ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Обучайтесь под руководством опытного наставника.
 

Лазерная очистка позолоченных бронзовых и медных поверхностей

Siano S., Парфенов В.А.
Siano S., Istituto di Fisica Applicata, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Италия
Парфенов В.А., Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
 

В настоящее время технология лазерной очистки находит все более широкое применение в реставрационной практике. В наибольшей степени эта технология отработана для мрамора и других горных пород, но в последнее время все чаще используется для консервации памятников из различных металлов и служит для удаления очагов коррозии, солей, минеральных частиц и органических материалов [1].

Одно из наиболее интересных и перспективных применений лазеров в данной области - это очистка предметов из позолоченной меди и бронзы. При восстановлении подобных объектов лазерная обработка позволяет не только эффективно удалять всевозможные поверхностные загрязнения (в том числе, пленки из растворимых солей меди), но и сохранять при этом оригинальный слой позолоты. Один из самых примечательных примеров выполнения подобных работ - это реставрация всемирно известного памятника эпохи Возрождения в Италии Золотых ворот бабтистерия собора Санта Мария дель Фьоре [2].

Надо сказать, что лазерная очистка позолоченных медных и бронзовых поверхностей является нетривиальной задачей и требует высокой тщательности и осторожности. Дело в том, что лазерной обработке может происходить не только микроплавление поверхности предметов из меди и бронзы, но и значительные повреждения позолоты [3]. Вместе с тем, при правильном выборе типа используемого лазера и тщательного подбора его выходных параметров в процессе работы можно избежать указанных негативных явлений.

Заметим, что проблема выбора "правильного" лазера не ограничивается одним лишь выбором лазера с тем или иным типом активной лазерной среды. Очень важно принимать во внимание его выходные характеристики и, в первую очередь, длительность импульса излучения. В настоящее время на мировом рынке лазерной техники, в том числе, среди лазеров, рекомендуемых их изготовителями к применению в реставрационной сфере, представлены аппараты, значительно отличающиеся между собой значениями указанного параметра (причем, даже в случае лазеров с одним и тем же типом активной среды).

Основными выходными характеристиками любого лазера, которые необходимо экспериментально подбирать в процессе очистки памятников, являются энергия и частота повторения импульсов излучения, а также диаметр светового пучка, направляемого на обрабатываемую поверхность. Последний параметр определяет важную с практической точки зрения характеристику - плотность энергии излучения, т.е. долю световой энергии, приходящуюся на единицу площади поверхности объекта, обрабатываемой при помощи лазера.

Однако помимо указанных выше параметров, существует еще одна характеристика - длительность импульса излучения. Значение этой величины является одним из главных критериев при выборе лазера для очистки любых памятников. К сожалению, в отличие от всех других характеристик лазерного излучения, данный параметр определяется конструктивными особенностями самого лазера и, как правило, не может изменяться в процессе работы. Поэтому в зависимости от специфики конкретной реставрационной задачи еще на стадии приобретения лазера очень важно правильно определиться с требуемой длительно-

стью импульса, а это, в конечном итоге, предопределит выбор конкретной модели лазерного аппарата.

Для очистки металлических предметов в настоящее время применяют три вида лазеров, отличающиеся между собой типом активной лазерной среды: импульсные твердотельные Nd :YAG лазеры, работающие (т.е. излучающие свет) на длине волны 1,06 мкм, непрерывные лазеры на углекислом газе (длина волны 10,6 мкм), а также импульсные эксимерные лазеры, генерирующие излучение в ультрафиолетовой области спектра. При этом при очистке позолоченной меди и бронзы самые хорошие результаты достигаются при работе с Nd :YAG лазером.

Современные специализированные реставрационные Nd :YAG лазеры могут работать в трех различных режимах генерации, существенно различающиеся между собой значениями длительности импульса излучения: 1. Режим QS (от английских слов Q-Switching) - режим модулированной добротности; характерная длительность импульса в этом режиме - 5...20 нс; 2. Режим LQS (LQS - сокращение от английских слов LongQ-Switching) - режим модулированной добротности с увеличенной (по сравнению с обычным QS-режимом) длительностью импульса (50 нс...3 мкс); 3. Режим SFR (SFR - сокращение от английских слов shortfreerunning) - режим свободной генерации с «укороченной» (по сравнению с обычным режимом свободной генерации) длительностью импульса (20...120 мкс) [4-6].

