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문제 정의
- 본 고에서는 천마총 출토 철부의 외형적 형태와 더불어 소재가 되는 철의 미세조직을 관찰함으로써 철부의 제작기법에 대해서 연구하고자 하였으며, 이러한 자료들을 토대로 효과적인 보존처리 방안을 제시하여 전시에 활용하고자 하였다.
- 본 고에서는 천마총 출토 철부의 형태적 특징과 미세조직 관찰, SEM-EDS 등으로 제작기법을 유추해보고자 하였고, 이것을 바탕으로 유물의 상태를 관찰하고 분석함으로 효과적인 보존처리 방향을 설정하고 복원작업을 진행함으로써 전시에서의 활용도를 높이고자 하였다.
- 본 고에서는 천마총 출토 철부의 효과적인 보존처리를 위해서 우선적으로 육안 및 X선 조사와 미세조직을 관찰함으로써 철부의 상태와 제작기법에 대해 연구하였다. 일반적으로 철 솥에 비해 청동으로 된 정(鼎)이 먼저 출현하게 되는데 이는 구리의 용융점이 철보다 낮아 다루기 좋았기 때문으로 여겨진다.
제안 방법
- 1. 출토 철부의 제작기법 연구와 보존처리는 4점 중 상태가 양호한 1점에 대하여 실시하였다. 형태관찰 결과 철부는 몸통부근의 폭3cm, 두께 1.
- X-ray 장비를 활용하여 유물에 대해 제작기법을 조사하였다. X-ray촬영은 Hard X-ray(Gilardoni MHF300D, Max:300kV, 6mA)를 사용하였으며 촬영조건은 150kV, 3mA, 40sec로 하였다.
- X선 촬영 결과 유물 내부에 상당량의 금속심이 남아있는 것으로 확인되었으며, 염분으로 인해 부식이 발생되지 않도록 탈염처리를 하였다. 유물 내부에는 주물공과 균열 등이 상당부분 존재하였기 때문에 탈염처리는 비교적 안정적이면서도 효과적인 0.
- C 수용액에 유물을 침적하여 4주간 탈염 후 잔여약품 제거를 위해 4주간의 중화처리를 하였으며, 이후 105℃에서 8시간 이상 건조하였다. 강화처리는 Paraloid NAD-10 용액을 사용하였으며, 붓을 사용하여 저농도에서 고농도로 순차적으로 도포하였다. 접합에는 Epoxy계 수지인 Devcon과 SV427:HV427을 사용하였다.
- Mounting이 완료된 시편은 연마지 #600, #800, #1200으로 1차 연마한 후 3μm와 1μm의 연마제와 연마천을 이용하여 광택연마를 실시하였다. 광택연마 후 금속 표면의 부식을 방지하기 위하여 ethyl alcohol(99.99%)로 세척하여 건조시킨 후 3% Nital(HNO3 3ml : ethyl alcohol 97ml) 용액으로 10초간 Etching 한 후 세척하고, 광학현미경(Nikon Eclipse LV150)으로 50배~500배의 배율로 관찰한 뒤 I-solution Delta Lite Image analyzer program을 이용하여 영상을 촬영하였다. 조직관찰 후 비금속개재물 등의 성분분석을 위하여 시료표면을 gold coating하여 주사전자 현미경(FE-SEM with EBSD, SUPRA40 VP)으로 미세조직관찰과 EDS성분분석을 실시하였다.
- 유물과 복원부위의 중량 차이로 인하여 접합면에 균열이 발생하여 복원부가 탈락될 가능성이 있어 내부구조물을 이용한 강도의 보강이 필요하였다. 그러나 유물에 직접 내부구조물을 삽입하기 어려웠기 때문에 접합면 중 일부를 수지로 복원한 후 스테인레스 스틸봉을 삽입하여 보강하였다.
