τo lqs nd:yag laser - latsis · pdf...

Η μελέτη έγινε στo πλαίσιo ερευνητικής προσπάθειας που χρηματοδοτήθηκε

από το «John S. Latsis Public Benefit Foundation», είχε ως στόχο να προωθήσει και

να βελτιώσει τις σύγχρονες μεθόδους καθαρισμού με τη χρήση laser σε αρχαία

νομίσματα, συμβάλλοντας στην έρευνα για τη συντήρηση αρχαίων μεταλλικών

αντικειμένων.

Η εύρεση της καταλληλότερης πηγής και του αποτελεσματικότερου τρόπου

εφαρμογής της δέσμης laser, πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή πολλών πηγών

laser (Nd:YAG - w - 2w - 3w - 4w, FL Nd:YAG – w, LQS Nd:YAG – w, Er:YAG,

ΗF, CO2, GaAlAs, κ.λ.π.) με διαφορετικά μήκη κύματος και διάρκειες παλμών, είτε

με απευθείας ακτινοβόληση, είτε με οπτικές ίνες, είτε με σταθμό μικρομηχανικής.

Η έρευνα έγινε αρχικά σε πρότυπα δείγματα και σε νεότερα νομίσματα και στη

συνέχεια σε μικρά τμήματα της επιφάνειας αρχαίων αργυρών και χάλκινων

νομισμάτων, με διαφορετικό κράμα κατασκευής και τύπο διάβρωσης, από τις

συλλογές του Νομισματικού Μουσείου Αθηνών.

Τα αποτελέσματα κάθε εφαρμογής κρίθηκαν κυρίως με οπτικό μικροσκόπιο, με

ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και φθορισμό ακτίνων Χ (XRF).

Τo LQS Nd:YAG Laser, στα 1064 nm έδωσε τα καλύτερα (εξαιρετικά)

αποτελέσματα σε περιπτώσεις αργυρών νομισμάτων με παχύ στρώμα προϊόντων

διάβρωσης και επικαθίσεων (Εικ.1-3), αλλά και για επικαθήσεις από το έδαφος.

Επίσης, η χρήση του είχε ιδιαίτερα ικανοποιητικά αποτελέσματα σε περιπτώσεις

χάλκινων νομισμάτων, για την απομάκρυνση εύθρυπτων προϊόντων από την

επιφάνεια. Άλλα laser έδωσαν επίσης πολύ καλά αποτελέσματα, κατά περίπτωση.

Η σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους καθαρισμού έδειξε ότι η επιλογή

συγκεκριμένου καθαρισμού εξαρτάται από το κράμα του νομίσματος, τον τύπο

διάβρωσης, το είδος των προϊόντων και τις οπτικές ιδιότητες της δέσμης laser.

Εικ. 1. Αργυρό τετράδραχμο

Αθηνών, 390-295 π.Χ.,

Νομισματικό Μουσείο Αθηνών.

Το νόμισμα καλύπτεται από

Εικ. 2. Στάδιο καθαρισμού με

εφαρμογή του Long Q

Switched Nd:YAG Laser,

στα 1064 nm.

Εικ. 3. Απομάκρυνση των

προϊόντων διάβρωσης και

αποκάλυψη των λεπτομερειών

της παράστασης.

2

παχύ στρώμα προϊόντων.

Το Νομισματικό Μουσείο, μοναδικό στην Ελλάδα και ένα από τα σημαντικότερα στο

είδος του στο κόσμο, έχει συγκεντρώσει πάνω από 500.000 αντικείμενα, νομίσματα,

μολυμβόβουλλα, σταθμία, μετάλλια και σφραγιδόλιθους. Οι συλλογές του καλύπτουν

ιστορικά και γεωγραφικά την ιστορία της χώρας μας και περιλαμβάνουν αντικείμενα

που χρονολογούνται από το 14ο αι. π.Χ. έως σήμερα. Μέσα από τις συλλογές του

Μουσείου επιλέχθηκαν είκοσι τέσσερα αργυρά και χάλκινα νομίσματα, με

διαφορετική κατάσταση διατήρησης και τύπους διάβρωσης, τα οποία

χρησιμοποιήθηκαν για την εφαρμογή καθαρισμών με τη χρήση laser και με

παραδοσιακές μεθόδους καθαρισμού.

Τα μεταλλικά αντικείμενα προκύπτουν μέσω της μεταλλουργίας και της

μορφοποίησης από ορυκτά με χρήση ενέργειας. Η τάση των μετάλλων να

διαβρώνονται οφείλεται στην τάση τους να επιστρέψουν στη οξειδωμένη τους μορφή

και συνεπώς σε σταθερή ενεργειακή κατάσταση. Όσον αφορά στα αρχαία μεταλλικά

αντικείμενα η διάβρωση μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια της χρήσης τους, της

ταφής τους ή και της παραμονής τους στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Τα νομίσματα

ανάλογα με το κράμα τους παρουσιάζουν στην επιφάνειά τους διαφορετικούς τύπους

και προϊόντα διάβρωσης, ανάλογα με το περιβάλλον ταφής τους. Ο επιλεκτικός

καθαρισμός των προϊόντων διάβρωσης, τα οποία καλύπτουν τις λεπτομέρειες των

παραστάσεων (κράματα χαλκού) διατηρώντας την πατίνα και η αποκάλυψη του

μεταλλικού πυρήνα για τα πολύτιμα μέταλλα (άργυρος) μπορούν να δώσουν

πολύτιμες πληροφορίες.

Oι παραδοσιακές μέθοδοι καθαρισμού για τα νομίσματα από κράμα χαλκού είναι:

(α) επιλεκτική απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης με μηχανικά μέσα κάτω από

το μικροσκόπιο, (β) επιλεκτική απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης με τη

βοήθεια της συσκευής της αμμοβολής με σφαιρίδια υάλου, ιδιαίτερα στις

περιπτώσεις όπου δεν σώζεται μεταλλικός πυρήνας και τα προϊόντα διάβρωσης είναι

πολύ σκληρά, (γ) επιλεκτική απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης με τη βοήθεια

του υπερηχητικού ξέστρου με διαφορετικού τύπου ξέστρα, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις

όπου σώζεται μεταλλικός πυρήνας και τα προϊόντα διάβρωσης είναι πολύ σκληρά και

(δ) σε κάποιες περιπτώσεις η απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης με χημικά

μέσα εφόσον σώζεται μεταλλικός πυρήνας και τα προϊόντα διάβρωσης είναι πολύ

σκληρά.

Οι παραδοσιακές μέθοδοι καθαρισμού για τα νομίσματα από κράμα αργύρου είναι:

(α) απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης με μηχανικά μέσα κάτω από το

μικροσκόπιο ή με αποξεστικά μέσα (ανθρακικό ασβέστιο), (β) απομάκρυνση των

προϊόντων διάβρωσης με χημικά μέσα, (γ) συνδυασμός των παραπάνω μεθόδων και

(δ) αναγωγή των προϊόντων σε μέταλλο.

Οι παραπάνω διαδικασίες μπορούν να έχουν τα βέλτιστα αποτελέσματα μόνο εάν

εφαρμοστούν από καταρτισμένους και επιδέξιους συντηρητές και χαρακτηρίζονται

ως χρονοβόρες.

3

Αντικείμενο του προτεινόμενου έργου ήταν ο χαρακτηρισμός και καθαρισμός

αρχαίων ελληνικών και βυζαντινών νομισμάτων με τη χρήση νέων πηγών laser με

στόχο την αποδοτικότερη, μη χρονοβόρα, μέθοδο καθαρισμού. Μελετήθηκαν

νομίσματα από κράματα αργύρου και χαλκού, τα οποία συνήθως περιέχουν

κασσίτερο, ψευδάργυρο και μόλυβδο και καλύπτονται από προϊόντα διάβρωσης. Ο

κύριος στόχος αυτής της προσπάθειας ήταν να διερευνηθεί η χρήση του laser στον

καθαρισμό των αρχαίων νομισμάτων, από κράματα αργύρου και χαλκού, που

βρίσκονται σήμερα στο Νομισματικό Μουσείο της Αθήνας, στην Ελλάδα. Στο

πλαίσιο της έρευνας τα νομίσματα που επιλέχθηκαν, εκδόθηκαν σε τρεις

διαφορετικές ιστορικές περιόδους, αρχαία ελληνικά, ρωμαϊκά και βυζαντινά και

εμφάνιζαν διαφορετική σύσταση στο κράμα τους, διαφορετικό τύπο διάβρωσης με ή

χωρίς εναποθέσεις. Οι δοκιμές καθαρισμού εφαρμόστηκαν σε διαφορετικές περιοχές

του ίδιου νομίσματος, ώστε να έχουμε συγκριτικά αποτελέσματα.

Χρησιμοποιήθηκαν πρότυπα δοκίμια και νεότερα νομίσματα με γνωστή χημική

σύνθεση για την αρχική εφαρμογή των μεθόδων καθαρισμού με laser, και τον

προσδιορισμό των κατάλληλων συνθηκών για το βέλτιστο αποτέλεσμα. Ως πρότυπα

δοκίμια χρησιμοποιήθηκαν φύλλα χαλκού, ορείχαλκου και σιδήρου τα οποία είχαν

υποστεί τεχνητή γήρανση. Επιλέχθηκαν νεότερα νομίσματα του 18ου

και19 ου

αιώνα,

των οποίων ο τύπος της διάβρωσης ήταν παρόμοιος με αυτόν των αρχαίων

νομισμάτων.