Заметим, что сегодня на рынке лазерной техники импульсные Nd:YAG лазеры представлены, в основном, системами, работающими в QS-режиме (например, аппараты PHOENIX™ - продукция компании LyntonLasersLtd., Великобритания, и ThunderArt - продукция компании QuantaSystemSpa., Италия). Что касается лазеров, работающих в режиме SFR, то в настоящее время существуют только две модели этого типа (EOS-1000 и SmartCleanII, оба лазера -продукция компании El.En. Spa, Италия), а LQS-лазеры вообще представлены всего одной моделью - (EOS-1000-LQS (изготовитель - компания El.En. Spa.)).

Неподготовленному пользователю может быть очень сложно разобраться в выходных параметрах лазеров, поскольку согласно рекомендациям производителей, все указанные выше лазерные аппараты предназначены для использования в реставрации, в том числе, памятников из металлов. Но это как раз тот случай, когда специалист-реставратор должен не считать для себя зазорным обратиться за консультацией по выбору лазера к специалистам в области лазерных технологий (причем, не по лазерным технологиям вообще, а к специалистам, имеющим опыт выполнения практических работ по использованию лазеров в реставрации). Дело в том, что неквалифицированный выбор лазера может привести к низкой эффективности лазерной обработки, а в ряде случаев - необратимым негативным последствиям для памятников.

Рассмотрим, как именно влияет использование лазеров, имеющих различную длительность импульса излучения, на качество лазерной очистки позолоченной меди и бронзы.

Известно, что при создании медных и бронзовых позолоченных памятников и объектов декоративно-прикладного искусства использовались две различные технологии золочения. В одном случае на поверхность объекта наносился расплав ртути и золота (это так называемое «огненное» или, как его еще называют, амальгамное золочение - от английских слов mercuryamalgamtechnique), а в другом для золочения использовались тонкие золотые пластинки, которые приклеивались к основе из меди или бронзы при помощи клея из натурального природного сырья. Характерная толщина слоя позолоты составляет: для амальгамы - 2...10 мкм, для накладных золотых пластинок - 0,1...0,4 мкм.

На Рис. 1 приведены изображения поверхностей двух позолоченных бронзовых памятников из музеев г. Флоренция (Италия), полученные с помощью электронногосканирующего микроскопа. Здесь отчетливо видны различия в состоянии сохранности поверхности для обоих типов золочения. Фрагменты сохранившейся на поверхности старинных памятников амальгамной позолоты обычно имеют намного лучшую сохранность по сравнению с листовым золочением, что связано с большей толщиной золотого слоя и его лучшей адгезией по отношению к субстрату.

Рис. 1. Изображение поверхности памятников из позолоченной бронзы, полученное на сканирующем электронном микроскопе:

а) амальгамная позолота

б) листовое золочение

Как показали наши исследования, при обработке памятников с амальгамным золочением при помощи SFR-лазера могут возникать структурные дефекты позолоты, усиливающиеся по мере увеличения уровня плотности энергии излучения. Поначалу золотая пленка испытывает только радиальную деформацию в центре зоны, которая подвергается воздействию сфокусированного лазерного пучка. Затем, по мере увеличения плотности энергии, начинается процесс рекристаллизации золота, который может перейти в фазу насыщения. И, наконец, в заключительной фазе начинается процесс плавления, который приводит к образованию сквозных отверстий в золотой пленке. Более подробно эти процессы описаны нами в работе [3].

При обработке амальгамной позолоты излучением QS-лазера процесс очистки сопровождается значительными изменениями структуры поверхности субстрата (материала подложки), которые проявляются в виде микродефектов (обычно - микроплавления) и потери отдельных фрагментов позолоты. При этом слои загрязнения удаляются только частично.

А вот работа с LQS-лазером, в отличие от SFR- и QS-лазеров, при обработке «огненного» золочения, напротив, дает весьма положительные результаты. В этом случае происходит эффективное удаление слоев загрязнений и одновременно обеспечивается высокая степень сохранности поверхностной текстуры амальгамного золочения (при плотности энергии около 0,5 Дж/см2), причем, даже в тех случаях, когда лазерная очистка производится вблизи таких областей, в которых слой позолоты в силу тех или иных причин ранее был утрачен.

При лазерной очистке золотых пластинок, особенно в случае загрязнений в виде корки из органической патины, ситуация существенно меняется. Оптимальный для предыдущего случая LQS-лазер здесь не позволяет обеспечить сохранность хрупких золотых фрагментов листового золочения, и вместе с загрязнениями почти полностью удаляется и сама позолота. Такая же картина наблюдается и при работе с QS-лазером. Однако при использовании SFR-лазера удается производить весьма деликатную очистку без повреждения позолоты (при плотности энергии 1,5...2 Дж/см2) [3].

