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은제품의 황화은 부식층 제거를 위한 Nd:YAG 레이저클리닝 실험 연구
Experimental study for removing silver sulfide from silver objects by Nd:YAG laser cleaning 원문보기

보존과학회지 = Journal of conservation science, v.30 no.1, 2014년, pp.95 - 101  

이혜연 (국립문화재연구소 복원기술연구실) ,  조남철 (국립공주대학교 문화재보존과학과)

초록
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은제품은 대기의 아황산가스나 황화수소 등과 반응하여 검게 변색된다. 검은 변색은 표면에 황화은이 형성되는 것으로 보존처리시 제거하는 것이 일반적이다. 황화은을 제거하는 방법은 화학적, 전기화학적, 미세마모법 등을 사용하지만 모두 은의 손실을 초래한다. 따라서 본 연구는 표면 오염물만을 선택적으로 제거할 수 있는 레이저클리닝을 은시편에 실험하여 안전하고 효율적인 레이저 조건을 알아보고자 하였다. 먼저 부식되지 않은 순수한 은에 레이저를 조사하여 안전한 레이저에너지밀도 범위를 확인하였다. 실험 결과 은은 1064nm $4.00J/cm^2$ 이하, 532nm $2.39J/cm^2$ 이하 레이저에너지밀도 범위에서 안전하였다. 인공적으로 부식시킨 은판의 부식층(황화은)은 레이저조건 1064nm $2.39J/cm^2$로 약 5~10회, 532nm $1.19J/cm^2$로 5~10회 조사하였을 때 제거되었다. AES를 이용하여 레이저 펄스당 제거되는 부식층 두께를 확인한 결과 약 13 ~ 25nm이다. 은 시편의 레이저클리닝 조건을 은제품에 적용한 결과 표면의 검은 부식층이 제거되었으며 은 광택도 유지되었다. 이를 통해 은제품의 레이저클리닝 적용 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Silver objects tarnish with black from reaction with sulfurous acid or hydrogen sulfide of atmospheric. Blackening of silver objects results from formation of silver sulfide($Ag_2O$) on the surface. Silver sulfide usually is usually removed by conservation treatment. There are several cle...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 은의 녹는점은 약 961℃로 비교적 낮아 흡수되는 레이저 빔의 열에 의해 미세형태의 변형이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 레이저클리닝을 은제품에 적용하기 위하여 안전한 레이저 에너지 조건을 먼저 알아보았다. 즉 부식되지 않은 순수한 은판에 레이저에너지밀도를 높이면서 레이저빔의 열적 영향을 조사하였다.
  • , 2008; Taarnskov, 2011). 따라서 본 연구에서는 은제품의 레이저클리닝 적용을 위하여 인공적으로 황화은을 형성시킨 은판을 대상으로 Nd:YAG 레이저클리닝을 실시하고 기존에 사용하고 있는 미세마모법과 화학적 제거법을 함께 실시한 후 표면의 미세 형상 및 변화를 조사하였다. 황화은 부식층의 두께는 AES(Auger Electron Spectroscopy)을 이용하여 측정하고 펄스당 제거되는 황화은 부식층의 두께를 알아보았다.
  • 황화은 부식층의 두께는 AES(Auger Electron Spectroscopy)을 이용하여 측정하고 펄스당 제거되는 황화은 부식층의 두께를 알아보았다. 또한 은 시편의 레이저클리닝 결과를 자연적으로 검게 변색된 은반지에 적용한 후 은제품의 레이저클리닝 적용 가능성을 확인하고자 하였다.

