구리에 다양한 비율의 주석을 혼합하여 청동합금을 제작하고 합금 비율에 따른 색도 변화를 분석하였다. 색도를 미세조직의 변화와 함께 분석한 결과, Cu-Sn 청동은 주석함량이 높아질수록 적 황색도를 나타내는 $a^*$와 $b^*$값은 감소하며 전체적인 백색도가 크게 증가하였다. 하지만 백색도와 밀접한 $L^*$값이 감소하는 특이한 현상을 보였다. Cu-Sn 청동의 미세조직 내에서 존재하는 ${\alpha}$상의 비율이 증가될수록 적 황색도가 높아졌고, ${\delta}$상의 비율이 증가할수록 $a^*$와 $b^*$값이 낮아졌다. 한편 동일한 성분 조성을 가진 Cu-22% Sn 청동을 다양한 열처리 조건으로 상변화를 일으킬 경우 주조 조직인 ${\alpha}+{\delta}$상과 담금질 조직인 ${\alpha}+{\gamma}$상, ${\alpha}+{\beta}$상에서 미세한 색도변화가 일어났다. 이는 동일한 조성의 합금도 다른 분율을 가진 미세조직을 생성시킴에 따라 색상 변화가 생길 수 있음을 보여준다. Cu-Sn 청동을 담금질할 경우, 합금 내에서의 미세조직 변화에 따른 적 황색도는 ${\alpha}$상, ${\beta}$상, ${\gamma}$상, ${\delta}$상의 순으로 감소하였다.
구리에 다양한 비율의 주석을 혼합하여 청동합금을 제작하고 합금 비율에 따른 색도 변화를 분석하였다. 색도를 미세조직의 변화와 함께 분석한 결과, Cu-Sn 청동은 주석함량이 높아질수록 적 황색도를 나타내는 $a^*$와 $b^*$값은 감소하며 전체적인 백색도가 크게 증가하였다. 하지만 백색도와 밀접한 $L^*$값이 감소하는 특이한 현상을 보였다. Cu-Sn 청동의 미세조직 내에서 존재하는 ${\alpha}$상의 비율이 증가될수록 적 황색도가 높아졌고, ${\delta}$상의 비율이 증가할수록 $a^*$와 $b^*$값이 낮아졌다. 한편 동일한 성분 조성을 가진 Cu-22% Sn 청동을 다양한 열처리 조건으로 상변화를 일으킬 경우 주조 조직인 ${\alpha}+{\delta}$상과 담금질 조직인 ${\alpha}+{\gamma}$상, ${\alpha}+{\beta}$상에서 미세한 색도변화가 일어났다. 이는 동일한 조성의 합금도 다른 분율을 가진 미세조직을 생성시킴에 따라 색상 변화가 생길 수 있음을 보여준다. Cu-Sn 청동을 담금질할 경우, 합금 내에서의 미세조직 변화에 따른 적 황색도는 ${\alpha}$상, ${\beta}$상, ${\gamma}$상, ${\delta}$상의 순으로 감소하였다.
Color characteristics of the Cu-Sn alloys (bronze) in as-cast conditions were determined by reference to the $L^*$, $a^*$, $b^*$ color space. Results show that the values of $a^*$ and $b^*$ decrease with the increase in Sn levels, indicating tha...
Color characteristics of the Cu-Sn alloys (bronze) in as-cast conditions were determined by reference to the $L^*$, $a^*$, $b^*$ color space. Results show that the values of $a^*$ and $b^*$ decrease with the increase in Sn levels, indicating that the colors of bronze alloys are increasingly away from red and yellow with the increase in the fraction of the ${\delta}$ phase while the opposite is true with the ${\alpha}$ phase. It has also been found in similar experiments with the Cu-22% Sn alloys that heat treatments in varying conditions produce subtle differences in their color characteristics as observed in the $L^*$, $a^*$, $b^*$ color space, due likely to the formation of various phases in different fractions.
Color characteristics of the Cu-Sn alloys (bronze) in as-cast conditions were determined by reference to the $L^*$, $a^*$, $b^*$ color space. Results show that the values of $a^*$ and $b^*$ decrease with the increase in Sn levels, indicating that the colors of bronze alloys are increasingly away from red and yellow with the increase in the fraction of the ${\delta}$ phase while the opposite is true with the ${\alpha}$ phase. It has also been found in similar experiments with the Cu-22% Sn alloys that heat treatments in varying conditions produce subtle differences in their color characteristics as observed in the $L^*$, $a^*$, $b^*$ color space, due likely to the formation of various phases in different fractions.
