran, contain graves where Eurasian used to bury the corps of their dead people. The Kurgans in Jafarabad (in East Azerbayejan, Iran) were excavated by archeologists in 2011.According to the reports of the first phase of the excavations of Jafarabad, a total of 54 bronze objects were discovered the majority of which were ornamental objects.Most of these objects were explored from Kurgan no. 8 of this archaeological site including two bangles. In this research, SEM-EDS, AAS, X-Ray radiography, and metallography were applied to identify alloying composition and shaping techniques. Results showed that the bangles have been made from tin bronze. Based on microstructure, it can be concluded that an alternating operation has applied for shaping these objects. Radiographic images also confirmed the application of hammering techniques in the production of these objects.
کلیدواژه‌ها [English]
- Bronze Objects
- Jafarabad Kurgan Bangles
- Eurosian Tribes
- Ancient Object Metallography
- SEM-EDS Experimental Studies
. مقدمه
یکی از شیوه‌های تدفین که از هزارۀ چهارم تا عصر آهن ادامه داشته است، کورگان‌ها هستند که عبارتاند از گورتپه‌های باستانی بهصورت برجستگی‌های پشته‌ای یا مدور و تپه‌مانند که بنا بر اهمیت و مقام اجتماعی فردِ دفنشده، ابعاد و ارتفاع آنها با یکدیگر متفاوت است. فرهنگ کورگان متعلق به مردمی است که خودشان را با زندگی استپی سازگاری داده و سواحل مرتفع رودخانه‌ها را برای زندگی خود مناسب یافته‌اند و اقتصادی مبتنی بر رمه‌داری داشتهاند. طی سالیان اخیر، مطالعه دربارة این فرهنگ در ایران آغاز شده است و شمال غرب ایران و ازجمله روستای جعفرآباد از نقاطی است که پذیرای این فرهنگ بوده است. روستای جعفرآباد در شهرستان نوبنیاد خداآفرین به مرکزیت خمارلو در شمال‌شرق تبریزدر قسمت شمالی ارسباران (قره‌داغ) واقع شده و با جمهوری آذربایجان هم‌مرز است. منطقة ارسباران با قدمت تاریخی دیرین خود، مهد تمدنی کهن‌سال و دارای پیشینه‌ای درخشان است (ایروانی و ممی‌زاده، 1391: 35) که کاوشهای باستانشناسی مبین آن است؛ ازجمله کاوشهای باستانشناسی اخیر این منطقه که به کشف تعدادی کورگان منجر شد. کورگان‌های جعفرآباد در یک کیلومتری غرب روستای جعفرآباد و یک کیلومتری روستای طوعلی از توابع شهرستان خداآفرین در استان آذربایجان‌شرقی در شمال غرب ایران قرارگرفته‌اند. 40 کورگان موجود در یک محدودة پنج کیلومتری در بررسی سطحی سال 1385 شناسایی شدهاند. نخستین فصل کاوش در این کورگان‌ها با مجوز شمارۀ 274.208.829 پژوهشکدة باستانشناسی از تاریخ 11/7/1389 به مدت 60 روز انجام گرفت (Iravani, 2011:216).
نقشۀ 1: موقعیت قرارگیری کورگان‌های جعفرآباد نسبت به روستای جعفرآباد و طوعلی سفلا
در این فصل تعداد هشت کورگان کاوش شد که طی آن 54 شیء مفرغی به‌دست‌آمد که در میان آنها، زیورآلات با بیش از 90% بیشترین سهم را داشتند. واضح است که وابستگی مردمان منطقه به این‌گونه زیورآلات به حدی بوده است که حتی پس از مرگ، مردگان را به همراه زیورآلاتشان به خاک می‌سپردند. مطالعات دربارة این کورگان‌ها و اشیای بهدستآمده از آنها، مطالعاتی باستان‌شناختی بوده است. ایروانی، سرپرست هیئت حفاری این منطقه در گزارش حفاری خود، علاوه بر اشاره به معماری هر یک از کورگان‌ها، آثار بهدستآمده از آنها را نیز معرفی کرده است. او همچنین در سه مقاله که در سالهای 2011، 2012 و 2014 منتشر شدهاند، سه عدد از این کورگان‌ها (کورگان‌های 4، 5 و 8) و آثار کشفشده از آنها را شناسانده است. ایروانی و ممی‌زاده در 1391 طی مقاله‌ای فرهنگ کورگان و گونه‌شناسی سفال‌ها و گاه‌نگاری نسبی آنها را براساس مجموعه سفال‌های بهدستآمده از کورگان‌های جعفرآباد معرفی کردهاند. مسعودی‌نیا در شهریور 1391 در پایان‌نامة تحصیلی کارشناسی ارشد خود اشیای مفرغی کورگان‌های جعفرآباد را معرفی وگونه‌شناسی کرده است. او همچنین در مقاله‌ای با همکاری ایروانی و طلایی در 2013 نُه گونه زیورآلات بهدستآمده از کورگان‌های جعفرآباد را معرفی و ویژگی‌های هر دسته را بیان کرده است؛ این زیورآلات به کورگان چهار و هشت تعلق داشته و از آنِ دو زن میان‌سال بودهاند.