가설 설정

  • 39J/㎠를 사용하였을 때 펄스당 3~10nm가 제거되었음을 확인하였다(Figure 7). 실험 결과 은 광택이 유지되는 부식층의 두께는 약 20~30nm이므로 레이저클리닝 실시할때 이를 고려하는 것이 효과적일 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
은제품을 검게 변색시키는 반응은? 은제품은 대기의 아황산가스나 황화수소 등과 반응하여 검게 변색된다. 검은 변색은 표면에 황화은이 형성되는 것으로 보존처리시 제거하는 것이 일반적이다.
은제품의 부식생성물은 어떤 방법으로 제거하는가? 황화은은 은을 계속 부식시키며 유물의 심미적 가치를 손상시켜 제거되어야 할 대상이다. 은제품의 부식생성물은 화학적, 전기화학적, 기계적인 방법에 의해 제거한다 (Plenderleith and Werner, 1971). 그러나 이러한 클리닝 방법은 소지금속(은)의 손실을 초래하므로 최근에는 거의 사용하지 않고 에틸알코올 등으로 표면의 먼지나 이물질을 제거하는 소극적인 클리닝만을 실시하고 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2009; Nam, 2002).
은제품의 부식생성물 제거 방법에는 화학적, 전기화학적, 기계적인 방법을 사용할 수 있지만 최근에는 사용하지 않는 이유는? 은제품의 부식생성물은 화학적, 전기화학적, 기계적인 방법에 의해 제거한다 (Plenderleith and Werner, 1971). 그러나 이러한 클리닝 방법은 소지금속(은)의 손실을 초래하므로 최근에는 거의 사용하지 않고 에틸알코올 등으로 표면의 먼지나 이물질을 제거하는 소극적인 클리닝만을 실시하고 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2009; Nam, 2002). 그러므로 은(소지금속)의 손상 없이 표면 부식화합 물을 안전하게 제거할 수 있는 방법이 필요하다.
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참고문헌 (13)

  1. Burleigh, T.D., Gu, Y., Donahey, G., Vida, M. and Waldeck, D.H., 2001, Tanish protection of silver using a hexadecanethiol self-assembled monolayer and descriptions of accelerated tarnish tests. Corrosion, 57, 1066-1074. 

  2. Cooper, M., 1998, Laser cleaning in conservation and introduction. Butterworth-Heinemann, Oxford. 

  3. Cronyn, J.M., 1990, The elements of archaeological conservation. Routledge, London, 230. 

  4. Davais, M., 2007, Laser cleaning the Abergavenny Hoard: silver coins from the time of William the Congueror. in Lasers in the Conservation of Artworks, LACONA VI Proceedings, Springer, New York, 45-51. 

  5. Degrigny, C., Tanguy, E., Gall, R.L., Zafiropulos, V. and Marakis, G., 2003, Laser cleaning of tarnish silver and copper threads in museum textiles. Journal of Cultural Heritage, 4, 152-156. 

  6. Fotakis, C., Georgiou, S., Aaglos, D., Tornari, V. and Zariropulos, V., 2007, Lasers in the preservation of cultural heritage principles and applications. Taylor & Francis, New York. 

  7. Lee, J.M., 2002, Lasers and cleaning process. Hanrimwon, Seoul. (in Korean) 

  8. Lee, J.M., Yu, J.E. and Koh, Y.S., 2003, Experimental study on the effect of wavelength in the laser cleaning of silver threads. Journal of Cultural Heritage, 4, 157-161. 

  9. Nam, S.H., 2002, Conservation of silver object-an investigation on the cleaning of silver using abrasive materials-, MA thesis, Myongji University. (in Korean with English abstract) 

  10. National Research Institute of Cultural Heritage, 2009, Conservation of metal objects, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon. (in Korean) 

  11. Plenderleith, H.J. and Werner, A.E.A., 1971, The conservation of antiquities and work of art. Oxford university press, London, 219-227. 

  12. Serafetinides, A.A., Drakaki, E., Zergioti, I., Mogire, C.V. and Boukos, N., 2008, Experimental study on the use of laser cleaning of silver plating layers in Roman coins. in Lasers in the Conservation of Artworks, CRC press, London, 309-315. 

  13. Taarnskov, B., Pouli, P., and Bredal-Jorgensen, J., 2011, Laser cleaning studies for the removal of tarnishing from silver and gilt silver threads in silk textiles. in Lasers in the Conservation of Artworks VII, CRC Press, London, 67-73. 

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