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문제 정의
본 연구에서는 구리에 다양한 비율의 주석을 혼합하여 청동 합금을 제작하고 합금 비율에 따른 색도 변화를 분석하였다. 또한 상변화 조성에 맞춰 담금질하고 여기서 나타나는 미세조직의 변화와 색도 변화를 비교 분석함으로써 합금의 조성을 결정함에 색도가 미친 영향을 추정해 보았다.
제안 방법
Table 5는 주석이 25wt.% 포함된 Cu-Sn 청동을 550℃와 700℃에서 열처리한 뒤, 색도를 각각 비교한 표이다. Cu의 색도와 비교한 L* a* b*에서 a*와 b* 모두 감소하여 백색도가 증가하였으며, ⊿E*ab 색차값은 13.
이는 동일한 조성의 합금도 다른 함량을 가진 미세조직을 생성시킴에 따라 색상 변화가 생길 수 있음을 보여준다. 다양한 청동기의 열처리를 통해 미세조직의 색상을 확인하였다. 따라서 청동기를 이루는 미세조직의 고유한 색상과 이에 따른 색상의 변화는 매우 중요한 것으로 판단된다.
동일한 함량의 청동합금에서 미세조직의 변화에 따른 색도 변화를 분석하기 위해 Cu-Sn 합금을 열처리하였다. 실험을 위해 순구리에 주석을 10, 15, 22, 25, 27, 30%의 무게비로 6종의 Cu-Sn 합금을 제작하였다.
본 연구에서는 구리에 다양한 비율의 주석을 혼합하여 청동 합금을 제작하고 합금 비율에 따른 색도 변화를 분석하였다. 또한 상변화 조성에 맞춰 담금질하고 여기서 나타나는 미세조직의 변화와 색도 변화를 비교 분석함으로써 합금의 조성을 결정함에 색도가 미친 영향을 추정해 보았다.
색도측정이 완료된 시편은 에틸알코올 120ml, 염산 30ml, 산화철(III) 10g을 혼합한 용액으로 표면을 에칭시켰다. 미세조직 관찰은 반사식 광학현미경(DMRBE, Leica, Germany)을 이용하였다.
담금질 방법은 각각의 시험편을 550℃와 700℃의 고온에서 1시간 동안 유지한 후 찬물에 급냉시켰다. 본 실험의 담금질 온도 조건인 550℃와 700℃는 주석함량 30% 이하의 Cu-Sn 합금 6종을 동일한 온도 조건에서 다양한 변화를 관찰할 수 있는 가장 적합한 온도 구간으로 판단되어 이 온도에서 담금질하였다. 또한 550℃와 700℃는 우리나라의 전통 청동기 제작기술로 만들어진 유기(鍮器)에서 많이 관찰되는 γ상이나 β(M)상이 생성되는 온도조건이기도 하다.
실험을 위해 순구리에 주석을 10, 15, 22, 25, 27, 30%의 무게비로 6종의 Cu-Sn 합금을 제작하였다. 시험편 제작방법은 구리와 주석을 각각의 무게비로 합금한 용융액을 직경(내경) 15mm 크기의 원통형 세라믹튜브에서 응고시킨뒤, 세라믹튜브에서 꺼내어 합금 종류별로 각각 3개씩 절단하였다. 동일한 함량의 Cu-Sn 합금의 미세조직 변화를 관찰하기 위해 3개의 시험편 중 미세조직 변화 전 상태를 보여주는 기준 시험편(as-cast) 1개를 제외한 나머지 2개를 각각 다른 온도 조건에서 담금질하였다.
연마가 완료된 시편의 표면은 에칭시키지 않은 상태에서 3회 이상 색도측정하여 평균값을 구했으며, 이때 측정 조건은 표준광원 D65, 시야각 10°, UV 0%, 분석면적 3mm로 하였다.
또한 출토되는 청동유물이 용도에 따라 구리와 주석의 합금비율이 다르다는 과학적인 분석결과는 청동기를 생산하던 초기부터 기계적 특성만큼 색상도 매우 중요했다는 것을 알 수 있다. 이처럼 합금 비율에 따른 청동기의 색상 변화는 청동거울, 동탁 등의 재현실험을 통해 주석함량에 따라 변화되는 색상과 기계적 특성을 연구하였다.(Hirao, 2001; Chung et al.