- 이로 인해 철부는 가로식 거푸집의 이분제작기법을 사용하여 제작된 것으로 판단된다. 동체와 저부의 파손이 30~40% 가량으로, 잔존하는 편(片)을 찾아 파손부위 일부를 접합하고, 20~30%가량은 복원을 통하여 철부의 형태를 복원하고자 하였다.
- 저부는 파손 · 유실된 부위 주변으로 심한 균열이 발생하여 보존처리 중 2차 파손이 우려되었다. 따라서 빠른 접합을 위해 접합면이 작은 부분은 순간접착제(Loctite 401)를 사용하였고 편이 크고 접합면이 넓어 강도 보강이 필요한 곳은 5분경화용 Epoxy계 수지(Devcon)를 사용하여 임시로 접합하였다. 이물질제거 전에 붓과 Air-blower을 사용하여 1차적인 건식세척을 하였으며, 그 후 동체는 Air-compressor에 휴대용 sand blaster(in glass powder)를 장착하여 고착된 흙과 부식생성물을 제거하였다.
- 천마총에서 출토된 철 솥은 다리가 없으며 구연이 넓어 저부가 편구형인 점을 토대로 볼 때 기(錡)나 정(鼎)을 사용하기에는 무리가 있었다. 따라서 위의 견해들과 더불어 천마총 발굴조사보고서에 기재된 내용을 참고하여, 천마총에서 출토된 철 솥에 대한 용어로 ｢철부(鐵釜)｣를 사용하기로 하였다.
- 미세조직 분석을 위하여 철부의 편 중 금속심이 잘 남아 있는 부분과 부식으로 인해 파손된 저부 부근의 시편을 선정하여 광학현미경과 주사전자현미경으로 금속의 조직 및 성분을 분석하고자 하였다. 먼저 수습된 시편을 지름 30mm 의 mounting holder안에 시편을 고정시키고, Struers 社의 Epofix 수지를 이용하여 진공함침기안에서 수지속의 기포를 제거하면서 경화시켰다.
- 모형 제작을 위해 유물표면을 얇은 주석박을 붙여서 실리콘으로부터 유물을 보호하였고, 실리콘 KE1402(주제): Cat1402(경화제)에 경화촉진제인 CAT-RS를 혼합한 뒤 수채화 붓을 사용하여 유물표면에 조심스럽게 발라주었다. 실리콘 내부에 기포가 많이 생성될 경우 찢어지기 쉽기 때문에 Air-Blower를 사용하여 기포를 제거하였다.
- 미세조직 분석을 위하여 철부의 편 중 금속심이 잘 남아 있는 부분과 부식으로 인해 파손된 저부 부근의 시편을 선정하여 광학현미경과 주사전자현미경으로 금속의 조직 및 성분을 분석하고자 하였다. 먼저 수습된 시편을 지름 30mm 의 mounting holder안에 시편을 고정시키고, Struers 社의 Epofix 수지를 이용하여 진공함침기안에서 수지속의 기포를 제거하면서 경화시켰다.
- 보존처리과정은 크게 처리전조사, 이물질제거, 탈염처리, 강화처리, 접합 · 복원, 색맞춤의 순서로 진행하였다.
- 복원부 표면을 정리한 후 ShinHan Acrylic Colors를 사용하여 유물과 유사하게 색맞춤을 하였다. 유물 내부의 복원부에 대하여는 Air-Spray에 아크릴물감과 물을 혼합하여 분사하여 도포하였다(Figure 10).
- 실리콘 내부에 기포가 많이 생성될 경우 찢어지기 쉽기 때문에 Air-Blower를 사용하여 기포를 제거하였다. 실리콘이 완전히 경화된 후 실리콘에 변형이 일어나지 않도록 석고를 사용하여 외곽틀을 만들고, 유물을 안전하게 탈형한 후 표면에 붙어있는 주석박을 제거하였다. 유물 표면의 굴곡이 드러난 실리콘 형틀을 활용하여 석고모형을 제작하였다(Figure 8).
