Analisi delle fratture 3D e valutazione conservativa del giavellotto in ferro battuto mediante tecniche avanzate di non

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10142 (2023) Citare questo articolo

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L'imaging 3D è un potente strumento di tecnologia di imaging ad alta risoluzione e non distruttiva per lo studio di armi antiche e tecnologia militare, che rivela le microstrutture originali e i modelli di corrosione che minacciano questi manufatti. Qui riportiamo l'analisi quantitativa della distribuzione 3D e dell'orientamento delle fratture e delle particelle metalliche non corrose all'interno di un giavellotto in ferro battuto rinvenuto nel sito fenicio-punico di Mozia, in Italia. Lo studio mirava a comprendere meglio la relazione tra corrosione e tensioni locali all'interno del manufatto e a valutarne la tecnologia di produzione, nonché gli effetti del post-trattamento con Paraloid B72 su concrezione e strati mineralizzati. Le crepe sono state quantificate in termini di contenuto, dimensione e orientamento. La condizione di conservazione del manufatto è stata valutata mediante un approccio multianalitico, comprendente la microscopia a raggi X, la microscopia elettronica a emissione di campo e la spettroscopia micro-Raman. I risultati hanno indicato che è stata utilizzata una tecnica specifica per creare un giavellotto robusto e leggero con un'asta centrale per perforare o penetrare. Le fratture appaiono allungate nel senso dell'asse longitudinale della lama, evidenziando il senso di forgiatura del blocco metallico originale. Lo studio ha concluso che il manufatto non era stato ancora stabilizzato a causa della presenza di lepidocrocite.

La stabilizzazione dei reperti archeologici in ferro è un problema sempre attuale nel campo della conservazione. Nel corso degli anni nella pratica conservativa sono stati utilizzati diversi metodi di trattamento, materiali e procedure1,2. Le moderne tecnologie di visualizzazione 3D, ricostruzione virtuale, modellazione ed elaborazione dati sono strumenti utili per controllare e valutare i processi di degrado3,4 e i trattamenti di restauro5. Lo scopo di questo articolo è presentare le capacità e le potenzialità della microscopia a raggi X in un manufatto metallico, che consente la visualizzazione e un'accurata analisi spaziale tridimensionale dell'esterno e dell'interno di un giavellotto di ferro.

La composizione chimica, la struttura e i prodotti della corrosione possono suggerire l'origine, la tecnologia di produzione e le condizioni di conservazione dell'oggetto. L'analisi elementare fornisce informazioni chiave sulla natura delle materie prime per gli studi sulla provenienza e sul ruolo degli elementi di lega6,7,8,9, mentre le informazioni strutturali affrontano questioni relative alle tecniche di produzione e ai processi di corrosione10,11.

La ricerca sulla disposizione spaziale tridimensionale e sulle relazioni topologiche delle reti di frattura e dei metalli è fondamentale per la comprensione sistematica dell'evoluzione della corrosione nelle opere in ferro archeologiche. I difetti lasciati sulle superfici dei manufatti determinano una distribuzione non uniforme delle sollecitazioni all'interno delle strutture che potrebbero causare microfessure o cavità e fornire le vie principali affinché l'acqua e l'ossigeno raggiungano le profondità dei manufatti12.

Recenti indagini sulle reti di fratture utilizzando la tomografia computerizzata a raggi X sono state condotte nelle scienze mediche13, nell'industria delle costruzioni14,15, nei materiali energetici16, nelle scienze ambientali17 e in tettonica per valutare le geometrie di frattura dei serbatoi e il comportamento di propagazione delle fratture nei serbatoi fratturati naturalmente18,19.

Qui, proponiamo questo approccio per i manufatti archeologici in ferro, mirando a (1) quantificare queste fratture e (2) comprendere le relazioni topologiche che influenzano il percorso della corrosione. Per comprendere meglio la relazione tra la corrosione e la crescita dei difetti e lo stress locale e i cambiamenti di fase che li causano, abbiamo bisogno sia di immagini che di analisi spettroscopiche. Pertanto, esploriamo come ciò possa essere ottenuto mediante diverse tecniche come la microscopia elettronica a emissione di campo (FESEM-EDS), la microscopia a raggi X (XRM) e la spettroscopia Micro-Raman per studiare gli strati di prodotti della corrosione nel giavellotto di ferro archeologico per trovare le cause di i fenomeni di corrosione durante il periodo di seppellimento e dopo lo scavo.