측정된 ⊿ L*ab 색차값은 Table 1의 ‘미국국가표준원의 색차값 평가표(National Bureau of Standard Unit)’에 의거하여 색도변화를 평가하였다.
대상 데이터
시험편 제작방법은 구리와 주석을 각각의 무게비로 합금한 용융액을 직경(내경) 15mm 크기의 원통형 세라믹튜브에서 응고시킨뒤, 세라믹튜브에서 꺼내어 합금 종류별로 각각 3개씩 절단하였다. 동일한 함량의 Cu-Sn 합금의 미세조직 변화를 관찰하기 위해 3개의 시험편 중 미세조직 변화 전 상태를 보여주는 기준 시험편(as-cast) 1개를 제외한 나머지 2개를 각각 다른 온도 조건에서 담금질하였다. 담금질 방법은 각각의 시험편을 550℃와 700℃의 고온에서 1시간 동안 유지한 후 찬물에 급냉시켰다.
동일한 함량의 청동합금에서 미세조직의 변화에 따른 색도 변화를 분석하기 위해 Cu-Sn 합금을 열처리하였다. 실험을 위해 순구리에 주석을 10, 15, 22, 25, 27, 30%의 무게비로 6종의 Cu-Sn 합금을 제작하였다. 시험편 제작방법은 구리와 주석을 각각의 무게비로 합금한 용융액을 직경(내경) 15mm 크기의 원통형 세라믹튜브에서 응고시킨뒤, 세라믹튜브에서 꺼내어 합금 종류별로 각각 3개씩 절단하였다.
성능/효과
1. Cu-Sn 청동기는 주석함량이 높아질수록 적·황색도를 나타내는 a*와 b*값은 감소하며, 전체적인 백색도가 크게 증가하였다.
2. Cu-Sn 청동기의 미세조직 내에서 존재하는 α상의 비율이 증가될수록 a*와 b*값이 높아졌고, 이는 적·황색도가 높아지는 결과로 이어졌다.
3. 담금질 조건에 따라 미세조직의 다양한 변화를 보이는 Cu-22% Sn 청동기를 다양한 열처리 조건에서 상변화를 일으킬 경우 주조 조직인 α+δ상과 담금질 조직인 α+γ상, α+β(M)상에서 미세한 색변화가 나타났다.
4. Cu-Sn 청동기를 담금질할 경우, 합금 내에서의 미세조직 변화에 따른 적 ․ 황색도는 α, β, γ, δ상 순으로 감소하였다.
열처리 조건에 따라 다양한 미세조직이 생성되는 Cu-22% Sn 합금은 α상과 δ상이 공존할 경우보다 γ상이나 β(M)상이 α상과 공존할 때 b*값이 증가해 황색도가 높아지는 것으로 분석되었다.
열처리 조건에 따라 다양한 미세조직이 생성되는 Cu-25% Sn 합금은 α+δ상으로 된 as-cast 보다 α+γ상의 550℃ 열처리 시편에서 적색도와 황색도가 증가하였으며, β(M)상만 형성시킨 700℃ 열처리 시편에서도 적․황색도가 증가하였다.
열처리 조건에 따라 다양한 미세조직이 생성되는 Cu-30% Sn 합금은 α+δ상으로 된 as-cast 보다 γ+δ상의 550℃ 열처리 시편에서 적색도와 황색도가 조금 증가하였으며, γ상만 형성시킨 700℃ 열처리 시편에서도 적·황색도가 조금 증가하였다.
즉 Cu에 포함된 Sn의 함량과 비례해 함량비율이 높은 δ상의 백색도는 높은 반면 δ상보다 함량비율이 낮은 γ, β상의 백색도는 낮아지고 황색도는 높아졌다.
즉 주석함량이 가장 낮은 α상의 색상이 적황색이며, 주석함량과 백색도가 높은 δ상이 증가할수록 청동기의 색상이 백색으로 변화한다는 것을 알 수 있다.
특히 동일한 성분 조성을 가진 Cu-22% Sn 합금을 다양한 열처리 조건으로 상변화를 일으킬 경우 주조 조직인 α+δ상과 담금질 조직인 α+γ상, α+β(M)상에서 미세한 색변화가 나타났다.
한편 β(M) 단일상으로 이루어진 700℃ 열처리 시편보다 α+γ상의 550℃ 열처리 시편에서 적색도가 조금 높게 측정되었는데, 이는 구리 함량이 높은 α상이 공존하며 a*값을 상승시켰고, 이 α상이 적색도 증가에 영향을 미친 것으로 보인다.