- 탈염용액의 교체는 증류수의 양과 약품의 양을 고려하여 주 1~2회 교체하였고, 용액교체시 유물표면에 잔존하는 약품의 제거를 위하여 증류수로 충분히 세척하였다. 약 4주에 걸쳐 탈염처리를 하였고, 이온분석기(DIONEX 社, ICS-1000)를 사용하여 탈염용액의 Cl이온 농도를 측정하였다. 이온의 농도가 10ppm이하로 떨어진 후 잔존하는 S.
- 완성된 석고모형을 상 · 하부로 분리하여 복원 작업을 하였다.
- 우선 석고모형에 실리콘을 2-3차례 도포하여 경화 시킨 후 탕구(수지주입구)를 확보하고, 실리콘의 변형을 방지하기 위해 석고로 내 · 외틀을 제작하였다.
- 접합은 대부분 Devcon에 무기안료를 혼합하여 접합하였고, 일부 균열부위가 넓은 곳에는 Epoxy계 수지인 SV427:HV427(혼합비1:1)에 무기안료를 첨가하여 접합하였다. 유물 저부는 면적 중 40% 정도가 파손되어 있었기 때문에 복원 전에 유물편을 최대한 접합한 후 복원하였고, 복원 시 일반적인 수지를 사용한 메움 방식의 복원보다 Molding과 Casting을 통해 모형으로 제작한 뒤 접합하여 복원하고자 하였다.
- 실리콘이 완전히 경화된 후 실리콘에 변형이 일어나지 않도록 석고를 사용하여 외곽틀을 만들고, 유물을 안전하게 탈형한 후 표면에 붙어있는 주석박을 제거하였다. 유물 표면의 굴곡이 드러난 실리콘 형틀을 활용하여 석고모형을 제작하였다(Figure 8).
- 유물은 원형태가 변형되어 있기 때문에 복원시 완만한 굴곡을 그대로 적용하여 복원할 수 없었으므로, 유물편 중 일부를 선별하여 복제한 후 파손부위에 굴곡에 맞추어 조금씩 복원하였다.
- 우선 석고모형에 실리콘을 2-3차례 도포하여 경화 시킨 후 탕구(수지주입구)를 확보하고, 실리콘의 변형을 방지하기 위해 석고로 내 · 외틀을 제작하였다. 이 후 실리콘 내부의 석고모형을 제거하고, 폴리코트(FH-245)에 Talc와 무기안료를 혼합한 뒤 주형 내에 주입하였다. 하루 정도 경화시킨 후 탈형하여 만들어진 복제품을 상온에서 2~3일 간 충분히 경화 · 건조 시킨 후 모터툴을 사용하여 파손부위 형태와 유사하게 성형을 하였다(Figure 9).
- 파손되거나 결실된 저부의 복원은 발굴조사보고서에 기재된 도면과 남아있는 유물편의 형태를 참고하여 실리콘 수지인 KE1402와 석고를 이용하여 내 · 외곽형틀을 제작 후 유물과의 중량을 고려하여 폴리코트 (FH-245)수지에 Talc 및 무기안료를 혼합하여 저부를 복제하였다. 이 후 유실부위의 형태에 맞춰 성형하고, 복원 모형과 복원부 사이에 내부구조물로 직경 0.5mm의 stainless steel 봉을 삽입하였다. 색맞춤은 아크릴물감을 사용하여 유물과 유사하게 채색하였다.
- 철부의 제작기법에 대한 연구 결과를 바탕으로 보존처리 방향을 설정하였다. 이물질제거는 각종 소도구와 이동식 sand blaster를 활용하여 흙과 고착된 부식산화물을 제거하였다. 탈염처리는 유물의 상태를 고려하여 비교적 안정적인 Sodium Sesquicarbonate법을 사용하기로 하였으며, 0.
