[국내논문]숭실대학교 한국기독교박물관 소장 철제거울의 보존과 금속조직분석을 통한 제작기법 연구 Studies on Conservation and Metallographic Manufacturing Technique of Iron Mirror in the Korean Christian Museum at Soongsil University Collections원문보기
고대의 거울은 청동으로 만들어지는 것이 일반적이며, 철제거울의 경우 국내에서 출토된 예를 찾아보기는 매우 드물다. 본 연구에서는 불명철기의 보존처리과정에서 원형을 찾아 그 대상이 철제거울임을 밝혀냈으며, 그 과정에서 부식되지 않은 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세조직을 분석하고 이를 통해 제작기법을 연구하였다. 그 결과 철제거울의 조직은 비금속개재물이 거의 없고 시편 일부에서 망상 시멘타이트 조직이 관찰되는 것으로 미루어 주철을 부어 만든 거울을 고체상태에서 탈탄시켜 탄소량을 낮춘 고체탈탄강으로 판단된다. 주조품의 백주철 조직은 높은 탄소 함량으로 우수한 경도를 가져 절삭이나 연마가 어렵다. 때문에 주조된 철제거울의 거친 경면을 연마할 수 있도록 CO 또는 $CO_2$를 차단하여 $850^{\circ}C$이하의 온도에서 탈탄시켜 주조품의 경도를 낮춘 것으로 추정된다. 따라서 탄소 함량에 따른 조직의 변화가 관찰된 것으로 판단된다.
고대의 거울은 청동으로 만들어지는 것이 일반적이며, 철제거울의 경우 국내에서 출토된 예를 찾아보기는 매우 드물다. 본 연구에서는 불명철기의 보존처리과정에서 원형을 찾아 그 대상이 철제거울임을 밝혀냈으며, 그 과정에서 부식되지 않은 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세조직을 분석하고 이를 통해 제작기법을 연구하였다. 그 결과 철제거울의 조직은 비금속개재물이 거의 없고 시편 일부에서 망상 시멘타이트 조직이 관찰되는 것으로 미루어 주철을 부어 만든 거울을 고체상태에서 탈탄시켜 탄소량을 낮춘 고체탈탄강으로 판단된다. 주조품의 백주철 조직은 높은 탄소 함량으로 우수한 경도를 가져 절삭이나 연마가 어렵다. 때문에 주조된 철제거울의 거친 경면을 연마할 수 있도록 CO 또는 $CO_2$를 차단하여 $850^{\circ}C$이하의 온도에서 탈탄시켜 주조품의 경도를 낮춘 것으로 추정된다. 따라서 탄소 함량에 따른 조직의 변화가 관찰된 것으로 판단된다.
Ancient mirrors are generally made of bronze, and it is very rare to find cases of iron mirrors excavated domestically. In this study, the unidentified ferrous artifact was treated for conservation, and was identified as a mirror. In this process, the sample was taken and analyzed for microstructure...
Ancient mirrors are generally made of bronze, and it is very rare to find cases of iron mirrors excavated domestically. In this study, the unidentified ferrous artifact was treated for conservation, and was identified as a mirror. In this process, the sample was taken and analyzed for microstructure, and the manufacturing technology was studied. Analysis involved optical microscope, micro-hardness tester, and SEM-EDS. As the result of analysis, iron mirror structure exist not almost non-metallic inclusions, and partially network cementite was observed. This appears to have been caused by reduced carbon content due to decarburizing the cast iron in the solid state mirror which was created by cast iron. The ledeburite structure of the casting has difficult to cut or polish because has great hardness by high carbon content. Thus, the cast iron mirror was decarburized at a temperature under $850^{\circ}C$ with CO or $CO_2$ blocked, which reduced the hardness of the iron mirror and made it possible to polish the mirror surface. This deformation of structure according to carbon content results from such manufacturing technology.
Ancient mirrors are generally made of bronze, and it is very rare to find cases of iron mirrors excavated domestically. In this study, the unidentified ferrous artifact was treated for conservation, and was identified as a mirror. In this process, the sample was taken and analyzed for microstructure, and the manufacturing technology was studied. Analysis involved optical microscope, micro-hardness tester, and SEM-EDS. As the result of analysis, iron mirror structure exist not almost non-metallic inclusions, and partially network cementite was observed. This appears to have been caused by reduced carbon content due to decarburizing the cast iron in the solid state mirror which was created by cast iron. The ledeburite structure of the casting has difficult to cut or polish because has great hardness by high carbon content. Thus, the cast iron mirror was decarburized at a temperature under $850^{\circ}C$ with CO or $CO_2$ blocked, which reduced the hardness of the iron mirror and made it possible to polish the mirror surface. This deformation of structure according to carbon content results from such manufacturing technology.