후속연구
이는 순구리에 주석비율이 높아질수록 a*와 b*값은 낮아지는 현상에 의한 것으로 합금 내에 주석이 추가됨에 따라 백색도는 높아지고, 적황색은 옅어지는 것으로 해석된다. 하지만 백색도와 밀접한 L*값은 오히려 감소하는 매우 특이한 현상을 보여 이 부분에 대한 추가 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
분광측색기란?
청동합금의 색도를 측정하는데 사용된 광학기기는 분광측색기(Spectrophotometer, Minolta, CM-2600d, Japan)이다. 국제조명위원회의 규격에 규정되어 있는 특성과 등가인 광원을 내장하고 있어 동일한 조건(CIE standard illuminant D65)으로 측정할 수 있으며, 색의 수치화는 물론 색의 파장 성분을 그래프로 표시할 수 있다.
주례고공기에 기록된 청동 관련 내용은?
그러므로 각 금속이 가지는 고유의 특성과 색상을 이해한다면 합금의 색변화를 통해 그 합금이 가지는 금속학적 특성을 유추할 수 있다. 주석 함량에 따른 청동기의 특성과 색상을 고려한 용도에 적합한 청동 합금의 설계는 중국 옛 문헌인『주례고공기』에 잘 기록되어 있다. 또한 출토되는 청동유물이 용도에 따라 구리와 주석의 합금비율이 다르다는 과학적인 분석결과는 청동기를 생산하던 초기부터 기계적 특성만큼 색상도 매우 중요했다는 것을 알 수 있다.
분광측색기는 어떤 장점을 갖고 있는가?
청동합금의 색도를 측정하는데 사용된 광학기기는 분광측색기(Spectrophotometer, Minolta, CM-2600d, Japan)이다. 국제조명위원회의 규격에 규정되어 있는 특성과 등가인 광원을 내장하고 있어 동일한 조건(CIE standard illuminant D65)으로 측정할 수 있으며, 색의 수치화는 물론 색의 파장 성분을 그래프로 표시할 수 있다. 색의 특성은 L* a* b* 표색계로 나타내며, 이 방법은 1976년 국제조명위원회에서 규격화되어 현재 물체의 색을 표현하는 모든 분야에서 가장 대중적으로 사용되고 있는 표색계 중 하나이다.
참고문헌 (10)
Cho, N.C and Kim, G.H, 2009, Material properties of high-tin bronzes in Korea, International Scientific Meeting in Korea "Production technology of high-tin bronzes in Korea", Foundation of East-Asia culture properties institute, 19-20. (in Korean with English abstract)
Chung, K.Y., Yun, Y.H., and Lee, H.S., 2008, Restoration and Production technology of Cultural properties, Seogyeong Publishing Co. 275. (in Korean)
Gyeonggi provincial museum, 2008, Analytical report of the Gwangju royal kilns complex at Gwangju in Gyeonggi province.
Huh, I.K., 2006, Metallurgical study of bronze mirror and bells excavated from the Miruksa temple site, thesis, Hanseo University, Seosan, 14-15. (in Korean with English abstract)
Hirao. Y., 1999, BUNKAZAI WO SAGURU KAGAKU NO ME, Hakyounmunhwasa Publishing Co., 36-39. (in Japanese)
Jo, J.S., Kim, J.H., Noh, H.S., Kim, S.M., Je, J.W., and Choi. J.H., 2014, The casting and using experiment of rectangular shaped bronze axe, J. of Korean Field Archaeology, No. 20. 5-38. (in Korean with English abstract)
Kang, H.T., Cho, N.C., and Huh, I.K., 2006, Metallurgical Characteristics and conservation of Ancien bronze object Gilguem Institute of craft art. (in Korean)
Koh, M.J., 2006, The Analysis of Physical Characteristics and Raw Materials on Hard and Soft Whiteware at Excavated Kilns in Gyeongsangnam-do, Korea, Kongju National University, Gongju. (in Korean)
Lee, H.Y., Chung, Y.J., Lee, K.S., and Han, S.H., 2000, The investigation of conservation methods and destruction regions of papers under the various temperature and humidity changes, Consevation Studies, Vol. 34, National Research Institute of Cultural Heritage. 146-175. (in Korean with English abstract)
W.T. Chase., 1991, Ancient and historic metal, The Getty Conservation Institute, 94-97.
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