با توجه به اینکه هیچ‌گونه پژوهش مستقلی دربارة شناخت فناوری مفرغ‌های کورگان‌های کاوششده در شمال غرب ایران انجام نشده است، مطالعه و بررسی این آثار از این جهت که می‌توانند بخشی از فرهنگ و هنر اقوام کوچ‌روی منطقه را برای ما مشخص کنند، حائز اهمیت است. بیشترین اشیای مفرغی فصل نخست کاوش در این محوطه، ازکورگان شمارة هشت، با 31 شی کشف شده است که به جز یک عدد خنجر و یک سوزن، بقیة آثار مفرغی این کورگان را زیورآلات تشکیل می‌دهد (Iravani, 2011:194-195). زیورآلات بهدستآمده از این کورگان شامل دو النگو، 26 دکمة مفرغی و یک اسپیرال مو میشود. در این پژوهش که به بررسی متالورژیکی دو النگوی بهدستآمده از این کورگان اختصاص یافته است، زیورآلات مذکور از نظر فناوری ساخت و ترکیب آلیاژ بهدقت مطالعه شدند تا شاید گوشۀ کوچکی از کمبود اطلاعات در زمینۀ مفرغ‌های این کورگان‌ها جبران شود.
2. معرفی آثار و ذکرنمونههای مشابه
النگوی شمارۀ J-A-2010-29 قطر آن 5/7 سانتی‌متر و ضخامت آن 6/0 سانتی‌متر است. شکل آن دایره‌ای و سالم است. ضخامت آن در همۀ قسمتها یکسان است. دو سر النگو با هم فاصلۀ زیادی دارند و در انتهای هر دو قسمت آن، چند شیار دندانه‌ای برای تزئین به کار رفته است. همچنین در قسمت انتهایی راست النگو فرورفتگی دیده میشود.
النگوی شمارۀ J-A-2010-60 قطر آن 8 سانتی‌متر و ضخامت آن 7/0 سانتی‌متر است. شکل آن دایره‌ای و سالم است. تفاوت این النگو با النگوی پیشین در این است که تمامی سطح النگو با دندانه‌هایی تزیین شده است. دو سر النگو از هم فاصلۀ اندکی دارند. تصاویر النگوها و نمونههای مشابه با آنها در جدول 1 آمده است.
جدول1- معرفی النگوهای بهدستآمده از کورگان 8 جعفرآباد و ذکر نمونههای مشابه
|
النگوی J-A-2010-29 |
نمونههای مشابه |
||||||
|
دورة زمانی |
عصر آهن II |
عصر آهن |
عصر آهن |
||||
|
محل کشف |
دینخواه |
حسنلو |
محوطۀ قبرستانی زاگرس ـ سنندج |
||||
|
منبع |
(Muscarella, 2013) |
(Muscarella, 1988) |
(Amelirad, Overlaet & Haeirinck, 2011) |
||||
|
النگوی J-A-2010-60
|
نمونههای مشابه |
||||||
|
دوره زمانی |
عصر آهن |
عصر آهن II |
عصر آهن I |
||||
|
محل کشف |
حسنلو |
ورکبود لرستان |
کتل گل‌گل لرستان |
||||
|
منبع |
Muscarella, ) 1988) |
(Overlaet, 2005) |
(Overlaet, 2005) |
||||
3. معرفی روش‌ها
در این پژوهش برای دستیابی به نحوۀ توزیع عناصر، عناصر تشکیلدهندۀ آلیاژ، نواحی (فازهای) موجود در آلیاژ و همچنین مطالعات ریزساختار مقاطع فلزی که ما را به سمت فرآیند تولید این آثار رهنمون می‌کنند، از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به دستگاه آنالیز عنصری (SEM-EDS)1 استفاده شده است. نمونه‌ای که برای آنالیز با اس ای ام (SEM) تهیه میشود باید در رزین ثابت شده (مانت)2 و سایش داده شود؛ لذا از نمونه‌هایی که برای متالوگرافی آماده شده بودند، پیش از حکاری (اچ کردن)3، برای آنالیز استفاده شد. آنالیز در مرکز متالورژی رازی تهران با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل وگا تسکن (VEGA TESCAN) مجهز به شناساگر تصاویر الکترون برگشتی (BSE)4 و دستگاه آنالیز عنصری (EDS) مدلRontec Quantax/QX2, Germany انجام شد.