- 약 4주에 걸쳐 탈염처리를 하였고, 이온분석기(DIONEX 社, ICS-1000)를 사용하여 탈염용액의 Cl이온 농도를 측정하였다. 이온의 농도가 10ppm이하로 떨어진 후 잔존하는 S.S.C 약품의 제거를 위해 주 2~3회씩 4주간 중화처리를 한 후 열풍건조기에서 105℃로 8시간 이상 충분히 건조하였다(Table 6).
- 7m에 달하며, 나무 덧널과 부장 궤에서 다양한 종류의 유물들이 출토되었다. 전시대상품 중 천마총에서 출토된 철 솥을 대상으로 보존처리를 실시하게 되었으며, 총 4점의 유물 중 상태가 양호한 1점만을 보존처리하여 전시하였다. 철 솥은 청동정이나 청동초두 등과 마찬가지로 특별한 의미가 부여되어 있는 부장품의 하나로, 음식을 조리하는 용도뿐 아니라 왕위 전승의 상징으로 국가, 왕위, 제업의 뜻을 지녀 신성시 여겨진 물건 중 하나이다(Jung, 2003).
- Devcon 을 무기안료와 혼합하지 않고 사용할 경우 열화로 인한 황변현상이 발생되지만, 철부의 색맞춤을 위해 흑색과 적갈색 계통의 무기안료와 혼합하여 사용하므로 황변현상으로 인한 색상 차이가 거의 없는 것으로 판단되어 선택하였다 (Amy Davidson, 2009). 접합은 대부분 Devcon에 무기안료를 혼합하여 접합하였고, 일부 균열부위가 넓은 곳에는 Epoxy계 수지인 SV427:HV427(혼합비1:1)에 무기안료를 첨가하여 접합하였다. 유물 저부는 면적 중 40% 정도가 파손되어 있었기 때문에 복원 전에 유물편을 최대한 접합한 후 복원하였고, 복원 시 일반적인 수지를 사용한 메움 방식의 복원보다 Molding과 Casting을 통해 모형으로 제작한 뒤 접합하여 복원하고자 하였다.
- 제작기법 관찰 결과를 토대로 처리방법을 설정하고 보존처리를 실시하였다. 분석결과 철부의 경우, 가로식거푸집의 이분제작기법을 활용한 주조품으로 전형적인 백주철 조직을 나타내고 있었다.
- 99%)로 세척하여 건조시킨 후 3% Nital(HNO3 3ml : ethyl alcohol 97ml) 용액으로 10초간 Etching 한 후 세척하고, 광학현미경(Nikon Eclipse LV150)으로 50배~500배의 배율로 관찰한 뒤 I-solution Delta Lite Image analyzer program을 이용하여 영상을 촬영하였다. 조직관찰 후 비금속개재물 등의 성분분석을 위하여 시료표면을 gold coating하여 주사전자 현미경(FE-SEM with EBSD, SUPRA40 VP)으로 미세조직관찰과 EDS성분분석을 실시하였다.
- 철부의 제작기법에 대한 연구 결과를 바탕으로 보존처리 방향을 설정하였다. 이물질제거는 각종 소도구와 이동식 sand blaster를 활용하여 흙과 고착된 부식산화물을 제거하였다.
- 최대 복원 부위 모형의 제작은 실리콘(KE1402:Cat1402, ShinEtsu 社)을 사용하여, 유물 저부를 복제한 뒤 성형하여 접합하였고, 유물의 표면 질감과 굴곡을 최대한 유사하게 제작하였다.
- 이물질제거는 각종 소도구와 이동식 sand blaster를 활용하여 흙과 고착된 부식산화물을 제거하였다. 탈염처리는 유물의 상태를 고려하여 비교적 안정적인 Sodium Sesquicarbonate법을 사용하기로 하였으며, 0.1M S.S.C 수용액에 유물을 침적하여 4주간 탈염 후 잔여약품 제거를 위해 4주간의 중화처리를 하였으며, 이후 105℃에서 8시간 이상 건조하였다. 강화처리는 Paraloid NAD-10 용액을 사용하였으며, 붓을 사용하여 저농도에서 고농도로 순차적으로 도포하였다.
