한국의 전통 방짜유기 제작과정에서 수행되는 염수처리가 가공 도중 유기 표면에 생성되는 흑색 산화막 제거에 유용한 것으로 추정되고 있으나 그 효과에 대하여 체계적인 연구가 수행된 사례는 찾기 어렵다. 본 연구에서는 염수처리가 청동기 제작에 미치는 역할을 밝히기 위하여 제작재현 실험과 성분분석 실험을 실시하였다. 먼저 유기공방에서 다양한 방법으로 염수처리 실험을 수행하였으며 여기에서 얻어진 결과를 바탕으로 실험실에서 자체 제작한 구리합금을 대상으로 두드림, 염수농도, 합금비율 등의 조건을 달리하며 다양한 실험을 수행함으로써 염수처리가 초래하는 효과를 밝히고자 하였다. 실험결과 염수처리를 통하여 고온에서 발생하는 산화막이 용이하게 제거되는 것으로 밝혀졌다. 이는 염수의 주성분인 염소(Cl)와 청동에 포함된 주석의 상호 작용에 기인하는 것으로 드러났으며 염수의 또 다른 성분인 나트륨(Na)은 산화막 제거에 별다른 영향을 미치지 못하는 것으로 판단되었다. 특히 한국의 전통 방짜유기 합금 조성인 주석함량 22%의 청동합금에서는 열간가공 수행 여부와 관계없이 염수처리를 통하여 산화막이 제거되었으며 이때 염수의 농도는 0.5% 이상이어야 효과를 볼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 한편 납이 포함된 구리합금에서는 염수처리 효과가 나타나지 않았다. 이는 융점이 낮은 납이 녹으면서 시편 표면에 막을 형성함에 기인하는 것으로 추정된다.
한국의 전통 방짜유기 제작과정에서 수행되는 염수처리가 가공 도중 유기 표면에 생성되는 흑색 산화막 제거에 유용한 것으로 추정되고 있으나 그 효과에 대하여 체계적인 연구가 수행된 사례는 찾기 어렵다. 본 연구에서는 염수처리가 청동기 제작에 미치는 역할을 밝히기 위하여 제작재현 실험과 성분분석 실험을 실시하였다. 먼저 유기공방에서 다양한 방법으로 염수처리 실험을 수행하였으며 여기에서 얻어진 결과를 바탕으로 실험실에서 자체 제작한 구리합금을 대상으로 두드림, 염수농도, 합금비율 등의 조건을 달리하며 다양한 실험을 수행함으로써 염수처리가 초래하는 효과를 밝히고자 하였다. 실험결과 염수처리를 통하여 고온에서 발생하는 산화막이 용이하게 제거되는 것으로 밝혀졌다. 이는 염수의 주성분인 염소(Cl)와 청동에 포함된 주석의 상호 작용에 기인하는 것으로 드러났으며 염수의 또 다른 성분인 나트륨(Na)은 산화막 제거에 별다른 영향을 미치지 못하는 것으로 판단되었다. 특히 한국의 전통 방짜유기 합금 조성인 주석함량 22%의 청동합금에서는 열간가공 수행 여부와 관계없이 염수처리를 통하여 산화막이 제거되었으며 이때 염수의 농도는 0.5% 이상이어야 효과를 볼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 한편 납이 포함된 구리합금에서는 염수처리 효과가 나타나지 않았다. 이는 융점이 낮은 납이 녹으면서 시편 표면에 막을 형성함에 기인하는 것으로 추정된다.
The brine treatment applied during the fabrication of forged high tin bronze objects is considered effective at the removal of surface oxide layers developed at elevated temperatures. There is not much information, however, available for the understanding of its exact effect and purpose. This work p...
The brine treatment applied during the fabrication of forged high tin bronze objects is considered effective at the removal of surface oxide layers developed at elevated temperatures. There is not much information, however, available for the understanding of its exact effect and purpose. This work performed laboratory experiments to characterize the effect brine treatments produce on the surface of bronze objects during fabrication. Specimens were first made in the bronze shop of the Yongin folk village under varying conditions of brine treatments, and the results obtained were then used in the following laboratory experiments where the effect of brine treatments were investigated in terms of brine concentrations, alloy compositions and thermo-mechanical treatments. The results show that oxide layers generated at high temperature are easily removed by the brine treatment. It was found that the element, chlorine, played a key role in the removal of such oxide layers as opposed to the other constituent of the brine, sodium, makes no notable contribution. In bronze alloys containing 22% tin, this brine effect is obtained regardless of the application of forging as long as the brine concentration is over 0.5% based on weight. In alloys containing lead, however, no brine effect is observed due to the molten lead that emerges from inside the hot bronze specimen and forms a thin layer on its surface.