برای تشخیص عناصر تشکیلدهندۀ آلیاژ و تعیین مقدار نسبی آنها، از طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)5 نیز استفاده شد. برای آنالیز عناصر تشکیلدهندۀ فلز و یا آلیاژ بهوسیلۀ طیف‌سنجی جذب اتمی به مغز فلزیِ نمونه نیاز است؛ بهصورتی که ناخالصی‌ها، محصولات خوردگی و رسوبات محیطی در آن وجود نداشته باشد. در این پژوهش نیز برای تشخیص عناصر تشکیلدهندۀ آلیاژ و تعیین مقدار نسبی آنها با استفاده از این روش، نمونه‌برداری النگوها از قسمت خالی دستۀ آنها انجام شد که دید کمتری داشتند و مغز فلزی نمونه مشخص بود. نمونهها به درستی توزین و در اسید کلریدریک حل شدند و سپس با آب مقطر به حجم موردنظر رسیدند. نمونههای محلول برای قرارگرفتن در غلظت‌هایی که در بازۀ تشخیص دستگاه باشند، باید رقیق شوند و به همین منظور از محلولهای آمادهشده با توجه به غلظت‌های مربوط، نمونه برداشته شد و سپس رقیق شدند. استانداردهای موردنظر نیز براساس عناصری که برای مطالعه و آنالیز در نظر بودند و شامل مس، قلع، روی و سرب می‌شدند، از نمک‌های تجاری آنها به ترتیب Cu(NO3).3H2O، SnCl2, 2H2O،Zn(NO3)2.6H2O، Pb(NO3)2، در غلظت‌های پذیرفتنی دستگاه ساخته شدند؛ به این ترتیب که برای مس 5 استاندارد (ppm 10، 8 6، 4، 2)، برای قلع 4 استاندارد (ppm 25 ،20، 15، 10)، برای روی 4 استاندارد (ppm2، 5/1، 1 ،5/0) و برای سرب نیز 4 استاندارد (ppm 30،40، 20، 10) تهیه شد. در نهایت با توجه به جذب استانداردهای مربوط، جذب و غلظت هر عنصر در نمونههای مجهول سنجیده و مقدار کمّی آن برای هر کدام از اشیا محاسبه شد که در بخش نتایج و بحث به آن اشاره خواهیم کرد. قابل ذکر است که این آنالیز در آزمایشگاه شیمی دانشکدة مرمت دانشگاه هنر اصفهان با دستگاه طیف‌سنج جذب اتمی مدل PerkinElmer 2380 و مطالعات متالوگرافی نیز در آزمایشگاه فلز و متالوگرافی همان دانشکده انجام شد. مقاطع توسط محلول کلرید آهن سه ظرفیتی اچ و با میکروسکوپ نوری پلاریزان مدل BK-POL/BK-POLR (مجهز به دوربین کانن EOS Kiss X4 CCD) مشاهده و عکس‌برداری شدند. هدف از متالوگرافی آشکارساختن مشخصات ساختاری، برخی از آثار کار مکانیکی و در نهایت تکنیک بهکاررفته در ساخت این زیورآلات است.
در این پژوهش همچنین از رادیوگرافی اشعة ایکس برای تشخیص وجود یا عدم وجود آسیب‌های ریزساختاری، شناسایی روشهای ساخت و بهدستآوردن تجسمی از نحوة توزیع چگالی در زیورآلات مفرغی مورد مطالعه استفاده شده است. این آنالیز با استفاده از دستگاه رادیوگرافی مدل 630 میلی آمپر شیماتزو (Shimadzu) و تریکسل (Trixell) فرانسه، موجود در بیمارستان آیت‌الله کاشانی اصفهان انجام شد.
4. نتایج و بحث
4-1. بررسی مقاطع اچنشدۀ نمونهها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز عنصری EDS
مقاطع حکارینشدۀ نمونههای مورد مطالعه با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده و سپس برای تشخیص نواحی مختلف موجود در این مقاطع، از آنها تصاویر الکترون برگشتی (BSE) تهیه شد. برای تشخیص عناصر شیمیایی بهکاررفته در ساخت این زیورآلات و همچنین ترکیب نواحی مختلف موجود در این مقاطع، نمونهها با استفاده از دستگاه آنالیز عنصری (EDS) این میکروسکوپ آنالیز شدند. شایان ذکر است که درصد عناصر شناسایی و ذکرشده برحسب درصد وزنی (%wt) است.
مقطع این النگوها زیر میکروسکوپ نوری، نشاندهندۀ ماتریس برنزیرنگی است که تعدادی آخال (اینکلوژن) خاکستری‌رنگ در این زمینه پخش هستند. علاوه بر این، نقاطی سیاه‌رنگ در سطح مقطع این نمونهها به چشم می‌خورد. آنچه در مقطع النگوی J-A-2010-29 جلبتوجه می‌کند، وجود ترکی است که در امتداد عرض این مقطع کشیده شده و همین ترک نیز به منزلة انشعاب و دلیلی برای بهوجودآمدن ترک‌های کوچک‌تر دیگر در امتداد این ترک است (شکل1- الف). بهوجودآمدن ترک در چنین اشیایی که تحت تنش و خستگی‌های ناشی از کار مداوم بر روی این آثار بوده است، بدیهی است. در بخش متالوگرافی این آثار، شواهد این کار سخت را بیشتر خواهیم دید.
|
الف |
ب |
شکل1: مقطع عرضی اچنشدة النگوها؛ الف- النگویJ-A-2010-29 ، ب- النگوی(J-A-2010-60).
4-1-1. ترکیب آلیاژ
در تصاویر الکترون برگشتی (BSE) این مقاطع (شکل2) نواحی متفاوت از نظر تضاد و اختلاف شکل قابل مشاهده هستند که عناصر متشکلة این نواحی، در آنالیز عنصری (EDS) شناسایی شده و در جداول مربوط برحسب درصد وزنی آورده شده است. در زیر نتایج این آنالیزها را بررسی می‌کنیم.
|
الف |
ب |
ج |
شکل2:- الف و ب: تصاویر BSE مقطع عرضی اچنشدۀ النگوی J-A-2010-29 ، ج: تصویر BSE مقطع عرضی اچنشدۀ النگوی J-A-2010-60.