Ο προσδιορισμός της σύστασης του κράματος καθώς και των προϊόντων των

αρχαίων και νεοτέρων νομισμάτων πραγματοποιήθηκε μέσω μη καταστρεπτικών

αναλυτικών μεθόδων, κυρίως με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM-EDX)

και Φθορισμό Ακτίνων Χ (XRF), ενώ ο προσδιορισμός του τύπου της διάβρωσης

διαπιστώθηκε με μικροσκοπική παρατήρηση.

Τα αποτελέσματα των καθαρισμών αξιολογηθήκαν αρχικά με μικροσκοπική

παρατήρηση από έμπειρους συντηρητές του Νομισματικού Μουσείου και έπειτα

βάσει αντικειμενικών αναλύσεων κυρίως XRF και SEM-EDX.

Η επιλογή των διάφορων πηγών laser έγινε στηριζόμενοι στην πολύχρονη εμπειρία

των φυσικών της ομάδας του ΕΜΠ βάσει προηγούμενων ερευνητικών προγραμμάτων

και διεθνούς βιβλιογραφίας.

Ο συνδυασμός των εξειδικευμένων γνώσεων από όλους τους συνεργαζόμενους

φορείς είχε ως αποτέλεσμα την προώθηση και τη βελτίωση των σύγχρονων τεχνικών

που εφαρμόζονται για τον καθαρισμό αρχαίων αργυρών και χάλκινων νομισμάτων.

Ο καθαρισμός όλων των δοκιμίων και των νομισμάτων έγινε με τη χρήση lasers από

το υπεριώδες έως το υπέρυθρο φάσμα ακτινοβολίας, συγκεκριμένα με το TEA CO2

laser (10,6 μm, 80 ns), το Er: YAG laser Q switched και free running, (2,94 µm, free

running-80 µs, Q switch-190 ns), το free running Nd:YAG (1,064 μm-100 μs) το

Long Q-Switched NdYAG (1064 nm-100 ns) και το Q switched Nd:YAG (1,064 μm,

532 nm και 355 nm, 266 nm, 6 ns).

4

Η δέσμη του εκάστοτε laser επικεντρώθηκε μέσω ενός φακού εστίασης δέσμης, είτε

σε σταθερή θέση, πάνω στο δείγμα, το οποίο βρισκόταν σε ένα μικρό-xyz

ρυθμιζόμενη βάση, με έλεγχο κίνησης από υπολογιστή, είτε μεταφέρονταν από ένα

σύστημα οπτικής ίνας.

Πιο εξειδικευμένα έγινε σύγκριση μεταξύ διαφορετικών τύπων laser, και καθαρισμού

με σύστημα οπτικής ίνας ή με σύστημα μικρομετακίνησης του δείγματος σε σταθερή

βάση και ενός υποσυστήματος εστίασης της δέσμης.

Εικ. 4 Σύστημα laser καθαρισμού με οπτική ίνα

Κατασκευάστηκε σταθμός μικρο-καθαρισμού, για αυτοματοποιημένη χρήση και

επεξεργασία (computerized) της διαδικασίας καθαρισμού. Η ανάπτυξη του σταθμού

περιλαμβάνε λογισμικό και διάφορους αυτοματισμούς. Ο σταθμός μικρο-καθαρισμού

είναι ένα σημαντικό εργαλείο, που δεν μπορεί

βέβαια να υποκαταστήσει τις ικανότητες των

έμπειρων συντηρητών ενός μεγάλου

μουσείου, όπως το ΝΜΑ, αλλά μπορεί να

μεταφερθεί σε περιφερειακά μουσεία της

Ελλάδας, όπου δεν υπάρχει το εξειδικευμένο

προσωπικό καθαρισμού μεταλλικών

αντικειμένων πολιτιστικής κληρονομιάς και

συντήρησης επιτόπου.

Εικ. 5 Σύστημα laser καθαρισμού με ηλεκτρονικό

σύστημα μικρομετακινησης δείγματος

Η φύση των βασικών μετάλλων των πρότυπων δοκιμιών, των νέων και των παλαιών

νομισμάτων, τα προϊόντα διάβρωσης και οι εναποθέσεις από το έδαφος

χαρακτηρίστηκαν με οπτική μικροσκοπία, με ανάλυση ηλεκτρονικού μικροσκόπιου

(SEM-EDX), με ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) και με ανάλυση laser

επαγόμενου πλάσματος (LIBS) (όπου αυτό ήταν δυνατό).

5

Η χρήση αναλυτικών διαγνωστικών μεθόδων πριν και κατά τη διάρκεια του

καθαρισμού κρίθηκε απαραίτητη. Η ανάλυση της χημικής σύστασης του κράματος

των των πρότυπων δοκιμιών, των νέων και των παλαιών νομισμάτων και της

μεταλλικής τους δομής, καθώς και των προϊόντων διάβρωσης, μπόρεσαν να μας

δώσουν πληροφορίες για τα προϊόντα που καλύπτουν την επιφάνεια, τα μέταλλα που

συμμετέχουν στο κράμα, τη μέθοδο κατασκευής του νομίσματος, κυρίως όμως για

την αποτελεσματικότητα των εφαρμοζόμενων μεθόδων. Ο έλεγχος της μορφολογίας

και τη δομής των πρότυπων δειγμάτων και των νομισμάτων πριν και μετά τον

καθαρισμό πραγματοποιήθηκε με μεθόδους χαρακτηρισμού, όπως Μικροσκοπία

Σάρωσης Ηλεκτρονίων (Scanning Electron Microscopy-SEM), Φθορισμό ακτίνων Χ

(X-Ray Fluorescence-XRF) και ανάλυση laser επαγόμενου πλάσματος (LIBS) (όπου

αυτό ήταν δυνατό). Οι παραπάνω μέθοδοι χαρακτηρισμού και ανάλυσης μπορούν να

θεωρηθούν μη καταστρεπτικές για τα νομίσματα. Με αυτές τις τεχνικές μπορέσαμε

να χαρακτηρίσουμε πριν και μετά τον καθαρισμό όσο αφορά στα προς μελέτη

νομίσματα, τη σύνθεση των προϊόντων διάβρωσης ή των επικαθίσεων και την αλλαγή

της σύστασης και της δομής της επιφάνειας μετά από κάθε διαδικασία για κάθε laser

ξεχωριστά.

Επίσης, πραγματοποιήθηκε συνδυασμός

χρήσης μικροσκοπίου και κυματοδήγησης

δέσμης laser για τον ακριβή έλεγχο του

καθαρισμού (μεγάλη χωρική ανάλυση) και

την επιλεκτική απομάκρυνση των

στρωμάτων διάβρωσης ή επικαθίσεων, με ή

χωρίς χρήση σταθμού μικρομηχανικής. Εικ. 6.Συνδυασμός χρήσης μικροσκοπίου και

κυματοδήγησης δέσμης laser

6

Η επιλογή αργυρών και χάλκινων νομισμάτων από τρεις ιστορικές

περιόδους, με διαφορετικό κράμα κατασκευής και τύπο διάβρωσης μας

οδήγησε στην έναρξη της έρευνας μας πάνω στην μελέτη αλληλεπίδρασης

της δέσμης laser πρώτα πάνω σε πρότυπα δείγματα μετάλλων με τεχνητή

διάβρωση, έπειτα σε νεότερα νομίσματα με γνωστή σύνθεση και προέλευση, προτού

εφαρμόσουμε το ίδιο στις συλλογές του Νομισματικού Μουσείου Αθηνών που

επιλέχθηκαν για την παρούσα μελέτη.

Στη διάρκεια αυτής της υπομελέτης πραγματοποιήθηκαν πειράματα καθαρισμού σε

μεταλλικά πρότυπα δείγματα, τα οποία παρουσίαζαν διάφορες επιφανειακές

αλλοιώσεις, όπως επιστρώσεις οργανικών υλικών και συνθέσεις. Τα μεταλλικά

δοκίμια ήταν είτε κράματα χαλκού ποικίλης σύνθεσης είτε άλλων μετάλλων με

τεχνητή παλαίωση και επιταχυνόμενη και ελεγχόμενη διάβρωση.

Αντιπροσωπευτικά παραθέτουμε δυο από τα δοκίμια, τα οποία αποτελούνται από

κράματα σίδηρου και χαλκού (Εικ 7- 8):

Εικ. 7. Πρότυπο δοκίμιο από κράμα σίδηρου, μετά από τεχνική επιταχυνόμενης διάβρωσης (με ανοδική πόλωση

σε υδατικά διαλύματα θειικού οξέος)

7

Εικ. 8. Πρότυπο δοκίμιο ορείχαλκου, μετά από τεχνική επιταχυνόμενης διάβρωσης (με ανοδική πόλωση σε

υδατικά διαλύματα θειικού οξέος)

372,5 373,0 373,5 374,0 374,5 375,0 375,5 376,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Fe I

Fe IFe I

Fe I

Inte

nsity (

a.u

)

Wavelength, nm

10600 nm

2940 nm

1064 nm

266 nm

Fe I

Εικ. 9. Φάσματα LIBS του δείγματος 3 σιδήρου ( Εικ. 7), κατά την ακτινοβόληση με 1064 nm στα 1.25 J/cm2,

10600 nm στα 6.2 J/cm2, 266 nm στα 0.2 J/cm2 και στα QS- 2940 nm στα 2.91 J/cm2.

Εικ. 10. Φάσμα LIBS του δείγματος 3 σιδήρου ( Εικ. 7), κατά την ακτινοβόληση με QS- 2940 nm στα 2.91 J/cm2,

1 shot, 1 Hz.