- 파손되거나 결실된 저부의 복원은 발굴조사보고서에 기재된 도면과 남아있는 유물편의 형태를 참고하여 실리콘 수지인 KE1402와 석고를 이용하여 내 · 외곽형틀을 제작 후 유물과의 중량을 고려하여 폴리코트 (FH-245)수지에 Talc 및 무기안료를 혼합하여 저부를 복제하였다.
대상 데이터
- 파손된 철부의 복원에 사용될 재료는 Fiber-Reinforced Plastics (이하 FRP)로 합성수지 속에 섬유기재를 혼입시켜 기계적 강도를 향상시킨 섬유강화플라스틱이다. F.R.P 수지 중 몰드 적측용 수지인 FH-245는 이액형 수지로 고강도이며, 수축율이 작고 발열경화에 의한 백화현상이 없어 복원시 주재료로 활용하였다(Table 4).
- Mounting이 완료된 시편은 연마지 #600, #800, #1200으로 1차 연마한 후 3μm와 1μm의 연마제와 연마천을 이용하여 광택연마를 실시하였다.
- X-ray 장비를 활용하여 유물에 대해 제작기법을 조사하였다. X-ray촬영은 Hard X-ray(Gilardoni MHF300D, Max:300kV, 6mA)를 사용하였으며 촬영조건은 150kV, 3mA, 40sec로 하였다. 필름 현상은 암실에서“현상→정지→정착→수세”의 과정으로 수동 현상하였다.
- 복원 작업에 사용된 실리콘은 ShinEtsu Silicone 社에서 판매하는 고강도 복제용(축합Type)인 KE-1402(주제)와 CAT-1402(경화제)를 사용하였다. 배합비율은 10:1이며, 경화시간을 촉진시키기 위하여 촉진제인 CAT-RS를 사용하거나 경화제를 7% 증량하여 사용하면 경화시간의 단축이 가능하다.
- 본 연구에서 석고는 재료의 특성상 가공이 용이하며, 경화시간이 빠르고, 작업성이 좋아 철부의 완형을 재현하기 위하여 사용하였고, 주물시 실리콘형틀이 뒤틀리지 않게 석고로 내 · 외곽틀을 제작하는 것에도 사용하였다.
- 유물을 접합 · 복원 재료는 유물의 하중을 지지하면서 강도를 가지고 경화속도가 빨라 작업시 형태가 변형되지 않는 5분경화제 Epoxy수지인 Devcon을 사용하였다.
- 철부의 외형적 형태가 가지는 고고학적 의미가 크기 때문에 전시를 위해서는 진행되는 부식을 방지하고, 내 · 외부를 강화하여 균열로 인한 파손을 막고, 외형을 복원하는 것이 시급하였다. 저부는 30~40% 가량이 파손되었으므로 최대한 남은 편(片)등을 찾아서 접합함으로써, 복원부위를 최소화시켰으며, 복원재료는 유물과의 중량을 고려하고, 표면질감을 잘 표현할 수 있는 재료를 선택하였다.
- 강화처리는 Paraloid NAD-10 용액을 사용하였으며, 붓을 사용하여 저농도에서 고농도로 순차적으로 도포하였다. 접합에는 Epoxy계 수지인 Devcon과 SV427:HV427을 사용하였다. 파손되거나 결실된 저부의 복원은 발굴조사보고서에 기재된 도면과 남아있는 유물편의 형태를 참고하여 실리콘 수지인 KE1402와 석고를 이용하여 내 · 외곽형틀을 제작 후 유물과의 중량을 고려하여 폴리코트 (FH-245)수지에 Talc 및 무기안료를 혼합하여 저부를 복제하였다.
- 처리전 조사에서는 발굴조사 보고서를 토대로 발굴 당시의 자료를 수집하였고, 철 솥과 관련된 여러편의 선행 논문들을 찾아서 참조하였다. 관찰결과 파손된 철부는 너비약 50cm, 높이 약 33~34cm이며, 구연의 직경이 33cm 두께는 평균 1.