آنالیز عنصری نواحی مربوط به ماتریس فلزی، نقاط A و B و همچنین نقطۀ D که تقریباً ازلحاظ کُنتراست نزدیک به این نقاط است، در النگوی J-A-2010-29 و نقاط A و G بهعنوان ماتریس اصلی آلیاژ و دو نقطۀ دیگر که شامل E و F میشوند، در النگوی J-A-2010-60 بیانگر ترکیباتی مشابه با درصدهای نزدیک به هم هستند. عناصر اصلی برای این نواحی مس و قلع گزارش شده است. مقدار مس در این نقاط از 34/86% تا 50/89% و میزان قلع از50/1% تا 29/10% متغیر است. کاهش میزان قلع در نقطۀ Dبه دلیل حضور اکسیژن و اکسیداسیون در این ناحیه است (جدول2). آنچه تا اینجا با توجه به عناصر و درصدهای مربوط میتوان گفت این است که در ساخت این النگو با آلیاژ دوگانهای از مس و قلع مواجه هستیم. همان‌طور که چاز (Chase) (1991) اشاره کرده است، مس خالص به دلیل داشتن نقطۀ ذوب بالا و همچنین به علت جذبکردن گازهای مختلف، بهویژه اکسیژن که هنگام ریختهشدن در قالب و سردشدن، در نهایت باعث تشکیل حباب‌های گاز و متخلخلشدن میشود، برای ریخته‌گری مشکلاتی را بهوجودمیآورد؛ لذا اضافهکردن قلع فقط نقطة ذوب را پایین نمی‌آورد، بلکه بهعنوان احیاکننده برای جلوگیری از وجود تخلخل کمک می‌کند (Costello, 2005:7).
نکتۀ حائز اهمیت، حضور ارسنیک در نقاط A و E (6%و87/3%) در النگوی J-A-2010-60 در کنار مس و قلع است. به نقل از جیملیا و همکارانش، لکتمن (Lechmann) (1991) مقدار ارسنیک در حدود 5/0% را بهعنوان استفادة عمدی آن در نظر می‌گیرد. آنها همچنین اشاره کردهاند، تایکلت (Tylecote) (1991) و برانیگان (Branigan) (1974) حدود 2% ارسنیک را مرز بین ناخالصی و استفادۀ عمد آن دانستهاند (Giumlia et al. 2002: 205). با توجه به نکات گفته شده و میزان ارسنیک در این دو نقطه، میتوان احتمال‌های متفاوتی را در نظر گرفت. آنچه واضح است این است که فلزکاران النگوهای مورد بحث، با آلیاژ مفرغ آشنایی داشتهاند، اما ممکن است در آن زمان، به مضرات ناشی از کاربرد ارسنیک پی نبرده بودهاند و لذا این عنصر را برای بهبود خواص آلیاژ نهایی استفاده کردهاند. فلزکاران باستان برای بهبودبخشی به ویژگی‌های مس، این فلز را با عناصری همچون قلع، ارسنیک، آنتیموان ترکیب کرده و آلیاژهایی با خواص بهتر پدید آورده‌اند. شاید این فلزگران نیز برای خواص مکانیکی که این عنصر به آلیاژ می‌بخشیده است، از آن سود برده‌اند که از جملة این خواص، میتوان به افزایش قابلیت سخت‌کاری اثر اشاره کرد (Junk, 2003:23). همان‌طور که می‌دانیم، این اشیاء در زمرة زیورآلات جای دارند و برای رسیدن به شکلی مطلوب به پرداخت زیادی نیاز داشتهاند. احتمال دیگری که میتوان درنظرداشت، حضور غیرعمدی این عنصر است؛ به این صورت که سنگ معدن مورد استفاده برای استحصال و ذوب مس، سنگ معدنی حاوی مقادیر زیادی ارسنیک بوده است؛ زیرا این عنصر بهصورت ناخالصی طبیعی، حتی در سنگ‌های معدنی مس خالص نیز یافت میشود. نکتة دیگر این که ممکن است منبع این ارسنیک از ته‌مانده‌ها و تکه‌های مس ارسنیکی باشد که این فلزگران هنگام ساخت آلیاژ، آنها را با محلول مذاب مسِ تازه ترکیب کرده باشند. در اینجا ذکر این نکته لازم است که با توجه به وجود ارسنیک (بهصورت عمدی یا غیرعمدی) ما با نوعی آلیاژ مفرغی در ساخت این اثر موجهایم که در بعضی نقاط در کنار مس و قلع، ارسنیک نیز وجود دارد.
در آنالیز عنصری النگوی J-A-2010-29 مقداری سرب کنار عناصر اصلی شناسایی شد که میزان آن در این نقاط بهعنوان ماتریس فلزی، به اندازه‌ای نیست که بتوان گفت این عنصر بهصورت عمدی اضافه شده است؛ زیرا این مقدار سرب تأثیر چندانی در بهبود خواص آلیاژ نداشته است. این عنصر ممکن است در سنگ معدن اصلی که مس از آن استحصال شده است، وجود داشته و یا بهعنوان کمک‌ذوب در کوره اضافه شده است؛ چراکه به گفتۀ منابع، وجود سرب تا حدود 2% وزنی همچنان می‌تواند ناخالصی در مس قلمداد شود (Giumlia et al. 2002:206).