Η ακτινοβόληση με 2.91 J/cm2, 1 shot, 1Hz, του laser QS-Er:YAG αφαίρεσε τα

προϊόντα διάβρωσης αλλά η επιφάνεια κατά τον καθαρισμό με QS NdYAG laser στα

8

1064 nm μας επέδειξε πολύ καλύτερη συμπεριφορά όσο αφορά την ομοιογένεια του

καθαρισμού.

Εικ. 11α. Καθαρισμός πρότυπου

δοκιμιού (Εικ. 8) με 1064 nm, 1.03

J/cm2, 2 βολές, 1 Hz

Εικ. 11β. Καθαρισμός πρότυπου



Εικ. 11γ. Καθαρισμός πρότυπου



Με οπτικό μικροσκόπιο παρατηρήσαμε ότι έχουμε

ομοιογενή καθαρισμό χωρίς θερμικές παρενέργειες

κατά την ακτινοβόληση ενός παλμού στα 1064 nm με

1.68 J/cm2. Με μετέπειτα ανάλυση με φασματοσκοπία

LIBS δεν παρατηρήσαμε προϊόντα διάβρωσης στην

ακτινοβολημένη περιοχή που είχαμε καλύτερη

ποιότητα στην επιφάνεια. Φασματικές κορυφές στην

περιοχή 540-560 nm, χαρακτηριστικές του θείου δεν

παρουσιάζονται.

200 220 240 260 280 300

0

500

1000

1500

2000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Wavelength, nm

320 340 360 380 400

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Wavelength, nm

Εικ. 12α. Φάσματα LIBS του πρότυπου δοκιμιού του δείγματος 1 (Εικ. 8), μετά τον καθαρισμό με 1064 nm, 1.68

J/cm2, 1 βολή, 1 Hz με 14 διαδοχικές ακτινοβολήσεις LIBS (στις φασματικές περιοχές 200-320 nm και 310-420 nm )

Εικ. 11δ. Καθαρισμός πρότυπου


J/cm2, 1 shot, 1 Hz

9

410 420 430 440 450 460 470 480 490

0

1000

2000

3000

4000

1

2

3

4

1

2

3

4

Wavelength, nm

Εικ. 12β. Φάσματα LIBS του πρότυπου δοκιμιού του δείγματος 1 (Εικ. 8), μετά τον καθαρισμό με 1064 nm, 1.68

J/cm2, με 4 διαδοχικές ακτινοβολήσεις LIBS, 1 Hz, (στη φασματική περιοχή 410-500 nm)

200 210 220 230 240 250 260

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Channel

Yie

ld

Q= 4 C

Ed=1200 keV

Ratios: 1:1.34:1.47

nom2_2940

nom2_10600

nom2_532

12C(d,p

0) reaction at 160

o

Εικ.13. Φάσμα ενέργειας παραγόμενο μέσω πυρηνικής αντίδρασης 12C (d,p) σε deuteron energy Ed = 1.3MeV

Χρησιμοποιήσαμε επίσης NRA για να εκτιμήσουμε το περιεχόμενο σε άνθρακα των

ακτινοβολημένων περιοχών του δοκιμιού του δείγματος 1. Από την γραφική

βλέπουμε ότι ένα σημαντικό ποσό του άνθρακα εναποτίθετο μετά τον καθαρισμό με

την ακτινοβόληση με το laser CO2 προσεγγιστικά.

Τα παραπάνω είναι τα αποτελέσματα της εξομοίωσης (προσέγγιση πρώτης τάξεως)

υποθέτοντας ένα μόνον ομοιογενές στρώμα άνθρακα και μήτρα καθαρού χαλκού.

10

Μελετήθηκαν πάνω από 90 νομίσματα 19

ου και 20

ου αιώνα με ποικίλα προϊόντα στην

επιφάνειά τους και διάφορες συστάσεις κραμάτων, αλλά παρόμοιων χαρακτηριστικών

σε σχέση με τα αργυρά και χάλκινα νομίσματα των συλλογών του Νομισματικού

Μουσείου Αθηνών που επιλέχθηκαν στην παρούσα μελέτη.

Ενδεικτική μελέτη κάποιων από των 90 νομισμάτων 19ου

και 20ου

αιώνα βλέπουμε

παρακάτω:

1. Το πρώτο νόμισμα είναι «10 Drachmas», Constantine, 1968 (Greece). Η

σύσταση του κράματος είναι χαλκός με νικέλιο, ενώ η επιφάνεια του

νομίσματος είναι λεία όπου δεν έχουμε προϊόντα διάβρωσης. Παρουσιάζεται

διάβρωση με βελονισμούς με υποπράσινο εύθρυπτο προϊόν και κρούστες

έντονου πράσινου χρώματος.

2. Το δεύτερο νόμισμα είναι «50 cents» , Napoleon III, 1858 του Barre (France).

Η σύσταση του κράματος είναι αργύρος με χαλκό. Η επιφάνεια είναι λεία, ενώ

ένα παχύ στρώμα από μαύρα και καφέ προϊόντα διάβρωσης ( Mg, S, Cl)

καλύπτει κατά τόπους την αρχική επιφάνεια. Σε ορισμένες περιοχές

εντοπίζονται και ανοιχτόχρωμα πράσινα προϊόντα διάβρωσης καθώς και

επικαθίσεις από το έδαφος.

3. Το τρίτο νόμισμα είναι « 1 cent», King-Emperor George VI, 1945 (British

Malaya). Πρόκειται για ένα νόμισμα από κράμα χαλκού. Η επιφάνειά του

είναι λεία στην πλειονότητα της έκτασης. Ένα παχύ καφέ στρώμα προϊόντων

οξείδωσης του χαλκού καλύπτει την επιφάνεια, ενώ σε ορισμένες περιοχές

εντοπίζονται πράσινα προϊόντα διάβρωσης (CuCl).

Νόμισμα 1 Νόμισμα 2 Νομισμα3

Εικ. 14. Τα ενδεικτικά νεότερα νομίσματα που χρησιμοποιήσαμε πριν το καθαρισμό.

11

Εικ. 15. Το νόμισμα 1 μετά τον καθαρισμό με 266 nm, 355 nm , 532 nm και 1064 nm Nd:YAG laser.

α b

c d

Εικ. 16. Περιοχές του νομίσματος 1 (Εικόνα14, 15) που έχουν καθαριστεί με . QS-Nd:YAG 532 nm (a), 266 nm

(b), 355 nm (c), 1064 nm (d).

12

Εικ. 17. Φωτογραφία (300 x) και φάσμα ανάλυσης από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο του νομίσματος 1 στην περιοχή

καθαρισμού με laser Nd:YAG 266nm, επαναληπτικότητας 5 Hz και πυκνότητα ενέργειας 1.66 J/cm²

Η ανάλυση με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ( SEM-EDS) στο νόμισμα 1 (Εικόνα 15,

16, 17) έδειξε ότι όλα τα μήκη κύματος (1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm) του Nd:

YAG laser που χρησιμοποιήθηκαν κάτω από ορισμένες συνθήκες (πυκνότητα

ενέργειας του παλμού laser κ.α) που παράγουν αποδεκτά αποτελέσματα. Ειδικά τα

μήκη κύματος των 266 nm (επαναληπτικότητα 5 Hz, πυκνότητα ενέργειας 1,66

J/cm2) (Eικ. 17) και 532 nm (επαναληπτικότητα 0.5 Hz, πυκνότητα ενέργειας 0,28

J/cm2) έχουν αφαιρεθεί, σε μεγάλη κλίμακα προϊόντα διάβρωσης και /ή επικαθήσεις

του εδάφους, ενώ η πατίνα δεν διαταράσσεται.

Εικ.18. Φωτογραφία μικροσκόπιου περιοχής του

νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 266 nm Nd:YAG

laser

Εικ. 19. Φωτογραφία μικροσκόπιου περιοχής του

νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 532 nm Nd:YAG

laser

13

Εικ. 20. Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκόπιου

περιοχής του νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 532

nm Nd:YAG laser (300x).

Εικ. 21. Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκόπιου

περιοχής του νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 532

nm Nd:YAG laser (1200x).

Εικ. 22. Φάσμα EDS ηλεκτρονικού μικροσκόπιου περιοχής του νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 532 nm

Nd:YAG laser με επαναληπτικότητα 0,5 Hz και πυκνότητα ενέργειας 0.1 J/cm².

Η ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο του νομίσματος 2 έδειξε ότι αν και είχαμε

αποδεκτά αποτελέσματα με όλα τα μήκη κύματος του Nd :YAG, μετά τον καθαρισμό

με 532 nm Nd:YAG laser με επαναληπτικότητα 0,5 Hz και πυκνότητα ενέργειας 0.1

J/cm² είχαμε αφαίρεση της διάβρωσης.

14

Εικ. 23. Φωτογραφία οπτικού μικροσκόπιου περιοχής του νομίσματος 3 μετά τον καθαρισμό με 1064 nm

Nd:YAG laser (επαναληπτικότητα 1 Hz, πυκνότητα ενέργειας 0.68 J/cm2 ).

Εικ. 24. Φωτογραφία (300x) ηλεκτρονικού

μικροσκόπιου περιοχής του νομίσματος 3 μετά

τον καθαρισμό με 1064 nm Nd:YAG laser(1 Hz,

0.34 J/cm2 ).

Εικ. 25. Φωτογραφία (1200x) ηλεκτρονικού

μικροσκόπιου περιοχής του νομίσματος 3 μετά τον

καθαρισμό με 1064 nm Nd:YAG laser(1 Hz, 0.34

J/cm2 ) .