Таким образом, при очистке памятников с «огненным» и листовым золочением при помощи импульсных Nd:YAG лазеров нужно использовать лазеры, существенно различающиеся между собой длительностью импульса излучения. Для очистки амальгамной позолоты нужен лазер LQS типа с длительностью импульса в диапазоне 50 нс...3 мкс, а для листового золочения лазер SFR-типа с длительностью импульса в диапазоне 20...120 мкс). Что касается лазеров QS типа, которые обычно используются для очистки металлических поверхностей в промышленности, а потому широко представлены на рынке лазерной техники, при очистке позолоченных медных и бронзовых поверхностей от них необходимо отказываться.

К сказанному выше остается добавить, что эти выводы, полученные в результате проведения научно-исследовательских работ, получили подтверждение на практике в ходе реставрации ряда известных средневековых памятников, в том числе, позолоченных бронзовых скульптур Давида (ск. - А.Вероккио) [7] и Аттиса (ск. - Донателло) из Национального музея Барджелло во Флоренции [8].

Аналогичные результаты были получены и в ходе пробных лазерных расчисток медного шара с амальгамным золочением, прежде украшавшего ограду одного из надгробий Некрополя XVII в. Александро-Невской лавры в Санкт-Петербурге. В данной работе использовался Nd:YAGлазер LQS-типа (модель EOS-1000-LQS). При работе с этим лазером с поверхности золота удалось удалить черный кокковый налет без какого бы то ни было ущерба для позолоты (см. Рис. 2).

Рис. 2. Поверхность позолоченного медного шара: Золотые Ворота

а) корковое загрязнение (состояние до лазерной обработки)

б) фрагмент очищенной лазером поверхности

Подведем краткие итоги проведенного рассмотрения. Главный вывод состоит в том, что при лазерной очистке предметов из позолоченной меди и бронзы требуется очень тщательный выбор используемого лазера. Для решения подобных задач может быть использован импульсный Nd:YAG лазер, работающий на длине волны излучения 1,06 мкм. Однако это самая общая рекомендация. При выборе конкретной модели лазерного аппарата данного типа необходимо принимать во внимание, прежде всего, обеспечиваемую им длительность импульса излучения, поскольку именно этот параметр определяет эффективность и безопасность лазерной обработки позолоченных медных и бронзовых поверхностей.

Литература

1. Cooper M. "Laser Cleaning in Conservation: An Introduction"/ Buttworth-Peinemann, Oxford, 1998.

2. Siano S., Salimbeni R., Pini R., Giusti A., Matteini M. Laser cleaning methodology for the preservation of the Porta del Paradiso by Lorenzo Ghiberti // Journal of Cultural Heritage, Vol.4, p. 140s-146s. (2003).

3. SianoS., GrazieF., Парфенов В.А. Оптимизированная лазерная очистка позолоченных бронзовых поверхностей // Оптический журнал, 2008, Т. 75, № 7, С. 18-29.

4. Margheh F., Modi S., Masotti L, Mazzinghi P., Pini R., Siano S., Salimbeni R. SMART CLEAN: a new laser system with improved emission characteristics and transmission through long optical fibres // Journal of Cultural Heritage. 2000. V. 1. Supplement 1. P. S119-S123.

5. Salimbeni R., Pini R., Siano S. A variable pulse width Nd:YAG laser for conservation // Journal of Cultural Heritage. 2000. V. 4. Supplement 1. P. S72-S76.

6. Siano S., Giamello M., Bartoli L, Mencaglia A., Parfenov V., Salimbeni R. Phenomenological characterisation of stone cleaning by different laser pulse duration and wavelength // J. Nimmrichter, W. Kautek, M. Schreiner (eds.) Laser in the conservation of artworks, LACONA VI Proceedings, Vienna, Austria, Sept. 21-25, 2005, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2007, p. 87-96.

7. Siano S., Nicolai L, Porcinai S. Verrocchio's David: characterization and conservation treatments, in: Verrocchio's David restored, Giunti Gruppo Editoriale, Florence, p. 97-109. [2003].

8. Lalli C, Pinna D, Porcinai S., Rizzi M. Le indagini Scientifiche, in: Il ritorno d'Amore, l'Attis di Donatello restaurato, museo nazionale del Bargello, Florence, p. 117-121. (2005).

Первоисточник: 
Культурное наследие: сохранение, реставрация, реновация (Материалы семинара «Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории» - 2011) СПб., 2012
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2018)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РАБОТ ВЕРНИСАЖА И ВЕБ-ПОРТФОЛИО
Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.