آنالیز نقاطی که در تصاویر الکترون برگشتی (BSE) به رنگ سیاه بودند، نقاط EوC در النگوی J-A-2010-29 و نقاط C و Dدر النگوی J-A-2010-60، نشاندهندۀ وجود اکسیژن و کربن و کاهش میزان مس و قلع در این نقاط نسبت به نقاط مربوط به ماتریس اصلی است. بنا بر آنچه گفته شد، میتوان احتمال داد که در این قسمتها، محصولات خوردگی وجود دارد.
در تمام قسمتهای آنالیزشده، عناصری نیز در حد ناچیز شناسایی شدند که مربوط به فرآیند استحصال سنگ معدن، آلیاژ‌سازی و محیط دفن شیء هستند و با ساختار فلزی آنها مرتبط نیستند.
جدول 2- نتایج آنالیز SEM – EDS برحسب درصد وزنی بر روی ماتریس فلزی
|
شماره شی |
نواحی |
Cu |
Sn |
As |
S |
Pb |
O |
C |
Fe |
Cl |
Al |
Zn |
P |
Ni |
Sb |
Si |
|
J-A-2010-29 |
A |
75/86 |
85/9 |
06/0 |
- |
52/1 |
- |
- |
- |
65/0 |
- |
02/0 |
41/0 |
01/0 |
72/0 |
- |
|
B |
31/88 |
83/9 |
06/0 |
02/0 |
12/1 |
- |
- |
01/0 |
36/0 |
- |
02/0 |
27/0 |
01/0 |
- |
- |
|
|
D |
34/86 |
50/1 |
09/0 |
03/0 |
69/0 |
60/9 |
- |
28/0 |
31/0 |
- |
13/0 |
34/0 |
10/0 |
30/0 |
- |
|
|
C |
86/7 |
- |
18/0 |
06/0 |
- |
04/20 |
59/58 |
27/1 |
32/0 |
59/1 |
|
- |
- |
40/3 |
36/5 |
|
|
E |
02/61 |
82/6 |
60/0 |
05/0 |
3 |
92/19 |
- |
91/1 |
93/0 |
- |
- |
55/0 |
- |
74/0 |
- |
|
|
J-A-2010-60 |
A |
97/85 |
37/7 |
6 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
65/0 |
- |
01/0 |
- |
- |
|
G |
50/89 |
37/9 |
08/0 |
- |
58/0 |
- |
- |
01/0 |
41/0 |
- |
02/0 |
29/0 |
01/0 |
- |
- |
|
|
E |
88 |
12/7 |
87/3 |
06/0 |
- |
- |
- |
05/0 |
- |
- |
88/0 |
- |
- |
- |
- |
|
|
F |
95/87 |
29/10 |
08/0 |
10/0 |
- |
- |
- |
01/0 |
81/0 |
- |
02/0 |
10/0 |
01/0 |
- |
- |
|
|
C |
31/39 |
89/2 |
13/0 |
85/0 |
95/0 |
99/15 |
84/33 |
32/1 |
- |
90/0 |
- |
- |
- |
- |
44/1 |
|
|
D |
26/31 |
09/7 |
16/0 |
73/0 |
86/0 |
94/23 |
34/30 |
- |
- |
77/1 |
- |
- |
- |
- |
55/3 |
4-1-2. ترکیب آخالها
آنالیز عنصری (EDS) آخالها، نقطۀ F در النگوی J-A-2010-29 و نقطۀ B در النگوی J-A-2010-60 وجود میزان زیاد مس و گوگرد را نشان می‌دهد. واضح است که وجود آخالهای Cu-S در ماتریس مفرغ ممکن است به علت استفاده از سنگ‌های معدن سولفیدی برای تولید و ذوب مس باشد. والریو و همکارانش بر این عقیده هستند که این آخالها به خاطر قابلیت اختلاط پایینی که دارند، در مس به صورت نواحی جداگانه ظاهر میشوند (Valerio et al, 2012) (جدول3).
جدول 3- نتایج آنالیز SEM – EDS بر روی آخالها
|
شمارۀ شی |
نواحی |
Cu |
Sn |
S |
Pb |
O |
C |
|
J-A-2010-29 |
F |
50/71 |
- |
37/20 |
01/0 |
06/0 |
- |
|
J-A-2010-60 |
B |
01/77 |
- |
87/21 |
41/0 |
- |
09/0 |
4-2. طیف‌سنج جذب اتمی (AAS)
یکی از محدودیت‌های آنالیز عنصری به روش میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به دستگاه آنالیز عنصری (SEM-EDS) ماهیت نقطه‌ای این آنالیز است؛ به همین منظور، برای تکمیل اطلاعات آلیاژ تشکیلدهندۀ زیورآلات مورد بحث، آنالیز طیف‌سنج جذب اتمی (AAS) نیز بر روی مغز فلزی این آثار انجام شد که نتایج آن در جدول 4 آمده است. شایان ذکر است که به دلایل فنی امکان آنالیز ارسنیک در این آزمایشگاه میسر نبود و نتایج بهدستآمده مربوط به چهار عنصر مس، قلع، سرب و روی است. همان‌طور که در جدول آمده است، دیده میشود که درآنالیز مغز فلزی النگوها بیشترین درصد عناصر شناساییشده مربوط به مس و قلع است. نتایج بهدستآمده از هر نمونه تا حد زیادی نزدیک به میزان شناساییشده برای این دو عنصر در آنالیز عنصری (EDS) است.