Εικ. 26. Φάσμα EDS ηλεκτρονικού μικροσκόπιου περιοχής του νομίσματος 2 μετά τον καθαρισμό με 532 nm

Nd:YAG laser με επαναληπτικότητα 1 Hz και πυκνότητα ενέργειας 0.4 J/cm².

15

Η ανάλυση του νομίσματος 3 μετά από καθαρισμό με 1064 nm Nd:YAG laser (1 Hz,

0.34 J/cm2 ) (Εικ. 24, 25), και 532 nm Nd:YAG laser (1 Hz , 0.4 J/cm

2 ) (Εικ. 26), μας

έδειξε ότι αφαιρέθηκε με μεγάλη επιτυχία η διάβρωση με βελονισμούς με διατήρηση

της πατίνας χωρίς να έχουμε θερμικές παρενέργειες, όπως στην περίπτωση της

αυξημένης πυκνότητας ενέργειας των 1064 nm (Εικ. 23).

Συμπερασματικά οι δοκιμές καθαρισμού με laser στα νεότερα νομίσματα έδειξαν

είναι μια ασφαλής μέθοδος για την αποκατάσταση των μεταλλικών αντικειμένων.

Στις περιπτώσεις όπου η διάβρωση είναι ομοιόμορφη ή τα προϊόντα εύθρυπτα ο

καθαρισμός δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ όταν η επιφάνεια καλύπτεται από

κρούστες τότε με την επανάληψη των παλμών εντοπίζονται θερμικά αποτελέσματα.

Οι διαδικασίες καθαρισμού με συστήματα laser αποκάλυψαν ότι το αποτέλεσμα

εξαρτάται από το κράμα και το είδος της διάβρωσης για το βέλτιστο μήκος κύματος

που θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί.

16

Μετά την μελέτη των πρότυπων δοκιμιών και των νεότερων νομισμάτων

έγινε εφαρμογή των lasers στα νομίσματα του Νομισματικού Μουσείου

Αθηνών που επιλέχθηκαν για έρευνα.

Παρακάτω παρατίθονται αναλυτικά οι εικόνες και τα στοιχεία που αφορούν στην

αρχαιολογική πληροφορία, τη σύσταση του κράματος καθώς και την κατάσταση

διατήρησης των αρχαίων ελληνικών, ρωμαϊκών και βυζαντινών νομισμάτων, του

Νομισματικού Μουσείου, τα οποία επιλέχθηκαν για τη διεξαγωγή πειραμάτων

καθαρισμού με τη χρήση laser:

o r

Εικ.27. Xάλκινο νόμισμα (NM02), Κωνστάντιος Β΄ (337-361 μ.Χ.), νομ. απροσδιόριστο, 353-360 μ.Χ., NM

Παλιά Συλλογή – Διάφορα. B: 2,194 γρ.

A.S., Robertson, Roman Imperial Coins in the Hunter Coin Cabinet, University of Glasgow, vol. V: Diocletian

(reform) to Zeno, Oxford 1982, σ. 304, αρ. 15 (παρ.).

Η ανάλυση με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM), σε επιφάνεια χωρίς

χώματα, με λεπτό στρώμα πατίνας έδειξε ότι η σύσταση του νομίσματος είναι κράμα

Cu (55.70%), Pb (9.54%), Sn (5.48%) και Ag (0.96%).

H επιφάνεια του νομίσματος είναι σχετικά λεία και καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος

από επικαθίσεις χώματος (αργιλοπυριτικά όπως δείχνει και η ανάλυση του SEM).

Όπου, δεν υπάρχουν επικαθίσεις χώματος, στα ανώτερα σημεία, η επιφάνεια

καλύπτεται από ένα σκούρο πράσινο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του χαλκού

(πατίνα). Στην εμπρόσθια όψη στα ανώτερα σημεία, της επιφάνειας, πάνω από το

σκούρο πράσινο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του χαλκού εντοπίζεται λεπτό

στρώμα χώματος.

Στόχος καθαρισμού είναι η απομάκρυνση του στρώματος των επικαθίσεων χώματος

και η διατήρηση της πράσινης πατίνας.

17

o r

Εικ. 28. Xάλκινο νόμισμα (NM03), Φόλλις, Κωνσταντίνος Α΄ (307-337 μ.Χ.), νομ. Λυών, 313-317 μ.Χ., NM

Παλιά Συλλογή-Διάφορα. B: 2,635 γρ.


(reform) to Zeno, Oxford 1982, σ. 174, αρ. 86.

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Cu (85.44%), Sn(6.97%),

Pb (3.15%), Ag (1.07%), όπως είδαμε από την ανάλυση του Ηλεκτρονικού

Μικροσκόπιου Σάρωσης (SEM), σε σχετικά απογυμνωμένη επιφάνεια.

Στην εμπρόσθια θέση είχαμε μια επιφάνεια σχετικά λεία, στις περιοχές όπου δεν

εντοπίζονταν κρούστες. H επιφάνεια αυτή καλυπτόταν στο μεγαλύτερο μέρος της από

ένα καφέ στρώμα πατίνας; (οξειδίων του χαλκού;). Eνδεχομένως να υπήρχαν ίχνη

από στρώμα; αργύρου. Στα ανώτερα σημεία η επιφάνεια είχε σχεδόν απογυμνωθεί

και φαινόταν ο πυρήνας, άλλα ίσως η ανώτερη επιφάνεια να καλυπτόταν από ένα

πολύ λεπτό κίτρινο στρώμα οξειδίων. Kρούστες κυρίως πράσινου αλλά και μπλε

χρώματος καλύπταν τις εσοχές μαζί με επικαθίσεις χώματος. Στην οπίσθια όψη η

ποιότητα της επιφάνειας καθώς και η διάβρωση είναι παρόμοιες με εκείνες της

εμπρόσθιας όψης.

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση των επικαθίσεων

χώματος καθώς και των πράσινων και μπλε προϊόντων από την επιφάνεια και η

διατήρηση της πατίνας; Παράλληλα προσπαθήσαμε να εντοπίσουμε πιθανό στρώμα

του Ag.

o r

Εικ. 29. Aργυρό νόμισμα (NM04), τετράδραχμο Aθήνα, 390-295 π.X., NM Π.K. αύξ. αρ. 35. B: 17,253 γρ.

Sylloge Nummorum Graecorum, Deutschland, Staatliche Münzsammlung München, Heft 14:Attika, Megaris,

Ägina, München 2002, αρ. 90-98

18

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Ag (84.97%), Cu (0.47%), όπως

φάνηκε από ανάλυση με SEM, σε σημείο της επιφάνειας χωρίς χώματα, με πολύ

λεπτό στρώμα πατίνας. Aπό τα αποτελέσματα του SEM στο συγκεκριμένο σημείο,

φαίνεται ότι υπάρχει AgCl: Cl (4.93%) και ίσως Ag2S: S(0.38%).

Στην οπίσθια όψη η επιφάνεια είναι λεία. H επιφάνεια εδώ καλύπτεται στο

μεγαλύτερο μέρος της και κυρίως στις εσοχές, από χώμα (αφράτο) με εγκλείσματα.

Όπου δεν υπάρχει χώμα ένα μαύρο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του αργύρου

(οξείδια του Ag). Aπό το SEM βλέπουμε μια υψηλή περιεκτικότητα σε χλώριο σε

περιοχή με τέτοιο στρώμα (AgCl ). Στα ανώτερα σημεία έχει αποκαλυφθεί ο

μεταλλικός πυρήνας (το SEM εδώ δίνει υψηλότατη περιεκτικότητα σε άργυρο).

Στην εμπρόσθια θέση είχαμε την ίδια λεία επιφάνεια ενώ η διάβρωση είναι παρόμοια

με αυτήν της οπίσθιας πλευράς. Επιπλέον κοντά στην περιφέρεια πίσω από το κεφάλι

εμφανίζονται προϊόντα σιδήρου στο στρώμα του χώματος.

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση των στρωμάτων

χώματος και χλωριούχου αργύρου (AgCl) και η διατήρηση της πατίνας.

o r

Εικ. 30. Aργυρό νόμισμα (NM05), Aντωνιανός, Γορδιανός Γ΄, 238-244 μ.Χ., NM Π.K. αύξ. αρ. 44. B: 3,590 γρ.

A.S., Robertson, Roman Imperial Coins in the Hunter Coin Cabinet, University of Glasgow, vol. III: Pertinax to

Aemilian, Oxford 1977, σ. 198, αρ. 55.

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Ag (24.22%), Cu (47.30%), Pb

(1.44%).

Στην εμπρόσθια θέση είχαμε επιφάνεια είναι λεία κατά τόπους, όπου δεν εντοπίζονται

κρούστες. H επιφάνεια σε αυτήν την πλευρά καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος από

πράσινες κρούστες μαζί με εύθρυπτα προϊόντα (χλωριούχα και προϊόντα μολύβδου;)

καθώς και επικαθίσεις χώματος, (αργιλοπυριτικά όπως δείχνει και η ανάλυση του

SEM). Στην περιοχή γύρω από τη μύτη εντοπίζεται αζουρίτης. Στις περιοχές όπου δεν

εντοπίζονται πράσινα προϊόντα, η επιφάνεια καλύπτεται από σχετικά λεπτό γκρι –

μαύρο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του αργύρου.

