법주사 철확의 부식상태 및 미세조직 분석을 통한 제작기법 연구 A Study of Manufacturing Techniques Extracting from the Analysis of Corrosion Status and Microstructure for the Cast-Iron Pot in Bubjusa원문보기
법주사 철확의 부식상태 및 미세조직 분석을 통해 제작기법을 추정하고자 광학현미경, SEM-EDS, 미소경도계, XRD를 이용하여 자연과학적 연구를 실시하였다. 표면층의 미세조직에서는 페라이트와 일부 펄라이트 조직이 관찰되었다. 내부층에서는 펄라이트 조직과 깃털모양의 흑연이 관찰되었으며, 중간 경계층에서는 심한 부식현상이 관찰된다. 미소경도는 조직별로 217Hv~698Hv 값의 범위를 가졌으며, 이는 일반적으로 고대 철제유물에서 보이는 경도 값 범위이다. 각 층별 미세조직에 대한 성분분석 결과, 표면층이 내부층에 비해 탈탄이 많이 되었음을 알 수 있었다. 금속 부식화합물의 XRD 동정 결과, 일반적인 금속유물의 부식과정에서 만들어지는 침철석과 적철석이 동정되었다. 결론적으로 법주사의 대형 철확은 주조기술로 제작되었으며, 내부는 흑연을 포함한 회주철 조직을 보이고 있다. 또한 표면층은 사용과정에서 가열과 냉각의 반복으로 탈탄작용이 일어났다. 이러한 연구결과는 대형 철확의 제작기법을 밝히는데 중요한 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.
법주사 철확의 부식상태 및 미세조직 분석을 통해 제작기법을 추정하고자 광학현미경, SEM-EDS, 미소경도계, XRD를 이용하여 자연과학적 연구를 실시하였다. 표면층의 미세조직에서는 페라이트와 일부 펄라이트 조직이 관찰되었다. 내부층에서는 펄라이트 조직과 깃털모양의 흑연이 관찰되었으며, 중간 경계층에서는 심한 부식현상이 관찰된다. 미소경도는 조직별로 217Hv~698Hv 값의 범위를 가졌으며, 이는 일반적으로 고대 철제유물에서 보이는 경도 값 범위이다. 각 층별 미세조직에 대한 성분분석 결과, 표면층이 내부층에 비해 탈탄이 많이 되었음을 알 수 있었다. 금속 부식화합물의 XRD 동정 결과, 일반적인 금속유물의 부식과정에서 만들어지는 침철석과 적철석이 동정되었다. 결론적으로 법주사의 대형 철확은 주조기술로 제작되었으며, 내부는 흑연을 포함한 회주철 조직을 보이고 있다. 또한 표면층은 사용과정에서 가열과 냉각의 반복으로 탈탄작용이 일어났다. 이러한 연구결과는 대형 철확의 제작기법을 밝히는데 중요한 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.
This study aims to extract manufacturing techniques by analysing metallurgical characteristics of the cast-iron pot from Bubjusa, examining corrosion status and microstructure with a optical microscope, SEM-EDS, micro vickers hardness tester and XRD. The microstructure analysis has presented that fe...
This study aims to extract manufacturing techniques by analysing metallurgical characteristics of the cast-iron pot from Bubjusa, examining corrosion status and microstructure with a optical microscope, SEM-EDS, micro vickers hardness tester and XRD. The microstructure analysis has presented that ferrite and partial portion of pearlite exist within the corroded outer layer. The analysis of the inner layer revealed that there is pearlite and graphite of feather shape. The one of the middle layer, which is placed between outer and inner layer, showed that corrosion has been heavily developed. Micro vickers hardness values range from 217Hv to 698Hv in constituent layers and such values lie within the ranges of the ancient iron relics. The result of EDS analysis for each microstructure presented that the outer layer has been more decarbonized than the inner layer. XRD analysis of iron corrosion compound revealed that Goethite and Hematite had been produced from the corrosive process of iron. The study concludes that the large iron pot was made by casting technique, and microstructure of inner layer had a gray cast iron. Outer layer has been decarbonized through repetitive process of heating and cooling. This results can be used as fundamental data for comparative study to reveal manufacturing techniques of large cast-iron pot.