The brine treatment applied during the fabrication of forged high tin bronze objects is considered effective at the removal of surface oxide layers developed at elevated temperatures. There is not much information, however, available for the understanding of its exact effect and purpose. This work performed laboratory experiments to characterize the effect brine treatments produce on the surface of bronze objects during fabrication. Specimens were first made in the bronze shop of the Yongin folk village under varying conditions of brine treatments, and the results obtained were then used in the following laboratory experiments where the effect of brine treatments were investigated in terms of brine concentrations, alloy compositions and thermo-mechanical treatments. The results show that oxide layers generated at high temperature are easily removed by the brine treatment. It was found that the element, chlorine, played a key role in the removal of such oxide layers as opposed to the other constituent of the brine, sodium, makes no notable contribution. In bronze alloys containing 22% tin, this brine effect is obtained regardless of the application of forging as long as the brine concentration is over 0.5% based on weight. In alloys containing lead, however, no brine effect is observed due to the molten lead that emerges from inside the hot bronze specimen and forms a thin layer on its surface.
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문제 정의
즉 염수처리를 할 경우 표면의 산화물이 쉽게 제거되어 청동기 본래의 색조가 드러나지만 그렇지 않은 경우에는 표면의 산화물이 대부분 그대로 남게 되며 이를 제거하기가 쉽지 않다. 이에 본 연구에서는 먼저 유기공방에서 다양한 방법으로 염수처리 실험을 하고 여기서 얻어진 결과를 바탕으로 실험실에서 자체 제작한 구리합금을 대상으로 두드림, 염수농도, 합금비율 등 다양한 조건의 재현실험을 통해 염수처리가 나타내는 효과를 밝혀 보고자 한다.
제안 방법
방짜유기 제작과정에서 가해지는 다양한 제작방법인 열간 가공과 염수처리, 담금질 간의 상관관계를 파악하기 위한 실험으로 방짜유기와 동일한 조성의 Cu-22%Sn 합금을 제작하였다. 먼저 실험실에서 제작한 Cu-22%Sn 합금을 1) 주조-열간가공-담금질, 2) 주조-열간가공-염수처리-담금질, 3) 주조-염수처리-담금질 등 각각 다른 3가지의 제작방법을 통해 염수처리의 효과를 파악하였다. 두 번째로는 소금과 이온수를 무게비로 0.
먼저 실험실에서 제작한 Cu-22%Sn 합금을 1) 주조-열간가공-담금질, 2) 주조-열간가공-염수처리-담금질, 3) 주조-염수처리-담금질 등 각각 다른 3가지의 제작방법을 통해 염수처리의 효과를 파악하였다. 두 번째로는 소금과 이온수를 무게비로 0.1%에서부터 1.0%까지 용해시킨 염수에 Cu22%Sn 합금을 침적시킨 뒤 담금질하여 염수 농도에 따른 염수처리 효과를 관찰하였다. 담금질 온도는 유기공방에서의 담금질 온도를 기준으로 700℃의 온도에서 가열하였다.
소금물은 NaCl을 주요 원소로 이루어져 있기 때문에 염수처리에 직접적으로 작용하는 원소가 나트륨(Na)인지 염소(Cl)인지를 확인할 필요가 있었다. 따라서 방짜 숟가락을 나트륨이 주요 원소로 포함된 NaOH 용액과 염소 함량이 1,000ppm 포함된 Cl 표준용액에 각각 침적시키고 동시에 담금질한 뒤 표면의 산화막을 관찰하였다.