- 천마총에서 출토된 철부는 총 4점으로 발굴 수습 후 철부는 솜으로 채워진 나무상자 안에 파손된 채 보관되어 있었으며, 이 중 상태가 양호한 1점을 선정하여 보존처리하여 전시하였고, 나머지 3점에 대해서는 복제하여 대체 전시품으로 활용하였다.
성능/효과
- 2. 미세조직 관찰 결과, 수지상정의 전형적인 백주철 조직이 관찰되며, 취성을 개선시키기 위한 별다른 열처리는 하지 않고, 상온에서 자연 냉각시킨 것으로 보인다. X선 조사 결과에서도 전형적인 주조품의 특성인 주물공이 관찰되어 주조를 통해 제작된 것으로 확인되었다.
- 처리전 조사에서는 발굴조사 보고서를 토대로 발굴 당시의 자료를 수집하였고, 철 솥과 관련된 여러편의 선행 논문들을 찾아서 참조하였다. 관찰결과 파손된 철부는 너비약 50cm, 높이 약 33~34cm이며, 구연의 직경이 33cm 두께는 평균 1.5cm 였다. 형태는 동체가 불룩한 편구형이며, 동체의 외측에 폭 3cm의 전(婰)을 돌렸으며, 견부에는 3줄의 돌대가 확인된다.
- 제작기법 관찰 결과를 토대로 처리방법을 설정하고 보존처리를 실시하였다. 분석결과 철부의 경우, 가로식거푸집의 이분제작기법을 활용한 주조품으로 전형적인 백주철 조직을 나타내고 있었다. 또한 철 소재 내부의 존재하고 있는 다수의 주물공과 주조품의 대표적인 부식현상인 공식(孔蝕) 등으로 인해 부스러짐이 발생하고 있었으며, 특히 파손된 저부 부근에 집중적으로 나타나고 있었다.
- 시료 일부에는 불순개재물의 존재가 확인되며, SEM-EDS로 성분분석을 실시한 결과 Si, Al, Ca, K, S 등의 원소가 검출되었으며, 주로 Si와 Al의 함량이 높으며 Ca, K 등의 함량은 상대적으로 낮게 측정되었다. 보통 Ca의 존재는 용융 시 탈탄을 위해 CaCO3가 주성분인 석회석이나 조개쩝질 등을 첨가함으로써 발생하게 되는데 분석으로 나타난 Ca의 결과값은 매우 소량이며, 철부의 경우 주조품으로써 탄소함량이 높아 인위적으로 Ca를 첨가할 필요성이 없는 점을 토대로 본다면, 철 소재나 노벽 등에서 일부 유입된 것으로 판단되며, 인위적으로 첨가하지 않은 것으로 보인다.
- 출토 철부의 제작기법 연구와 보존처리는 4점 중 상태가 양호한 1점에 대하여 실시하였다. 형태관찰 결과 철부는 몸통부근의 폭3cm, 두께 1.3cm~1.5cm의 전(錪)과 견부의 3줄의 돌대가 관찰되었으며, 저부는 파손이 심하여 원형돌기의 존재를 알 수 없으나 발굴조사보고서와 다른 3점의 철부에서 원형돌기의 존재와 형태를 발견할 수 있었다. 이로 인해 철부는 가로식 거푸집의 이분제작기법을 사용하여 제작된 것으로 판단된다.
후속연구
- 그러나 제작기법에 있어서 시기별 · 지역별에 따른 세부적인 비교분석 연구는 미흡하여 향후 출토 철 솥의 지역별, 시기별에 따른 연구대상 유물의 확보와 관찰 등으로 분석 자료의 축적이 충분히 이루어진다면 출토 철 솥의 제작기법에 대한 심도 깊은 비교 분석 연구를 할 수 있을 것으로 판단된다.
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