This study aims to extract manufacturing techniques by analysing metallurgical characteristics of the cast-iron pot from Bubjusa, examining corrosion status and microstructure with a optical microscope, SEM-EDS, micro vickers hardness tester and XRD. The microstructure analysis has presented that ferrite and partial portion of pearlite exist within the corroded outer layer. The analysis of the inner layer revealed that there is pearlite and graphite of feather shape. The one of the middle layer, which is placed between outer and inner layer, showed that corrosion has been heavily developed. Micro vickers hardness values range from 217Hv to 698Hv in constituent layers and such values lie within the ranges of the ancient iron relics. The result of EDS analysis for each microstructure presented that the outer layer has been more decarbonized than the inner layer. XRD analysis of iron corrosion compound revealed that Goethite and Hematite had been produced from the corrosive process of iron. The study concludes that the large iron pot was made by casting technique, and microstructure of inner layer had a gray cast iron. Outer layer has been decarbonized through repetitive process of heating and cooling. This results can be used as fundamental data for comparative study to reveal manufacturing techniques of large cast-iron pot.
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문제 정의
본 연구는 철확의 금속학적인 부식상태와 미세조직 관찰, 성분분석 등을 실시하여 그 특성을 파악하고, 나아가 철제유물의 제작기술을 밝히고자 한다. 또한 이와 같은 자료는 향후 논산 개태사지 철확과의 비교 분석 자료로 이용될 것이며, 우리나라 대형 유물의 주조기술에 대한 중요한 자료가 될 것이다.
제안 방법
99%)로 세척하여 건조시킨 후 Nital(HCl 5㎖, ethyl alcohol 95ml) 5%로 약 5초간 3회 etching시켰다. 광학현미경은 Carl Zeiss사의 Axiotech 100HD을 사용하여 50~200배의 비율로 관찰하였으며, 시료의 표면을 gold coating하여 전자현미경(Jeol, JSM-5910LV, Japan)하에서 이차전자상 사econdary Electron Image)과 반사전자상 Backscattered Electron Image)으로 금속의 미세조직을 관찰하였다. 또한 소지금속과 내부 흑연상 조직의 성분조성과 원소별 분포도를 알아보기 위하여 전자현미경에 부착된 에너지분산형분광계(Oxford 7324, England)를 이용하였다.
수습된 시편은 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 소지 부분과 부식화합물의 미세조직을 분석하기 위해 먼저 에폭시수지로 마운팅 한 후 연마지를 이용하여 1차 관찰면까지 연마하고, 3㎛와 1㎛의 연마천을 이용하여 경면과 같이 가공하였다. 금속 관찰면의 표면 부식을 방지하기 위해 ethyl alcohol(순도 99.99%)로 세척하여 건조시킨 후 Nital(HCl 5㎖, ethyl alcohol 95ml) 5%로 약 5초간 3회 etching시켰다. 광학현미경은 Carl Zeiss사의 Axiotech 100HD을 사용하여 50~200배의 비율로 관찰하였으며, 시료의 표면을 gold coating하여 전자현미경(Jeol, JSM-5910LV, Japan)하에서 이차전자상 사econdary Electron Image)과 반사전자상 Backscattered Electron Image)으로 금속의 미세조직을 관찰하였다.
금속 주조 조직의 경도 값을 측정하여 그 특성을 알아보고자 마운팅한 시료를 이용하여 미소경도를 측정하였다. 측정에 이용된 장비는 Micro Vickers Hardness Tester로 Akashi사의 MVK-HML이며, 조건은 측정하중 100gf로 5초간 압입하였다.
미소경도는 Figure 12에서와 같이 시료의 단면을 구성층별로 분류하고, 각 층별로 5회씩 측정하여 최대 값과 최소 값을 제외한 값으로 평균을 내었다. 또한 부식화합물의 경우 압력을 가하면 조직이 무너져 내릴 정도로 심하게 부식된 상태라서 7회 측정하여 평균을 내었다.