이때 각각의 용액에 대한 숟가락 침적은 본 연구진이 담당하고 가열과 담금질은 장인이 담당하였다. 먼저 염수처리 적용 여부 실험을 통해 두가지 조건에서 일어나는 표면의 산화막 제거 효과를 육안으로 관찰하고 숟가락을 증류수에 침적시킨 뒤 담금질하는 실험을 통해 가열 전 숟가락의 표면에 공급된 수분(H2O)과의 관계를 확인하였다. 한국민속촌 유기공방에서 사용하는 염수는 국내에서 생산된 천일염을 수돗물에 녹인 일반 소금물이다.
방짜유기 제작과정에서 가해지는 다양한 제작방법인 열간 가공과 염수처리, 담금질 간의 상관관계를 파악하기 위한 실험으로 방짜유기와 동일한 조성의 Cu-22%Sn 합금을 제작하였다. 먼저 실험실에서 제작한 Cu-22%Sn 합금을 1) 주조-열간가공-담금질, 2) 주조-열간가공-염수처리-담금질, 3) 주조-염수처리-담금질 등 각각 다른 3가지의 제작방법을 통해 염수처리의 효과를 파악하였다.
방짜유기에 적용되는 염수처리의 효과를 관찰하기 위해 한국민속촌 장인이 만든 방짜 숟가락 5점을 선정하여 직접 염수처리 실험을 실시하였다. 이때 각각의 용액에 대한 숟가락 침적은 본 연구진이 담당하고 가열과 담금질은 장인이 담당하였다.
담금질 온도는 유기공방에서의 담금질 온도를 기준으로 700℃의 온도에서 가열하였다. 염수처리가 적용된 청동합금의 표면에서 박락되는 산화막을 채취하여 SEM-EDS로 안쪽 면과 바깥쪽 면의 성분을 각각 분석하였다.
구리합금에 나타나는 염수처리의 효과를 살펴보기 위하여 실험실에서 Table 1과 같이 Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Pb계의 구리합금을 성분 조성비별로 제작하였다. 이처럼 실험실에서 제작한 12개의 구리합금 시편을 다시 2개로 각각 나누어 하나는 증류수에 침적하고 다른 하나는 염수에 침적시킨 뒤 꺼내어 실험로에서 동시에 가열하였다. 실험로에 넣은 실험 시편을 10분 정도 가열하여 빨갛게 달궈진 것을 확인한 뒤 꺼내어 2개의 시편을 동시에 급냉시켰다.
한국민속촌에서 전통 방짜유기 제작방법에 의해 만들어진 숟가락 5점을 장인이 직접 염수처리를 적용시키거나 미적용시키고 증류수, NaOH용액, 표준 Cl용액에 각각 침적시킨 뒤 담금질하는 실험을 수행한 결과 다음과 같은 염수처리 효과를 관찰할 수 있었다. 먼저 염수처리를 적용한 방짜유기에서는 표면의 산화막 제거 효과가 나타나는 반면 염수 처리를 미적용한 방짜유기의 표면에는 산화막이 그대로 남아 있어 염수처리의 효과가 뚜렷하게 나타났다.
대상 데이터
구리합금에 나타나는 염수처리의 효과를 살펴보기 위하여 실험실에서 Table 1과 같이 Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Pb계의 구리합금을 성분 조성비별로 제작하였다. 이처럼 실험실에서 제작한 12개의 구리합금 시편을 다시 2개로 각각 나누어 하나는 증류수에 침적하고 다른 하나는 염수에 침적시킨 뒤 꺼내어 실험로에서 동시에 가열하였다.
성능/효과
1. 방짜유기 제작과정에서 수행되는 염수처리는 고온에서 발생하는 산화막을 용이하게 제거시키기 위한 것으로 밝혀졌다.
2. 염수처리 효과는 염수에 포함된 염소(Cl)와 청동에 포함된 주석의 역할에 기인하는 것으로 판단되며 염수의 또 다른 주성분 중 하나인 나트륨(Na)은 산화막 제거에 아무런 역할을 수행하지 못했다.
3. 22%의 주석을 포함한 청동은 열간가공과 관계없이 염수처리 여부에 따라 산화막이 제거되었으며, 염수처리에 필요한 염수의 농도는 0.5% 이상인 것으로 밝혀졌다.
4. 납이 포함된 구리합금에서는 염수처리 효과가 나타나지 않았는데 이는 융점이 낮은 납이 먼저 녹으면서 시편의 표면에 막을 형성하기 때문에 염수처리 효과가 나타나지 않는 것으로 판단된다.