Στην οπίσθια όψη η επιφάνεια είναι παρόμοια με εκείνη της εμπρόσθιας.. Κυρίως,

στις περιοχές όπου εντοπίζονται οι κρούστες, εντοπίζονται πάνω από αυτές

επικαθίσεις χώματος, (αργιλοπυριτικά όπως δείχνει και η ανάλυση του SEM). H

επιφάνεια καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος από πράσινες κρούστες μαζί με

εύθρυπτα προϊόντα (χλωριούχα και προϊόντα μολύβδου;). Δεξιά και κάτω της ορθίας

μορφής εντοπίζεται αζουρίτης. Στις περιοχές όπου δεν εντοπίζονται πράσινα

προϊόντα, η επιφάνεια καλύπτεται από γκρι – καφέ στρώμα προϊόντων διάβρωσης του

αργύρου.

19

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι H απομάκρυνση των προϊόντων

διάβρωσης και των επικαθίσεων χώματος.

o r

Εικ. 31. Aργυρό νόμισμα (NM06), στατήρας, Kόρινθος, α΄ μισό 4ου αιώνα π.Χ., NM Π.K. αύξ. αρ. 127. B: 8,444 γρ.

Ο.Ε. Ravel, Les «Poulains» de Corinthe, vol. II, London 1948, αρ. 1017.

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Ag (68.73%), Cu (2.06%), Pb

(1.66%), Sn (13.11%) SEM, σε σημείο της επιφάνειας χωρίς χώματα, με πολύ λεπτό

στρώμα πατίνας. Aπό τα αποτελέσματα του SEM στο συγκεκριμένο σημείο, φαίνεται

ότι υπάρχει AgCl: Cl (3.50%) και ίσως Ag2S: S(1.06%).

Στην εμπρόσθια θέση η επιφάνεια είναι σχετικά λεία, αλλά στα σημεία όπου έχει

εμφανιστεί πυρήνας εμφανίζεται σαγρέ. H επιφάνεια καλύπτεται στο μεγαλύτερο

μέρος της από κόκκινο-πορτοκαλί-καφέ στρώμα προϊόντων διάβρωσης του σιδήρου

(από ανάλυση που κάναμε αργότερα με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο-SEM) βλέπουμε

μια υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο σε αυτές τις περιοχές). Στα ανώτερα σημεία η

επιφάνεια καλύπτεται από ένα λεπτό γκρι – μαύρο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του

αργύρου, το οποίο σε τρεις περιοχές έχει απομακρυνθεί και εμφανίζεται ο πυρήνας.

Kοντά στην περιφέρεια κάτω από τον Πήγασο και πάνω στο γκρι – μαύρο στρώμα

εμφανίζεται στρώμα χλωριούχου αργύρου;

Στην οπίσθια όψη η επιφάνεια είναι λεία. H επιφάνεια εδώ καλύπτεται από ένα λεπτό

γκρι – μαύρο στρώμα προϊόντων διάβρωσης του αργύρου με ιριδισμούς. Σε κάποιες

εσοχές εντοπίζεται πορτοκαλί προϊόν.

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση των στρωμάτων

προϊόντων διάβρωσης του αργύρου (AgCl) και η διατήρηση της πατίνας.

o r

Εικ. 32. Aργυρός νόμισμα (NM10), τετράδραχμο Αθηνών, 390-295 π.X., ΝΜ Π.K. αύξ. αρ. 35. B: 17,264 γρ.

Sylloge Nummorum Graecorum, Deutschland, Staatliche Münzsammlung München, Heft 14:Attika, Megaris,

Ägina, München 2002, αρ. 90-98.

20

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Ag (72.13%), [Cu (0.16%),

Sn(0.57%), Pb (0.36%)], όπως φάνηκε από ανάλυση με SEM, σε επιφάνεια με

προϊόντα διάβρωσης.

Στην εμπρόσθια θέση είχαμε επιφάνεια μη λεία. H επιφάνεια καλύπτεται από παχύ

στρώμα χλωριούχου αργύρου, ως διάβρωση. Στις περιοχές κοντά στις εσοχές

εντοπίζεται εντονότερη διάβρωση με εξογκώματα χλωριούχου αργύρου. Πάνω από το

στρώμα του χλωριούχου αργύρου εντοπίζονται κατά τόπους στίγματα μαύρου

προϊόντος σαν να είναι από μέταλλο;, αναγωγή; (σαν black spots στο χαλκό).

Στην οπίσθια όψη η επιφάνεια δεν είναι λεία. Λεπτό στρώμα επικαθίσεων χώματος

καλύπτει το πεδίο και τις εσοχές στη επιγραφή και στο σώμα της γλαύκας.

H επιφάνεια καλύπτεται από λεπτό στρώμα χλωριούχου αργύρου, ως διάβρωση. Στην

περιοχή του κεφαλιού της γλαύκας (μύτη και δεξί μάτι) η επιφάνεια καλύπτεται από

πολύ λεπτό στρώμα θειούχων προϊόντων;

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση του στρώματος AgCl,

η διατήρηση της αρχικής επιφάνειας και η αποκάλυψη των λεπτομερειών της

παράστασης.

o r

Εικ. 33. Xάλκινο νόμισμα (ΝΜ11), Urbs Roma, 330-337 μ.Χ., νομ. Κύζικος, ΝΜ Παλιά Συλλογή-Διάφορα. B: 2,142

γρ.


(reform) to Zeno, Oxford 1982, σ. 280, αρ. 16.

Ανάλυση με XRF στην πατίνα έδειξε πως πρόκειται για κράμα Cu και Pb.

H επιφάνεια είναι σχετικά λεία, στις περιοχές όπου δεν εντοπίζονται κρούστες και

καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος της από ένα πράσινο στρώμα πατίνας. Στα

ανώτερα σημεία η επιφάνεια καλύπτεται από ένα καφέ στρώμα οξειδίων. Kατά

τόπους εντοπίζονται εξογκώματα κυπρίτη και κρούστες πράσινου χρώματος μαζί με

επικαθίσεις χώματος.

Στόχος καθαρισμού είναι η απομάκρυνση των επικαθίσεων χώματος, των πράσινων

προϊόντων και μείωση των εξογκωμάτων κυπρίτη και διατήρηση της πατίνας.

21

o r

Εικ. 34. Xάλκινο νόμισμα (ΝΜ14) Φόλλις, Βυζαντινή αυτοκρατορία, 6ος αι μ.Χ., ΝΜ Παλιά Συλλογή - Διάφορα. B:

9,640 γρ.

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Cu. Δεν έχει γίνει ανάλυση της

επιφάνειας με SEM.

Στην εμπρόσθια θέση η επιφάνεια καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος της από

επικαθίσεις χώματος με εγκλείσματα οι οποίες σε κάποιες περιοχές έχουν μεγάλο

όγκο. Kάτω από τα χώματα διατηρείται ένα πράσινο στρώμα προϊόντων διάβρωσης

του χαλκού. Eντοπίζονται ογκώδη πράσινα εξογκώματα. Πρόκειται για εξογκώματα

κυπρίτη και κρούστες προϊόντων του χαλκού, πράσινου χρώματος.

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση του στρώματος και

όγκων χώματος, η διατήρηση της πατίνας και καθαρισμός των εξογκωμάτων

προϊόντων διάβρωσης (εξογκωμάτων κυπρίτη).

o r

Εικ. 35. Άσπρο τραχύ από κράμα (ΝΜ15), Αλέξιος Α΄ Κομνηνός (1081-1118), νομ. Κωνσταντινούπολις, 1092-

1118, ΝΜ Παλιά Συλλογή - Διάφορα. B: 2,825 γρ.

M. Hendy, Catalogue of the Byzantine Coins in the Dumbarton Oaks Collection and in the Whittemore Collection,

vol. 4: Alexius I to Michael VIII, part 1: Alexius I to Alexius V (1081-1204), Washington D.C. 1999, σ. 226-227,

αρ. 25a.1-25b.15.

Ανάλυση με XRF στην πατίνα έδειξε πως πρόκειται για κράμα Cu και Pb.

H επιφάνεια είναι σχετικά λεία, στις περιοχές όπου δεν εντοπίζονται κρούστες και

καλύπτεται στο μεγαλύτερο μέρος της από ένα πράσινο στρώμα πατίνας. Στα

ανώτερα σημεία η επιφάνεια καλύπτεται από ένα καφέ στρώμα οξειδίων. Kατά

22

τόπους εντοπίζονται εξογκώματα κυπρίτη και κρούστες πράσινου χρώματος μαζί με


Στόχος καθαρισμού είναι η απομάκρυνση των επικαθίσεων χώματος, των πράσινων

προϊόντων και μείωση των εξογκωμάτων κυπρίτη και διατήρηση της πατίνας.

o r

Εικ. 36. Aργυρό νόμισμα (ΝΜ18), δραχμή Ιστιαία, β΄ μισό 4ου αι. π.Χ., ΝΜ Π.K. αύξ. αρ. 182. B: 3,338 γρ.

B.V. Head. Catalogue of Greek Coins in the British Museum: Central Greece, London 1884, σ. 125, αρ. 1.

Το υλικό κατασκευής αποτελείται από ένα κράμα Ag. Δεν έχει γίνει ανάλυση της

επιφάνειας με SEM.

Στην εμπρόσθια θέση είχαμε επιφάνεια σχετικά λεία. Eμφανίζονται δενδρίτες.