광학현미경은 Carl Zeiss사의 Axiotech 100HD을 사용하여 50~200배의 비율로 관찰하였으며, 시료의 표면을 gold coating하여 전자현미경(Jeol, JSM-5910LV, Japan)하에서 이차전자상 사econdary Electron Image)과 반사전자상 Backscattered Electron Image)으로 금속의 미세조직을 관찰하였다. 또한 소지금속과 내부 흑연상 조직의 성분조성과 원소별 분포도를 알아보기 위하여 전자현미경에 부착된 에너지분산형분광계(Oxford 7324, England)를 이용하였다. 분석 조건은 20kV, 74㎂에서 120sec간 분석하였다.
수습된 시료 중 가루상태의 산화물에 대한 광물 동정을 위해 시료를 Alumina mortar로 분말화 시킨 후 이를 슬라이드 글라스에 고착시키고, 미소부X-선회절분석기(MAC Science, MXP18VA, Japan)를 이용하여 산화물의 종류를 동정하였다. 분석 시 Target은 Cu를 사용하였으며, 분석 조건은 40kV, 100mA, scanning speed 4°/min로 계측하였다.
수습된 시편은 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 소지 부분과 부식화합물의 미세조직을 분석하기 위해 먼저 에폭시수지로 마운팅 한 후 연마지를 이용하여 1차 관찰면까지 연마하고, 3㎛와 1㎛의 연마천을 이용하여 경면과 같이 가공하였다. 금속 관찰면의 표면 부식을 방지하기 위해 ethyl alcohol(순도 99.
대상 데이터
분석 시 Target은 Cu를 사용하였으며, 분석 조건은 40kV, 100mA, scanning speed 4°/min로 계측하였다.
하지만 하부에는 심각한 부식현상으로 인한 박락현상이 관찰되었으며, 2005년 당시에는 기물의 중간 부분에 길고 가는 균열과 이물질이 많이 쌓여 있었으나 이후 합성수지를 이용한 보존처리에 의해 약간의 이질감을 나타내고 있다(Figure 1). 분석용 시편은 철확의 바깥쪽 바닥에서 들떠 일어나 탈락된 부분 중 소지금속이 남아있는 금속시편과 부식화합물로만 구성된 시편을 각각 수습하여 본 연구에 사용하였다.
금속 주조 조직의 경도 값을 측정하여 그 특성을 알아보고자 마운팅한 시료를 이용하여 미소경도를 측정하였다. 측정에 이용된 장비는 Micro Vickers Hardness Tester로 Akashi사의 MVK-HML이며, 조건은 측정하중 100gf로 5초간 압입하였다.
성능/효과
1. 미세조직 관찰 결과, 표면층의 조직은 탄소함량이 낮은 페라이트 조직이 대부분이며, 일부 조대하게 성장된 펄 라이트가 관찰되고 있다. 또한 부식층의 바깥쪽일수록 탈탄작용이 심하며, 부식이 활발하게 진행되고 있다.
2. 구성층별로 조직에 따라 미소경도를 측정한 결과, 표면 부식층의 경우 304Hv, 페라이트 층은 217Hv, 중앙 갈바닉 부식층은 698Hv, 내부 회주철층은 304Hv, 그리고 부식화합물은 380Hv로 측정되었다. 이는 일반적으로 고대 철기유물의 조직과 부식층에서 나타나는 값의 범위내에 해당되는 것이다.
3. 적갈색의 부식화합물에 대한 결정구조 분석 결과, 일반적으로 고대 철제유물에서 생성되는 금속의 산화물인 침철석와 적철석 등이 동정되었다.
결론적으로 법주사 철확은 미세조직 상으로 고대 주조 유물에서 잘 나타나지 않는 회주철 조직의 특성을 보인다. 또한 조직내 성분 조성을 EDS로 반정량 분석한 결과에서규소(Si) 함량이 거의 검출되지 않았다는 점은 일반적인 회주철의 특성이 아니므로 철확의 제작시 냉각속도가 매우 느렸거나, 거푸집의 가열 등 다양한 제작기법이 사용되었을 가능성을 제시하고 있다.