جدول 4- نتایج آنالیز عنصری مغز فلزی به روش AAS
|
شمارۀ شی |
Cu |
Sn |
Pb |
Zn |
|
J-A-2010-29 |
8/84 |
90/7 |
3/0 |
ناچیز |
|
J-A-2010-60 |
70/88 |
50/8 |
ناچیز |
ناچیز |
4-3. روش ساخت
4-3-1. متالوگرافی
همان‌طور که در تصاویر متالوگرافی این آثار دیده میشود (شکل3و4)، آنچه در ریزساختار این النگوها قابل توجه است، وجود ساختارهایی با دانه‌بندی کامل است که نشاندهندة کار بر روی یک آلیاژ ریخته‌گریشده است. وجود چنین ساختارهایی با دانه‌بندی کامل، حاکی از چرخه‌ای از کار و تاب‌کاری (آنیلینگ، بازپخت( برای تولید این اشیاء است. ساختار دانه‌بندی یک آلیاژ همگن می‌تواند بهصورت دانه‌هایی شش‌وجهی در نظر گرفته شود. زمانی که این دانهها با چکشکاری تغییر شکل می‌دهند، تخت میگردند تا جایی که شکننده میشوند و چنین وضعیتی برای ادامة کار مناسب نیست و اصطلاحاً دانهها «کارسخت» شدهاند. اگر شکل‌دهی و چکشکاری بیشتری نیاز باشد، فلز به بازپخت نیاز دارد که طی آن کارآیی و انعطاف‌پذیری مجدداً به فلز برمی‌گردد. شکل‌دهی بیشتر فلز با چکشکاری ممکن است دوباره به کارسختشدن دانهها منجر شود که برای شکل‌دهی بیشتر، اعمال حرارت دیگری که به منزلة درمان عمل می‌کند، نیاز است. عموماً درجة حرارت بازپخت برای آلیاژهای بر پایة مس 500 ـ 800 درجة سانتی‌گراد است. گاهی برای رسیدن به شکل نهایی لازم است که چندین بار این چرخه ادامه یابد Scott, 1991: 6-7)). این چرخة تاب‌کاری و کار سرد سختی فلز را افزایش می‌دهد (Frame, 2010:1705).
نکتة مشابه دیگر در این ریزساختارها، وجود خطوط مستقیم در برخی از دانه‌هاست که به خطوط دوقلویی موسوم‌اند. فلزات FCC7 به جز آلومینیوم، در طی بازپخت که توضیح داده شد، مجدداً و از طریق فرآیند دوقلویی متبلور میشوند؛ به این صورت که در نتیجة بازپخت کردن یک فلز FCC که روی آن کار سرد انجام شده است، کریستال‌های جدیدی رشد می‌کنند که اثری از طرح بازتاب یک آینه را درون کریستال‌ها نشان می‌دهند که نتیجة آن خطوط مستقیم موازی درون مقاطع حکاریشده در برخی از دانه‌هاست (Oudbashi and Davami, 2014:77). ممکن است در تمامی دانهها شاهد این خطوط نباشیم، اما در دانه‌هایی که دوقلویی بروز می‌کنند، به صورت خط مستقیمی هستند که البته اگر بعد از بازپخت کردن، شیء مجدداً تحت انجام کار سرد قرار گیرد و شکل دانهها تغییر کند، این خطوط نیز منحنی میشوند (Scott, 1991:8).
کار سرد را میتوان به همراه کار گرم در یک فعالیت ترکیب کرد؛ بدینصورت که فلز تا حد برافروختگی و سرخ شدن حرارت می‌بیند و سپس به فوریت مورد چکشکاری قرا می‌گیرد. این شرایط نیز همان ساختار دوباره متبلورشدة دانهها را فراهم می‌آورد. با توجه به مطالب ذکرشده، تشخیص اینکه ساختار دانه‌بندی با دانههای دوقلویی در نتیجة کار سرد و تاب‌کاری همراه آن و یا کار گرم به وجود آمده‌اند، کار مشکلی است (Scott, 1991:7).
نکتة دیگر وجود خطوطی موازی در داخل بعضی از دانههای این ریزساختارهاست که البته میزان این خطوط در نمونة J-A-2010-60 خیلی بیشتر از نمونة J-A-2010-29 است. زمانی که کار مداوم و سختی بر روی آلیاژ انجام شود، به عبارتی شیء پس از بازپخت بهشدت و پیوسته تحت عملیات کار سرد قرارگرفته باشد، لغزش از سطح کریستال‌ها می‌تواند در هر کریستال اتفاق بیفتد که نتیجة آن، تعدادی حرکت‌های موازی است که در مقاطع حکاریشدۀ درون برخی دانهها به شکل خطوطی ظریف و موازی دیده میشود (Scott, 1991:9). این خطوط که به آنها خطوط لغزش گفته میشود، می‌توانند نشاندهندة این مسئله باشند که آخرین مرحلة شکل‌گیری این اشیا کار سرد بوده است.