Eντοπίζονται αρκετές εγχαράξεις. Oι εσοχές που παρατηρούνται καλύπτονται από

μαύρο στρώμα θειούχου αργύρου. Aνάμεσα στους δενδρίτες παρατηρείται επίσης

μαύρο προϊόν θειούχου αργύρου. Kατά τόπους στις εσοχές παρατηρούνται


Στην οπίσθια όψη η επιφάνεια είναι λεία. Παρουσιάζονται δενδρίτες διαγώνια πάνω

και αριστερά. Eντοπίζονται αρκετές εγχαράξεις. Έχουμε το ίδιο τύπο διάβρωσης σε

σχέση με την εμπρόσθια πλευρά.

Στόχος καθαρισμού σε αυτό το νόμισμα είναι η απομάκρυνση του στρώματος

θειούχου αργύρου και η διατήρηση της πατίνας.

o r

Εικ. 37. Aργυρό νόμισμα (ΝΜ22), Αντωνινιανός, Φίλιππος Α΄ Άραβας (244-249 μ.Χ.)., ΝΜ Π.K. αύξ. αρ.

230 B: 3,985 γρ. Robertson,

Roman Imperial Coins in the Hunter Coin Cabinet, University of Glasgow, vol. III: Pertinax to Aemilian,Oxford

1977; σ. 214, αρ.8.

23

Ανάλυση με XRF στην επιφάνεια έδειξε πως πρόκειται για κράμα Ag, Cu, Pb και Zn.

Η επιφάνεια είναι είναι σχετικά λεία και καλύπτεται κατά τόπους μαύρα προϊόντα

διάβρωσης. Στα ανώτερα σημεία η επιφάνεια καλύπτεται από ένα λεπτό γκρι – μαύρο

στρώμα προϊόντων διάβρωσης του αργύρου.

Στόχος του καθαρισμού είναι η απομάκρυνση των στρωμάτων προϊόντων διάβρωσης

και η διατήρηση της πατίνας, εφόσον σώζεται.

Ο κύριος στόχος αυτής της προσπάθειας ήταν να διερευνηθεί η χρήση του laser στον

καθαρισμό των αρχαίων νομισμάτων, από κράματα αργύρου και χαλκού, που

βρίσκονται σήμερα στο Νομισματικό Μουσείο της Αθήνας, στην Ελλάδα. Στο

πλαίσιο της έρευνας τα νομίσματα που επιλέχθηκαν, εκδόθηκαν σε τρεις

διαφορετικές ιστορικές περιόδους, αρχαία ελληνικά, ρωμαϊκά και βυζαντινά και

εμφάνιζαν διαφορετική σύσταση στο κράμα τους, διαφορετικό τύπο διάβρωσης με ή

χωρίς εναποθέσεις. Οι δοκιμές καθαρισμού εφαρμόστηκαν σε διαφορετικές περιοχές

του ίδιου νομίσματος, ώστε να έχουμε συγκριτικά αποτελέσματα.

24

Σε όλα τα νομίματα που παρουσιάζονται παραπάνω πραγματοποιήθηκαν δοκιμές

καθαρισμού με τη χρήση laser σε υγρές συνθήκες είτε σε ειδική βάση μετακίνησης

του νομίσματος κατά xyz, είτε με ένα οπτικό σύστημα μεταφοράς της φωτεινής

δέσμης του laser με οπτική ίνα.

Όλες οι διαδικασίες καθαρισμού καταγράφηκαν σε πίνακα που περιείχε στοιχεία για

την περιοχή της δοκιμής, τις συνθήκες καθαρισμού με laser και σχολιασμό για τον

καθαρισμό. Επιπροσθέτως, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ελέγχονταν τα

αποτέλεσματα του καθαρισμού με μικροσκόπιο προκειμένου να ελεγχτεί η μικροδομή

και η υφή της επιφάνειας των νομισμάτων και ή των προϊόντων και ακολουθούσε

φωτογραφική τεκμηρίωση από το μικροσκόπιο.

Αναλύσεις κυρίως με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM) και Φθορισμό

Ακτίνων Χ (XRF) πραγματοποιήθηκαν στην επιφάνεια των νομισμάτων πριν τις

διαδικασίες καθαρισμού και στις περισσότερες από τις δοκιμές καθαρισμού, οι οποίες

παρουσίαζαν ενδιαφέρον.

Όλες οι δοκιμές καθαρισμού καθώς και οι αναλύσεις σημειώθηκαν για κάθε νόμισμα

σε αρχεία φωτογραφιών στις αντίστοιχες όψεις που πραγματοποιήθηκαν.

Παρουσιάζονται ενδεικτικά τα αποτελέσματα των διαδικασιών καθαρισμού με τη

χρήση laser τριών νομίσματων (Εικ. 38 - 50). Πρόκειται για τα αργυρά τετράδραχμα

NM10 και NM04 που εκδόθηκαν στο νομισματοκοπείο της Αθήνας (390-295 π.Χ.)

και ο ρωμαϊκός Follis από κράμα χαλκού NM03 της περιόδου του Κωνσταντίνου Α

(313-317 μ.Χ.).

H επιφάνεια του πρώτου νομίσματος (NM10) καλύπτεται από παχύ στρώμα

προϊόντων του αργύρου (AgCl, AgBr) και εναποθέσεις εδάφους.

H επιφάνεια του δεύτερου νομίσματος (NM04) καλύπτεται από λεπτό στρώμα

θειούχου αργύρου (Ag2S) και εναποθέσεις εδάφους (Ca, Si, Al, Mg, Na). Τοπικά

εντοπίζεται στρώμα χλωριούχου αργύρου (AgCl).

H επιφάνεια του τρίτου νομίσματος (NM03) καλύπτεται από ένα καφέ στρώμα

οξείδωσης του χαλκού. Κατά τόπους και κυρίως στο πεδίο εμφανίζονται πράσινα

προϊόντα διάβρωσης του χαλκού καθώς και εναποθέσεις εδάφους (Fe, Mg, Al, Si, K,

Ca, S).

Πινάκας 1. Σύνθεση των κραμάτων των τριών νομισμάτων

Νόμισμα Ag Cu Sn Pb

ΝΜ10 72.13 0.16 0.57 0.36

ΝΜ04 84.97 0.47

ΝΜ03 1.07 85.44 6.97 3.15

25

A. Εμπρόσθια όψη του νομίσματος

ΝΜ10. Η επιφάνεια καλύπτεται

από ένα παχύ στρώμα AgCl, AgBr

και εναποθέσεις εδάφους (x4).

B. Οπίσθια όψη του νομίσματος

ΝΜ14. Η επιφάνεια καλύπτεται

από ένα λεπτό στρώμα Ag2S, και

τοπικά από εναποθέσεις εδάφους

και AgCl (x4).

C. Εμπρόσθια όψη του νομίσματος

ΝΜ03. Η επιφάνεια καλύπτεται από

καφέ στρώμα οξείδωσης του χαλκού

και κατά τόπους από πράσινα

προϊόντα διάβρωσης και εναποθέσεις

εδάφους (x4).

Εικ. 38. Φωτογραφίες μικροσκόπιου της μορφολογίας της επιφάνειας προς μελέτη νομισμάτων.

ο r

Εικ. 39. Οι δοκιμές καθαρισμού καθώς και οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στο ΝΜ10.

ο r


26

ο r


Από το σύνολο των δοκιμών καθαρισμού με τη χρήση laser που πραγματοποιήθηκαν

στα τρία νομίσατα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα καθαρισμού με ιδιαίτερο

ενδιαφέρον (Εικ. 42-50).

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C1 στο αργυρό νόμισμα ΝΜ10 με ακτινοβόληση

με LQS-Nd: YAG σε 1064nm στα 2 J/cm2 είχε εξαιρετικά αποτελέσματα (Εικ 42B).

Το παχύ στρώμα διάβρωσης σχεδόν διαχωρίστηκε από την αρχική επιφάνεια κατά τη

διάρκεια του καθαρισμού με laser. Φαίνεται ότι αυτές οι συνθήκες ακτινοβόλησης

μειώνουν τη συνοχή του στρώματος του χλωριούχου αργύρου από το υποκείμενο

στρώμα ή την αρχική επιφάνεια. Στη συνέχεια το στρώμα διάβρωσης αφαιρέθηκε

μηχανικά με τη βοήθεια καμπύλης βελόνας. Αρχικά η ακτινοβόληση ξεκίνησε από

πολύ χαμηλότερη πυκνότητα ενέργειας στα 0,55 J/cm2 και κατά τη διαδικασία αυτής

της δοκιμής παρατηρήθηκε μεταβολή στο κυρίως στο χρώμα αλλά και την ηφή των

προϊόντων διάβρωσης (Εικ.42Α). Στη συνέχεια, περαιτέρω ακτινοβολήσεις σε

υψηλότερες πυκνότητες ενέργειας αποκάλυψαν την αρχική επιφάνεια, η οποία είχε

διατηρήσει όλες τις λεπτομέρειες της παράστασης του νομίσματος. Ανάλυση στην

περιοχή μετά το καθαρισμό με τη βοήθεια του SEM έδειξε ότι επιφάνεια που

αποκαλύφθηκε καλυπτόταν από ένα πολύ λεπτό στρώμα των προϊόντων διάβρωσης

(Mg, Si, Ca, Fe, Cl και Br) (Εικ. 52C).

A. Η επιφάνεια των προϊόντων

διάβρωσης κατά τη διάρκεια του

καθαρισμού με 1064 nm LQS

NdYAG, 0.55 – 4.00 J/cm2 μετά από

1-5 shots (x 8).

B. Η ίδια περιοχή μετά τον καθαρισμό

με 1064 nm LQS NdYAG, 4.00 J/cm2

13-17 shots (x 8).

C. Εικόνα από το SEM (1064 nm

LQS NdYAG, 4.00 J/cm2 13-17

shots) (x150).