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문제 정의
본 연구에서는 숭실대학교 한국기독교박물관에서 부식으로 인하여 심하게 파손되어 불명철기로 소장되고 있던 철제유물을 보존처리를 통해 원형을 찾아 철제거울임을 밝히고 이 과정에서 철제거울에서 부식되지 않은 시편을 채취하여 금속학적 미세조직을 분석하고 이를 통해 철제 거울의 금속조직학적 제작기법을 연구하고자 하였다.
제안 방법
연마가 끝난 시편은 대비효과를 주어 조직관찰이 용이하도록 nital 3%(ethyl alcohol + HNO3)로 시편 표면을 etching하였다. Etching을 마친 시편은 경도에 따른 물성파악을 위해 미세 경도시험기(HM-112, Mitutoyo, Japan)로 Vickers 경도를 측정하였고, 금속미세조직은 광학현미경(LEICA DM4000M, Leica, German)을 이용하여 50배부터 100, 200, 500배로 순차적으로 배율을 올리며 미세조직을 관찰하고 조사 연구하였다.
크기가 작고 접합면이 정확히 맞는 편들에는 Cyanoacrylate계 순간접착제를 사용하였으며, 부식으로 인해 접합면이 파손되거나 부분적으로 결실된 경우에는 epoxy계 접착제인 araldite rapid type에 micro-balloons와 무기안료를 섞어 접합하였다. 결손 부위의 복원에는 유물에서 나온 녹가루를 충전재로 이용하였고, 무기안료를 혼합하여 복원하였다.
금속조직 내에 분포한 비금속개재물의 성분분석은 주사전자현미경(이하 SEM : Scanning Electron Microscope, JSM-6610LV, JEOL, Japan)에 부착된 에너지분산형X선분광분석기(이하 EDS : Energy Dispersive X-ray Spectrometer, X-MAX, Oxford, England)로 분석하였다.
복원을 마친 유물은 재강화 후 paraloid B-72에 무기안료를 혼합하여 복원부위의 색맞춤을 실시하였다. 색맞춤은 원칙에 따라 근접거리에서는 알 수 있지만 원거리에서는 확인되지 않도록 철제거울 표면의 색과 질감에 맞추었다.
불명철기로 오랫동안 보관되어 온 유물로 상태 조사 시 특별한 부식진행의 징후가 관찰되지 않았기 때문에 활성염이 안정화 되었다고 판단되어5 부식인자용출을 위한 탈염은 하지 않았으며, 재부식 억제를 위해 B.T.A. 1%(1.2.3-benzotriazol in ethyl alcohol)용액에 감압·함침하였다.
채취된 시편들을 epoxy수지로 cold mounting한 후 정밀절삭가공기를 이용하여 양면을 수평으로 절삭하였으며, sand paper #1,500~#2,000으로 연마하고 6㎛와 1㎛ diamond suspension으로 정밀연마 후 최종적으로 0.05㎛ diamond suspension으로 마무리 연마하였다. 연마가 끝난 시편은 대비효과를 주어 조직관찰이 용이하도록 nital 3%(ethyl alcohol + HNO3)로 시편 표면을 etching하였다.
대상 데이터
철제거울은 비교적 금속심이 잘 남아있는 상태로 금속학적 미세조직을 관찰하기 위한 시편은 Figure 4에 표시된 것과 같이 철제거울의 내구에 해당하는 위치에서 3개의 시편을 채취하였다. 철제거울의 유물표면에 해당하는 magnetite층이 박락된 안쪽의 부식되지 않은 금속심 중 접합·복원 후 외형에 영향이 최소인 부위를 선정하여 시편을 채취하였다.
철제거울의 유물표면에 해당하는 magnetite층이 박락된 안쪽의 부식되지 않은 금속심 중 접합·복원 후 외형에 영향이 최소인 부위를 선정하여 시편을 채취하였다.
성능/효과
거울의 표면은 미세먼지와 흙들이 고착되어 있고 붉은 녹이 생성되어 있다. X-ray촬영 결과 주조 과정에서 발생한 기포로 보이는 크고 작은 기공이 관찰되며, 일반적인 청동거울에서 나타나는 돌대의 내연과 외연, 양각 문양 등은 확인되지 않았다.
. 때문에 주성분이 FeO-SiO2-CaO인 a의 분석결과를 통해 삼원상태도에서 용융온도가 1,190℃인 것으로 확인하였고 이 용융온도를 Fe-C 이원상태도에 대입한 결과 철제거울 제작에 사용된 원소재는 3.9%C의 아 공정백주철로 추정된다.
본 연구에서는 숭실대학교 한국기독교박물관 소장 불명철기를 보존처리하여 원형을 찾아주었고, 이를 통해 전체직경 약 16㎝ 가량의 철제거울임을 밝혔다. 철제거울 중앙에 위치한 뉴는 직경이 4cm 가량의 반구형이며, X-ray 촬영을 통해 뉴를 관통하고 있는 직경 0.