مسئلة قابل توجه دیگر، حضور آخالهای اچنشده در بین دانهها و مقاطع فلزی این اشیاست. این آخالها که به رنگ آبی ـ خاکستری خود را نشان می‌دهند، در سراسر این ریزساختارها پراکنده شدهاند که البته میزان آنها در نمونة J-A-2010-29 از نمونة دیگر کمتر است. همان‌طور که در بخش آنالیز عنصری (EDS) گفته شد، ترکیب شیمیایی این آخالها سولفید مس است که بدون تغییر در ماتریس فلزی باقی مانده‌اند. علت حضور آنها این است که بیشتر آخالها در فلزات باستانی در نتیجة کار گرم یا کار سرد و به دنبال آن بازپخت، مجدداً متبلور نمی‌شوند. این آخالها به تکه‌های کوچک‌تر تبدیل یا تحت عملیات چکشکاری سخت، کشیده میشوند (Scott, 1991:7).
الف ب
شکل3- الف: بزرگنمایی 200 برابر و ب: بزرگنمایی 100 برابر مقطع عرضی اچشدة
النگوی J-A-2010-60 ، حضور خطوط دوقلویی، خطوط لغزش و آخالهای سولفید مس در ریزساختار
شکل4- بزرگنمایی 200 برابر مقطع عرضی اچشدة النگوی J-A-2010-29 ،وجود خطوط دوقلویی، خطوط لغزش وآخال‌های سولفید مس در ریزساختار
4-3-2. رادیوگرافی
عکس‌برداری با پرتو ایکس یا رادیوگرافی، توانایی درک ویژگی‌های درونی شیء را در اختیار حفاظت‌گران و مرمت‌گران قرارمی‌دهد (Artioli, 2010:69). اشیاء با ضخامت‌های مختلف به ولتاژ و شرایط متفاوت برای عکس‌برداری با پرتو ایکس نیاز دارند. در این پژوهش نیز برای رادیوگرافی از زیورآلات مورد مطالعه از شرایط متفاوتی استفاده شد؛ بدینترتیب که رادیوگرافی النگوی J-A-2010-60 که ضخامت بیشتری داشت، در شرایط کاری 100 میلی آمپر بر ثانیه (mA/s)، شدت جریان 250 میلی‌آمپر (mA) و ولتاژ 91 کیلوولت (kV) و رادیوگرافی النگوی J-A-2010-29 که ضخامت آن کمتر از النگوی پیشین بود، در شرایط کاری 91 میلی‌آمپر بر ثانیه، شدت جریان 160 میلی‌آمپر و ولتاژ 82 کیلوولت انجام شد. همان‌طور که در تصاویر رادیوگرافی این اشیاء مشاهده میشود (شکل5)، تصویر حاصل از پرتونگاری اشعة ایکس شامل نقاط تیره و روشن است که نشاندهندة اختلاف میزان عبور اشعة ایکس از نقاط مختلف این زیورآلات است. اختلاف میزان عبور پرتو ایکس متناسب با چگالی موجود در هر قسمت است؛ لذا نواحی با دانسیتة بیشتر، قدرت جذب بیشتری داشتهاند و در این تصاویر به رنگ روشن‌تر و سفید خود را نشان می‌دهند و نواحی با دانسیتة کمتر، تیره‌تر ظاهر میشوند. با توجه به فقدان لایه‌های خوردگی ضخیم و رسوبات محیطی بر روی این آثار، اختلاف دانسیته را که به پدیدارشدن نواحی تیره و روشن منجر شده است، میتوان دلیلی بر یکنواختنبودن ضخامت در نواحی مختلف هر یک از این زیورآلات دانست که دلیل آن چکشکاری ناهمسان این اشیاست؛ به این ترتیب که قسمتهایی که بیشتر چکشکاری شدهاند، ضخامت کمتری دارند و جذب کمتر این قسمتها باعث شده است تیره‌تر از نقاطی که کمتر چکشکاری شدهاند، خود را نشان دهند. همان‌طور که در عکس رادیوگرافی النگوی J-A-2010-60 دیده میشود، در این النگو نیز قسمتهای میانی بیشتر از لبه‌ها و دسته‌های آن کمتر چکشکاری شدهاند که دانسیتة این قسمتها بیشتر است و روشن‌تر از سایر نقاط دیده میشوند. دندانه‌هایی نیز که برای تزیین این النگو بهکاررفته‌اند، به صورت قسمتهای سفیدرنگ در تصویر رادیوگرافی این شیء خود را بهتر نشان می‌دهند که در فواصل و اندازه‌های یکسان در سراسر النگو دیده میشوند و نشاندهندة ظرافت و دقتی است که در ساخت این اثر بهکاررفته است. تزئیناتی این‌چنین به روش کنده‌کاری ایجاد می‌شده است که از شیوه‌های رایج برای ایجاد تزئینات بر روی فلزات است. در این روش برای ایجاد نقوش و طرح‌های تزیینی، خطوط مورد نیاز با قلم‌های فلزی بر روی اثر حک میشود. در کنده‌کاری روی فلز با واردکردن ضربات چکش بر روی قلم، پوسته‌ای از سطح فلز کنده میشود و در نتیجه خطوط، طرح‌ها و نقوش بهصورت کمی گودتر از سطح جدار فلزی بر جای می‌مانند. این فن، یکی از رایج‌ترین فنون تزیینی برای اشیای مفرغی است (افروغ، 1389: 65). تصویر رادیوگرافی این النگو نیز حاکی از وضعیت سالم و مغز فلزی توپُر آن و عدم وجود آسیب‌هایی نظیر ترک و ریزترک است.