Εικ. 42. Φωτογραφίες οπτικού και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου της μορφολογίας της επιφάνειας του νομίσματος

ΝΜ10.

27

Ανάλυση των περιοχών πραγματοποιήθηκε και με την μέθοδο XRF όπου

εξετάστηκαν διάφορες περιοχές και έδωσαν αντίστοιχα αποτελέσματα με αυτά του

SEM στην ύπαρξη χλωριούχου αργύρου στην καθαρισμένη περιοχή, ενώ ίχνη από

χαλκό, μόλυβδο, μαγγάνιο, πυρίτιο, ασβέστιο, σίδηρο και βρώμιο ανιχνεύτηκαν (Εικ.

43).

10 20

100

101

102

103

Cu

PbAg

Ag

Rh

Br

Fe

CaCl

Pb

Ag

Co

un

tsEnergy (keV)

NM_10a_measurement1

Εικ.43. Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φάσμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ10 που έχει καθαριστεί

με laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm

Σε διάφορες μη καθαρισμένες περιοχές επικρατούσε ο άργυρος ως κύριο στοιχείο με

δευτερεύοντα το ασβέστιο και το σίδηρο, ενώ ίχνη , όπως Mg, Si, Cl, Ti, Cr, Mn, Cu,

Pb, Br μαρτυρούσαν την ύπαρξη κάποιων εναποθέσεων του εδάφους (Εικ.54α, 54

β)

3 6 9 12 15 18 21 24 2710

0

101

102

103

104

Ti

Mn

Pb Ag

Ag

Rh

Cr

Br

Cu

Fe

Ca

Cl

Pb

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_10b_measurement2

Εικ. 44α. Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φάσμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ10 πριν τον

καθαρισμό.

28

3 6 9 12 15 18 21 24 27

100

101

102

103

SiTi

Mn

Ag

Ag

Rh

Br

Cu

Fe

Ca

ClAg

Counts

Energy (keV)

NM_10c_measurement3

Εικ. 44.β Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φάσμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ10 πριν τον

καθαρισμό.

Με ποσοτική και ποιοτική ανάλυση XRF του αργύρου σε μια τετραγωνική περιοχή

1x1 mm2 με βήμα ανάλυσης 0,25 mm ανα 50 sec είχαμε τα ακολούθα αποτελέσματα:

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Relative x position (mm)

Rel

ativ

e y

po

siti

on

(m

m)

44500

48950

49000

Ag-K

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


Rel

ativ

e y

po

siti

on

(m

m)

32000

35333

38667

42000

Ag-L

Εικ..45. Ανάλυση XRF του Αg σε μια τετραγωνική περιοχή 1x1 mm2 του νομίσματος ΝΜ10 που έχει καθαριστεί

με laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


Rel

ativ

e y

po

siti

on

(m

m)

22000

24333

26667

29000

Cl-K

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0


Rel

ativ

e y

po

siti

on

(m

m) 8000.0

9250.010500117501300014250155001675018000

Br-K

Εικ.46. Ανάλυση XRF του χλωρίου και του βρώμιου σε μια τετραγωνική περιοχή 1x1 mm2 του νομίσματος ΝΜ10

που έχει καθαριστεί με laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm

Όσο αφορά την ποιοτική και ποσοτική μεταβολή των κορυφών του κύριου στοιχείου

του κράματος Αg και στοιχείων της διάβρωσης Cl-Kα και Br-Kα βλέπουμε ότι η

περιοχή που καθορίστηκε είναι ομοιόμορφη, αφού τα χρώματα της επιφάνειας

διαφέρουν προσεγγιστικά κατά 10%. Η κατανομή του Cl-Kα και του Ag-Lα είναι

29

παρόμοια, δηλώνοντας την δημιουργία χλωριούχου άργυρο στην επιφάνεια (Εικ.45,

46).

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C1 στο αργυρό νόμισμα ΝΜ04 με ακτινοβόληση

με laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm είχε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η

απομάκρυνση των εναποθέσεων του εδάφους και των προϊόντων διάβρωσης φάνηκε

να σχετίζεται με τη συνεκτικότητα τους με το υποκείμενο στρώμα ή την αρχική

επιφάνεια, από τις τιμές της πυκνότητας ενέργειας και από τον αριθμό των

επαναλήψεων. Ακτινοβόληση με laser στα 0,31-0,55 J/cm2 κατάφερε να αφαιρέσει

εν μέρει τις κρούστες και εναποθέσεις του εδάφους (Εικ.47A), ενώ υψηλότερη

πυκνότητα ενέργειας πέτυχε την απομάκρυνση του στρώμαος του χλωριούχου

αργύρου (AgCl), αφήνοντας άθικτο το υποκείμενο στρώμα του θειούχου αργύρου

(Ag2S) όπου υπήρχε (Εικ.47B).

Η επιφάνεια που αποκαλύφθηκε μετά την επανάληψη του καθαρισμού με laser, ήταν

ματ, ενώ ορισμένα προϊόντα χλωρίου και εναποθέσεις του εδάφους παρέμειναν (ίχνη

Cl, Mg και Si) (Εικ. 47C).

A. Η επιφάνεια των προϊόντων

διάβρωσης κατά τη διάρκεια του

καθαρισμού με 1064 nm LQS

NdYAG, 0.31-0.55 J/cm2 1-8 shots (x

5).

Β. Η ίδια περιοχή μετά τον

καθαρισμό με 1064 nm LQS

NdYAG, 0.31-2.1 J/cm2 16-23 shots

(x 5).

C. Εικόνα από το SEM (1064 nm

LQS NdYAG, 0.31-2.1 J/cm2 16-

23 shots) (x300).


ΝΜ04.

Ανάλυση των περιοχών που πραγματοποιήθηκε και με τη μέθοδο XRF επιβεβαίωσε

την ύπαρξη χλωριούχου αργύρου στις «σκουρόχρωμες» περιοχές, ενώ στην

καθαρισμένη περιοχή με χρήση του laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm στα 0,31-0,55

J/cm2 ανιχνεύτηκαν ίχνη από χαλκό, μόλυβδο και βηρύλλιο (Εικ. 48).

3 6 9 12 15 18 21 24 27

102

103

104

Cu BiPb Ag

Ag

Rh

Cl

Pb

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_4a

Εικ. 48. Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φάσμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ04 που έχει καθαριστεί

με laser LQS Nd: YAG στα 1064 nm στα 0,31-0,55 J/cm2

30

Στις μη καθαρισμένες περιοχές ανιχνεύτηκαν στοιχεία όπως Cl, Ca, Ti, Cr, Nm, Fe

(Εικ.49.α, Εικ.49.β).

3 6 9 12 15 18 21 24 27

100

101

102

103

104

Mn

Bi

Ti

Cr

Pb Ag

Ag

RhCu

Fe

Ca

Cl

Pb

Ag

Counts

Energy (keV)

NM_4b

Εικ.49.α Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φασμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ04 πριν το καθαρισμό.

3 6 9 12 15 18 21 24 27

100

101

102

103

104

AgMn

Cr

Ti

CaFe

SiPb Ag

Ag

RhCu

FeCa

Cl

PbK

Counts

Energy (keV)

NM_4c

Εικ.49.β Φωτογραφία της μέτρησης XRF και φασμα XRF της περιοχής του νομίσματος ΝΜ04 πριν το καθαρισμό.

Οι δοκιμές καθαρισμού στη περιοχή C1-4 στο χάλκινο νόμισμα ΝΜ03 με

ακτινοβόληση με LQS Nd: YAG laser στα 1064 nm είχαν σαν αποτέλεσμα την

διατάραξη της πατίνας, χωρίς να απομακρυνθούν οι κρούστες προϊόντων διάβρωσης.

Το Free Nd: YAG στα 1064nm, στην ίδια περιοχή, έδωσε αρκετά ικανοποιητικά

αποτελέσματα, αφαίρεσε μέρος των πράσινων προϊόντων διάβρωσης και των

κρουστών, κατά τις πρώτες βολές, αλλά επανάληψη της ίδιας ακτινοβολίας στα

προϊόντα που παρέμεναν, είχε ως αποτέλεσμα την αφαίρεση της πατίνας και την

εμφάνιση θερμικών αποτελεσμάτων στην αρχική επιφάνεια, με τη μορφή

σταγονιδίων (Εικ. 50A). Η ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM) της

καθαρισμένης περιοχής με Free lasing NdYAG 1064nm στα 0.4-1.6 J/cm2

επιβεβαίωσε το θερμικό αποτέλεσμα επάνω στα γράμματα C, O και N μετά την

επίδραση του laser με την μορφή σφαιριδίων. Η ανάλυση πάνω σε αυτήν την περιοχή

δείχνει τα μέταλλα Cu, Pb, Sn, τα οποία είχαν λιώσει και ξαναψυχθεί. Περαιτέρω

ανάλυση SEM με χαμηλότερη τάση (στα 10 kV) για να μη συμμετέχουν τα πίσω

στοιχεία, έδειξε παραπάνω Pb και Sn (Εικ. 50B).

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C5 στο ΝΜ03 με ακτινοβόληση με QS-Nd: YAG

στα 266 nm έδειξε ότι τα πράσινα προϊόντα διάβρωσης και οι κρούστες

απομακρύνονται εν μέρει, ενώ περαιτέρω ακτινοβόληση με χαμηλή πυκνότητα

ενέργειας (~ 0,5 J/cm2) είχε ως αποτέλεσμα την διατάραξη του στρώματος οξείδωσης

(υπέρ-καθαρισμός) (Εικ. 50C). Η ποιοτική και ποσοτική ανάλυση με το ηλεκτρονικό

μικροσκόπιο-SEM-EDX αποκάλυψε ότι έχουν παραμένει προϊόντα διάβρωσης,

31

κρούστες και εναποθέσεις, συμπεριλαμβανομένων των χλωριούχων προϊόντων (Εικ.