불명철기로 소장되어있던 철제거울은 Figure 1과 같이 부식으로 인하여 그 형태를 정확히 가늠할 수 없었으나 X-ray 조사 결과 전체적으로 금속심이 잘 남아있고 불명철기의 중앙에 위치한 뉴를 관통하고 있는 직경 0.3㎝가량의 뉴공이 확인되어 철제거울로 판단되었다. 남아있는 편들은 접합이 가능하고 처리 후 거의 완형에 가까운 형태가 되었다.
시편 A 상단의 잔류 cementite의 경도는 560.9~591.3Hv, 잔류하는 망상 cementite 내부의 pearlite 경도는 233.0~273.0Hv로 측정되었고, 중앙의 pearlite 경도치는 204.0~277.0Hv, 하단부의 ferrite와 혼재되어 있는 pearlite의 경도치는 266.0~296.0Hv, ferrite는 185.0~203.0Hv로 측정되었다. 하단부의 pearlite 경도값이 상단이나 중앙부보다 높게 측정되는 것은 결정립의 크기에 기인하는 것으로 판단되며, 하단부 ferrite의 경도가 일반적인 ferrite 측정치인 90.
고체탈탄강은 비금속개재물이 매우 적고 미세조직이 균일한 것이 특징으로 기본조직은 백주철의 ledeburite가 존재하지 않고, 표층 가까이의 조직은 ferrite와 잔류 cementite로 구성되어 있다14. 이로 미루어 철제거울의 배면과 뉴 부분은 탈탄이 진행되어 조대 ferrite가 다량 생성된 것으로 보이며 경면에 가까운 쪽은 배면보다 탈탄이 덜되어 탄소량이 높은 망상 cementite가 잔류하는 것으로 판단된다. 또한 탈탄으로 인해 백주철이 아공석강으로 되는 과정에서 백주철의 cementite(Fe3C)가 Fe와 C로 분해되고, C는 ferrite기지 안에 작은 구형 탄화물의 형태로 분포하게 된다.
Figure 15는 뉴의 상단부에서 채취한 시편 C의 전체 미세조직 사진이다. 전체적으로 비교적 균일한 조직 양상을 보이며 조대한 ferrite 사이에 pearlite가 생성되어 있고 시편 A의 하단과 시편 B의 조대 조직과 거의 같은 양상을 보인다. 시편 C의 pearlite 경도는 232.
철제거울에서 채취한 시편 3개의 미세조직을 광학현미경으로 조사한 결과 시편 3개 모두 비금속개재물이 거의 없고 시편 A의 일부분을 제외 하면 균일한 양상을 보이고 있다. 부분적으로 과공석 잔류 망상 cementite가 존재하는 것으로 미루어 보아 철제거울은 주조방식으로 제작된 후 고체탈탄한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고대의 거울은 무엇으러 만들어지는 것이 일반적인가?
고대의 거울은 청동으로 만들어지는 것이 일반적이며, 철제거울의 경우 국내에서 출토된 예를 찾아보기는 매우 드물다. 본 연구에서는 불명철기의 보존처리과정에서 원형을 찾아 그 대상이 철제거울임을 밝혀냈으며, 그 과정에서 부식되지 않은 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세조직을 분석하고 이를 통해 제작기법을 연구하였다.
일반적으로 청동을 이용한 거울이 주로 제작된 형태상은 어떤 형태로 만들어졌는가?
즉, 청동기시대 거울은 제사장이 소유한 신이한 물건 중 하나였으며 무덤의 껴묻거리로 중요시 되었다1. 일반적으로 청동을 이용한 거울이 주로 제작되었는데 형태상으로는 주로 원형을 기본으로 하는 청동거울은 선사시대에서 삼국시대까지 만들어졌고 고려시대부터는 원형, 방형, 능형, 화형 등 다양한 형태의 청동거울들이 나타난다2. 위에서 서술한 바와 같이 고대의 거울은 청동으로 만들어진 것이 일반적이며, 철제거울(鐵鏡)의 경우 국내에서 출토된 예가 매우 드물다.
참고문헌 (14)
국립중앙박물관 역사부, "고려동경-거울에 담긴 고려 사람들의 삶". 국립중앙박물관, p7-10, (2010).
국립중앙박물관 역사부, "고려동경-거울에 담긴 고려 사람들의 삶". 국립중앙박물관, p67, (2010).
국립중앙박물관, "낙랑". 국립중앙박물관, p95, (2001).
국립중앙박물관 역사부, "고려동경-거울에 담긴 고려 사람들의 삶". 국립중앙박물관, p10, (2010).
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양석우, 김수기, "가평 대성리유적 출토 철기에 대한 금속학적 연구". 가평 대성리 유적 II, 겨레문화유산연구원, p520, (2011).
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홍영환, "강의 열처리 기초". 기전연구사, p117, (1995).
김수기, "금속조직과 비금속개재물 분석을 통한 한국 고대철기의 제조 방법과 온도 연구". 한양대학교 박사학위논문, p25, (2012).
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