결론적으로 철확은 규소를 포함하지 않은 회주철 조직으로 분석되었다. 또한 철확과 같은 대형 주조품에서 회주철이 발견되었다는 것은 사용된 제작기법을 여러 가지로 추정해 볼 수 있다.
측정 결과, 표면 부식층의 경우 304Hv, 페라이트 층은 217Hv, 중앙 갈바닉 부식층은 698Hv, 내부 회주철층은 304Hv, 그리고 부식화합물은 380Hv로 측정되었다. 이는 일반적으로 고대 철기유물의 조직과 부식층에서 나타나는 값의 범위내에 해당되는 것이다.
후속연구
그러므로 비슷한 시기의 개태사지 철확과의 비교분석이 더 필요할 것으로 판단된다. 또한 다양한 부식이 빠른 속도로 진행되고 있음으로 지속적인 모니터링과 보존과학적 측면의 관리가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구는 철확의 금속학적인 부식상태와 미세조직 관찰, 성분분석 등을 실시하여 그 특성을 파악하고, 나아가 철제유물의 제작기술을 밝히고자 한다. 또한 이와 같은 자료는 향후 논산 개태사지 철확과의 비교 분석 자료로 이용될 것이며, 우리나라 대형 유물의 주조기술에 대한 중요한 자료가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주조용주철은 무엇에 따라 조직과 특성, 명칭이 달라지나?
제작기술과 재료적인 측면에서 봤을 때, 이러한 주조용주철은 탄소(C)나 규소(Si)의 함량과 냉각속도 등 제작 조건에 따라 그 조직과 특성, 명칭이 달라진다. 즉, 탄소 함량이 3.
법주사는 무엇인가?
법주사(法住寺)는 충청북도 보은군 내속리면 사내리의 속리산에 위치한 사찰로 현재 대한불교 조계종의 제5구 본사이며, 『신증동국여지승람』이나 권상로의『한국사찰전서(韓國寺刹全書)』등 여러 기록에서 보면 신라 진흥왕 14년(553)에 창건되었을 것으로 보고 있다1.
법주사 철확의 부식상태 및 미세조직 분석을 통해 제작 기법을 추정하고자 광학현미경, SEM-EDS, 미소 경도계, XRD를 이용하여 자연과학적 연구를 실시한 결과는?
법주사 철확의 부식상태 및 미세조직 분석을 통해 제작기법을 추정하고자 광학현미경, SEM-EDS, 미소경도계, XRD를 이용하여 자연과학적 연구를 실시하였다. 표면층의 미세조직에서는 페라이트와 일부 펄라이트 조직이 관찰되었다. 내부층에서는 펄라이트 조직과 깃털모양의 흑연이 관찰되었으며, 중간 경계층에서는 심한 부식현상이 관찰된다. 미소경도는 조직별로 217Hv~698Hv 값의 범위를 가졌으며, 이는 일반적으로 고대 철제유물에서 보이는 경도 값 범위이다. 각 층별 미세조직에 대한 성분분석 결과, 표면층이 내부층에 비해 탈탄이 많이 되었음을 알 수 있었다. 금속 부식화합물의 XRD 동정 결과, 일반적인 금속유물의 부식과정에서 만들어지는 침철석과 적철석이 동정되었다. 결론적으로 법주사의 대형 철확은 주조기술로 제작되었으며, 내부는 흑연을 포함한 회주철 조직을 보이고 있다. 또한 표면층은 사용과정에서 가열과 냉각의 반복으로 탈탄작용이 일어났다. 이러한 연구결과는 대형 철확의 제작기법을 밝히는데 중요한 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (16)
국립문화재연구소, 한국의 고건축. 18, p1, (1996).
문화재청, 문화재연감. p48, (2005).
宋應星, 天工開物. 崔炷 譯, 傳統文化史, p177, (1997).
한국직업능력개발원, 금속재료. 교육인적자원부, p128, (2005).
Verhoeven, J.D., Park, J.S., Bevolo, A.J., "Effect of Te on Morphological Transitions in Fe-C-Si Alloy: Part II. Auger Analysis". Met. Trans., 20A, p1875-1881, (1989).
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