5. 염수처리 효과는 황동에서도 확인되었으나 납이 첨가될 경우 무력화되는 것으로 나타났다.
Cu-22%Sn 합금에서 박락되는 산화막의 바깥쪽 면과 안쪽 면을 각각 분석한 결과, 바깥쪽에서는 Cu만 검출되고 Sn은 검출되지 않은 반면 산화막 안쪽에서는 대부분 Sn이 검출되고 Cu와 Cl이 미량으로 검출되었다. 이는 산화막의 표층에는 구리산화물이 주를 이루고 있으나 내부로 갈수록 구리함량이 낮아지는 대신 주석함량이 높아지면서 바닥면에 이르러서는 주석산화물이 주를 이루게 된 결과로 산화막 안쪽에서 검출되는 Cl은 산화막의 박리에 중요한 역할을 감당하고 있음을 의미한다.
한국민속촌에서 전통 방짜유기 제작방법에 의해 만들어진 숟가락 5점을 장인이 직접 염수처리를 적용시키거나 미적용시키고 증류수, NaOH용액, 표준 Cl용액에 각각 침적시킨 뒤 담금질하는 실험을 수행한 결과 다음과 같은 염수처리 효과를 관찰할 수 있었다. 먼저 염수처리를 적용한 방짜유기에서는 표면의 산화막 제거 효과가 나타나는 반면 염수 처리를 미적용한 방짜유기의 표면에는 산화막이 그대로 남아 있어 염수처리의 효과가 뚜렷하게 나타났다. 증류수에 침적시킨 뒤 담금질한 방짜유기의 표면에는 산화막이 그대로 남아있어 표면에 공급된 수분(H2O)이 산화막 제거에 효과가 없는 것으로 나타났다.
방짜유기의 조성을 가진 Cu-22%Sn 합금을 포함한 Cu-Sn 합금과 Cu-Zn 황동, Cu-Pb 합금에 대한 염수처리 실험 결과, Cu-Sn 합금은 Sn의 함량과 관계없이 염수처리에 의한 산화막 제거 효과가 나타났으며 Cu-Zn 황동에서도 Cu-Sn 청동과 동일하게 염수처리 효과가 나타났지만 Pb가 포함된 모든 합금에서 염수처리 효과가 전혀 나타나지 않았다. 이처럼 Pb가 포함된 구리합금에 염수처리 효과가 나타나지 않는 이유는 융점이 낮은 Pb가 먼저 녹아 시편 표면에 막을 형성하여 염수처리 효과가 나타나지 않는 것으로 판단된다.
Figure 7은 실험실에서 제작한 12개의 구리합금을 두 개로 나누어 증류수와 염수에 각각 담금질한 결과를 보여주는 사진이다. 실험 결과 Cu-Sn 합금은 Sn의 함량과 관계없이 염수처리에 의한 산화막 제거 효과가 나타났으며 Cu-Zn 황동에서도 Cu-Sn 청동과 동일하게 염수처리 효과가 나타났다. 한편 Cu-Pb 합금의 경우 염수처리 효과가 전혀 나타나지 않았으며 이와 같은 현상은 Pb가 포함된 Cu-Sn 청동에서도 나타났다.
어느 정도의 농도를 가진 염수에서 산화막 제거 효과가 일어나는지를 관찰하기 위해 소금으로 0.1%에서부터 1.0%까지 다양한 농도의 염수를 만들어 Cu-22%Sn 합금에 염수처리를 실시한 결과, 염수의 농도가 0.5% 이상에서는 산화막 제거의 효과가 나타나지만 0.3% 이하에서는 효과가 나타나지 않았다. 즉 0.
Cu-22%Sn 합금에서 박락되는 산화막의 바깥쪽 면과 안쪽 면을 각각 분석한 결과, 바깥쪽에서는 Cu만 검출되고 Sn은 검출되지 않은 반면 산화막 안쪽에서는 대부분 Sn이 검출되고 Cu와 Cl이 미량으로 검출되었다. 이는 산화막의 표층에는 구리산화물이 주를 이루고 있으나 내부로 갈수록 구리함량이 낮아지는 대신 주석함량이 높아지면서 바닥면에 이르러서는 주석산화물이 주를 이루게 된 결과로 산화막 안쪽에서 검출되는 Cl은 산화막의 박리에 중요한 역할을 감당하고 있음을 의미한다. 한편 장인들의 증언에 의한 재질의 부드러워지는 효과는 염수처리에 의한 산화물 제거 효과에 기인한다기보다는 고온에서의 담금질 처리로 취성이 높은 δ상이 부드러운 특성의 β(M)나 γ상으로 바뀌기 때문인 것으로 판단된다.