در تصویر رادیوگرافی النگوی J-A-2010-29 توزیع چگالی بهصورت ناهماهنگ در سرتاسر این اثر دیده میشود. چکشکاری ناهمسان انجامشده بر روی این النگو باعث شده تا در سراسر سطح این اثر قسمتهای تیره و روشن را که حاکی از مناطق با ضخامت کمتر و بیشتر است، کنار هم ببینیم. سه دندانه از طریق کنده‌کاری برای تزیین در دو طرف النگو بهکاررفته است. ترکی در دستة این النگو دیده میشود که شاید دلیل پیدایش آن، چکشکاری بیشتر این قسمتها بوده است که ممکن است این نواحی را برای ترکخوردن پس از دفن و فشار محیط مستعد کرده باشد. آنچه از تصاویر رادیوگرافی این النگوها برداشت میشود، این است که احتمالاً همگی با مفتول‌هایی از طریق خم‌کاری بهشکل دایره‌ای درآمده‌اند و برای اصلاح و مرتب‌کردن شکل آنها و رسیدن به صورت مطلوب نهایی چکشکاری شدهاند که میزان این چکشکاری نیز در همة قسمتها یکسان نبوده است.
|
|
|
الف |
ب |
شکل5- الف: تصویر رادیوگرافی النگوی J-A-2010-60 ب: تصویر رادیوگرافی النگوی J-A-2010-29.
5. نتیجه
براساس مطالعات تاریخی و تطبیقی انجامشده، قدمت این آثار به عصر آهن II می‌رسد. ترکیب آلیاژهای مصرفی در النگوها، مفرغ تشخیص داده شد. میزان مس در نقاطی که بهعنوان ماتریس اصلی فلز در نظر گرفته شده (نقاطA ،B و D در النگویJ-A-2010-29 و نقاط A و G بهعنوان ماتریس اصلی آلیاژ و دو نقطة E و F در النگوی J-A-2010-60)، در بازه‌ای از 34/86% تا 50/89% درصد متغیر بود و میزان قلع در این نقاط درگستره‌ای از 50/1% تا 29/10% تشخیص داده شد. میزان ناخالصی‌ها نیز در ترکیب این آلیاژها بسیار کم بود و در حقیقت عناصر دیگر تأثیر زیادی بر خواص آلیاژ نداشتهاند. مقداری آخالهای سولفید مس در ریزساختار نمونهها دیده شد که بیانگر استفاده از سنگ معدن‌های سولفیدی در استخراجمسبودهاست.ریزساختارنمونههانشاندهندة دانههای بازمتبلورشدة دارای خطوط دوقلویی بود. روند شکل‌گیری النگوها با استفاده از فرآیندهای پیدرپی چکشکاری و تاب‌کاری یک مفتول فلزی تا رسیدن به شکل مورد نظر بوده است. خطوط لغزش باقیمانده در بعضی از دانههای موجود در ریزساختار، نشاندهندة آخرین مرحلة شکل‌گیری این زیورآلات، یعنی چکشکاری است.
سپاسگزاری
از خانم‌ها مهندس پلاسید در بخش SEM مرکز متالورژی رازی و مهندس ریسمانچیان در بخش آزمایشگاه شیمی دانشکده مرمت دانشگاه اصفهان، بخش رادیوگرافی بیمارستان کاشانی اصفهان، به خاطر همکاریشان قدردانی میشود.
پینوشت
1. میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به دستگاه آنالیز عنصری (SEM-EDS)
(SEM-EDS): Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-Ray Analysis
2. مانت کردن (Mounting) : اصطلاحی است که برای ثابت کردن نمونههای متالوگرافی توسط رزینهای سنتزی اختصاصی به کار میرود. برای اطلاعات بیشتر رجوع شود به:Scott, 1991 .
3. حکاری کردن (Etching): خوردهشدن سطح فلز صیقل یافته توسط محلولهای شیمیایی خاص به منظور آشکارشدن تفاوتهای موجود در جهتگیری دانهها و نیز ریزساختار. برای اطلاعات بیشتر رجوع شود به:Scott, 1991 .
4. تصاویر الکترون برگشتی (BSE) :Back Scattered Electrons.
5. طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) :Atomic Absorption Spectrophotometer
6. کار: منظور از کار، روش یا ترکیبی از روشهای مختلف مانند چکشکاری و تراش‌کاری و کشیدن برای تغییر شکل یک فلز یا آلیاژ است.
7. FCC: ساختار مکعبی با وجوه پر. بسیاری از فلزات معمول مانند مس، نیکل و سرب در ساختار FCC شکل می‌گیرند. Face- Centered Cubic.
)