3% 이하에서는 효과가 나타나지 않았다. 즉 0.2%의 적은 양의 농도 차로 산화막 제거의 효과가 결정된다는 점은 0.5%가 염수처리 효과의 최저 한계 농도이며 그 이상의 염수에서는 산화막 제거가 용이하다는 것을 시사한다.
먼저 염수처리를 적용한 방짜유기에서는 표면의 산화막 제거 효과가 나타나는 반면 염수 처리를 미적용한 방짜유기의 표면에는 산화막이 그대로 남아 있어 염수처리의 효과가 뚜렷하게 나타났다. 증류수에 침적시킨 뒤 담금질한 방짜유기의 표면에는 산화막이 그대로 남아있어 표면에 공급된 수분(H2O)이 산화막 제거에 효과가 없는 것으로 나타났다. 또한 NaOH용액에 침적시킨 뒤 담금질한 방짜유기의 표면에서도 산화막이 그대로 남아있어 염수의 주요 성분중 하나인 나트륨(Na)과 산화막 제거와는 아무런 관계가 없는 것으로 밝혀졌다.
실험실에서 제작한 Cu-22%Sn 합금에 대한 열간가공 적용 여부에 따른 염수처리 효과를 관찰한 실험에서는 주조와 열간가공 단계를 거쳐 염수처리 없이 담금질했을 때는 표면의 산화막이 제거되지 않았다. 한편 주조와 열간가공 단계를 거쳐 염수처리하거나 열간가공 단계를 생략하고 염수처리만 수행하는 두가지 조건의 실험 결과, 표면의 흑색 산화막이 대부분 제거되었다. 이와 같은 실험 결과는 열간 가공과 관계없이 염수처리 여부에 따라 산화막이 제거되고 있음을 보여준다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방짜유기 기술이 우리나라에 처음 등장한 시기는?
주석함량 22%인 청동합금과 두드림 및 담금질 처리로 대변되는 소위 방짜유기 기술이 우리나라에 처음 등장한 시기에 대해 이르게는 삼국시대로 올려볼 수 있다1,2. 이후 이기술은 통일신라를 거쳐 고려 초에 이르는 기간 동안 각종 청동기 제작에 변함없이 적용되고 있다.
방짜유기는 몇 단계의 제작공정이 요구되는가?
주석함량을 22% 포함하는 독특한 조성의 방짜유기는 주조와 두드림, 담금질, 가질 등 적게는 6단계에서 많게는 10단계까지의 복잡한 제작공정이 요구된다. 여러 제작과정에서 수행되는 고온의 두드림 과정이 수십여 차례 반복 되기 때문에 표면에는 산화물이 필연적으로 남게 된다.
참고문헌 (8)
Choi, J. and Kim, S.C., "Investigation on the Composition and the Microstructures of the Vessels Allegedly made during the Period of the Unified Silla Dynasty". Misul Charyo, 32, p37-42, (1983).
Park, J.S. and Gordon, R.B., "Tradition and transitions in Korean bronze technology". J. of Archaeological Science, 34, p1991-2002, (2007).
Lee, J.S., Kim, W.S. and Park, J.S., "A Study on the Traditional Forged High Tin Bronzes and the Rivet Joints in Korea". J. Kor. Inst. Met. & Mater., 46, p26-32, (2008).
Hong, J.S., "Yugi". Daewonsa, (1989).
Jeong, D.C., Yoo, C.Y., Hong, H.S. and Yun, Y.H., "Korean Traditional Crafts in Sciences". Minsokwon, (1999).
Lee, J.S., Jeon, I.H. and Park, J.S., "A Study on the Change in Microstructures of Traditional Forged High Tin Bronzes by Quenching". Journal of Conservation Science, 27, p421-430, (2011).
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