50D).

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C6 στο ΝΜ03 με ακτινοβόληση με laser Q-

Switched Nd: YAG στα 1064nm έδωσε ένα μάλλον επιτυχημένο καθαρισμό για τα

πράσινα προϊόντα διάβρωσης, κρούστεων και επικαθήσεων, αλλά διατάραξε το

στρώμα οξείδωσης (υπέρ-καθαρισμός) (Εικ.50Ε). Στην ανάλυση με SEM-EDX

διαπιστώθηκε ότι αν και ο καθαρισμός με laser είχε επιτύχει ένα πολύ ομοιογενές

αποτέλεσμα, εξακολουθούσαν να υπάρχουν προϊόντα διάβρωσης Cl,

συμπεριλαμβανομένων και των κρούστεων, ενώ με οπτική μικροσκοπία φαίνεται ότι

το στρώμα της οξείδωσης (επιφάνεια καθαρισμού) βρίσκεται κάτω από την αρχική

επιφάνεια (επιφάνεια που πρέπει να διατηρηθεί) (Εικ.50F).

A. 1064 nm Free Nd:YAG, 0.4 – 1.6

J/cm2 16-23 shots (x 5).

B. SEM image 1064 nm Free

Nd:YAG, 0.4 – 1.6 J/cm2 16-23

shots (x 5).

C. 266 nm QS Nd:YAG, 1.5 – 2.8

J/cm2 16-23 shots (x 8).

D. SEM image (266 nm QS

Nd:YAG, 1.5 – 2.8 J/cm2 16-23

shots) (x300)

E. 1064 nm QS-Nd:YAG, 0.34 –

0.68 J/cm2 16-23 shots (x3.14).

F. SEM image (1064 nm QS-

Nd:YAG, 0.34 – 0.68 J/cm2 16-23

shots) (x300).


ΝΜ03 μετά τις δοκιμές καθαρισμού.

Οι παραπάνω δοκιμές καθαρισμού με laser πραγματοποιήθηκαν πάνω σε ειδική βάση

μετακίνησης του νομίσματος κατά xyz στις περιπτώσεις όπου τα προϊόντα

παρουσίαζαν μεγαλύτερη ομοιογένεια ενώ στις περιπτώσεις όπου ο τύπος της

διάβρωσης ήταν έντονος και τα προϊόντα ανομοιογενή το οπτικό σύστημα μεταφοράς

της φωτεινής δέσμης του laser με οπτική ίνα φάνηκε πιο αποτελεσματικό.

32

Το τελευταίο νόμισμα που αναφέρεται παραπάνω και το οποίο παρουσίασε

«σταγονίδια» από θερμική επίδραση σε διάφορες περιοχές καθαρισμού είναι μία από

τις περιπτώσεις που διαπιστώσαμε αυτή την ανεπιθύμητη δράση του laser. Για να

μελετήσουμε περαιτέρω τις θερμικές επιδράσεις, που μπορεί να προκείψουν κατά

την διάρκεια ακτινοβολήσεων με την χρήση laser μελετήθηκαν και άλλα νομίσματα

που παρουσίασαν σταγονίδια από θερμικές επιδράσεις, όπως τα νομίσματα ΝΜ06 και

ΝΜ18.

Εικ. 51. Οι δοκιμές καθαρισμού καθώς και οι

αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στο ΝΜ06. Εικ..52.Ακτινοβοληση του νομίσματος ΝΜ06 με1064

nm LQS NdYAG, 0.55-2,1 J/cm2 1-8 shots

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C1 στο αργυρό νόμισμα ΝΜ06 με το LQS

Nd:YAG 1064 nm στο νόμισμα ΝΜ06, έδωσε σχετικά ικανοποιητικά αποτελέσματα.

O καθαρισμός των επικαθίσεων του σιδήρου με αυτό το laser έμοιαζε με το μηχανικό

καθαρισμό, όπου οι κρούστες απομακρύνονται με «τίναγμα». H επιφάνεια από την

επανάληψη του καθαρισμού είναι ματ σαν να μην είναι μεταλλική. Παρόλα αυτά το

ίδιο αποτέλεσμα δίνει και ο χημικός καθαρισμός για την απομάκρυνση των

συγκεκριμένων προϊόντων.

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C4 στο αργυρό νόμισμα ΝΜ06 με QS-Nd:YAG

532 nm 0,28 J/cm2

με 0,5 Hz, σε υγρές συνθήκες, με μια μόνο σάρωση παρατηρήθηκε

μερική αφαίρεση της διάβρωσης του αργύρου και των εναποθέσεων από το έδαφος

κυρίως στην περιοχή των υψηλών ανάγλυφων. Με εξέταση στο οπτικό μικροσκόπιο η

επιφάνεια δεν φαίνεται ομοιογενής και εντοπίζονται κάποιοι κρύσταλλοι αργύρου.

Περαιτέρω εξέταση σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με μεγέθυνση x1200 εντόπισε τα

«σταγονίδια» των θερμικών επιδράσεων.

33

Εικ. 53.Φωτογραφία SEM του νομίσματος ΝΜ06 ακτινοβολημένο με QS Nd:YAG στα 532 nm, 0.28 J/cm2, 0,5

Hz, (x 1200).

34

3 6 9 12 15 18 21 24 2710

0

101

102

103

104

Si

BiBiAu

Zn

Pb

Ag

Ag

RhBr

Cu

FeCa

Cl

Pb

Ag

Counts

Energy (keV)

NM_18a

3 6 9 12 15 18 21 24 2710

0

101

102

103

104

Si

BiBiAu

Zn

Pb

Ag

Ag

RhBr

Cu

Fe

Ca

Cl

Pb

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_18c

Εικ..54. Φωτογραφία μέτρησης και φάσμα XRF του νομίσματος 18 πριν τον καθαρισμό

Με XRF ανάλυση του νομίσματος ΝΜ18 είδαμε ότι έχουμε να κάνομε με κράμα

αργύρου και δευτερεύοντα στοιχείο το Fe και το Cu. Στην περιοχή αυτή βρέθηκαν

ίχνη από Si, Cl, Ca, Fe, Br, Au, Pb, Bi (Εικ.54.)

Εικ.55.Φωτογραφία νομίσματος ΝΜ18,

εμπρόσθια πλευρά, από οπτικό

μικροσκόπιο που ακτινοβολήθηκε με

LQS Nd:YAG 1064 nm (0,35-0,95

J/cm2)

Εικ. 56.Φωτογραφία νομίσματος

ΝΜ18, οπίσθια πλευρά, από οπτικό

μικροσκόπιο που ακτινοβολήθηκε με

Free -Nd:YAG 1064 nm με

πυκνότητα ενέργειας μεγαλύτερη η

ίση του 6,5 J/cm2

Εικ. 57.Φωτογραφία νομίσματος

ΝΜ18, εμπρόσθια πλευρά, από

οπτικό μικροσκόπιο που

ακτινοβολήθηκε με QS -Nd:YAG

266 nm με πυκνότητα ενέργειας

0,62 J/cm2

Mε ακτινοβόληση στην εμπρόσθια πλευρά με το Nd:YAG 1064 nm, LQS (0,35-0,95

J/cm2) (Εικ.55.)

και Free (0,8-3,2 J/cm

2) στις συγκεκριμένες συνθήκες τα

αποτελέσματα κρίνονται ικανοποιητικά. Kατά τον καθαρισμό, κάτω από τις

επικαθίσεις εμφανίζεται χλωριούχο προϊόν. Aυτό σημαίνει ότι ο καθαρισμός

προχώρησε κατά στρώματα. Παρόλο που δεν είχαν απομακρυνθεί όλες οι

επικαθίσεις, τα αποτελέσματα των καθαρισμών κρίνονται ικανοποιητικά και είναι

σαν να μην το έχει πιάσει «χέρι».

Κατά την ακτινοβόληση του νομίσματος ΝΜ18 στην οπίσθια πλευρά με με Free

Nd:YAG στα 1064 nm και με πυκνότητα ενέργειας μεγαλύτερη η ίση του 6,5 J/cm2

35

με μια μόνο σάρωση ξεκίνησαν τα θερμικά αποτελέσματα στον άργυρο πάνω στους

δενδρίτες σε μορφή σταγονίδιων σε παράλληλους άξονες και σε όλη την επιφάνεια

ακτινοβόλησης. Η επιφάνεια επιπλέον απόκτησε καφέ απόχρωση (Εικ.56).

A. Φωτογραφίες από SEM του

νομίσματος 18 ακτινοβολημένο με

LQS Nd: YAG 1064 nm, 0.25 –

0.95 J/cm2, 1Hz, 6-9 shots, in wet

conditions (x 1200).

B. Φωτογραφίες από SEM του


QS NdYAG 266 nm, 0.625 J/cm2, 5

Hz in wet conditions, scanning 2

times (x5000).

C. Φωτογραφίες από SEM του


QS Nd: YAG 1064 nm, 0.22 J/cm2,

1 Hz, in wet conditions, 6 shots

(x1200).

Εικ.58.Φωτογραφίες από SEM του νομίσματος 18 ακτινοβολημένο με διάφορα lasers

Το νόμισμα ΝΜ18 ακτινοβολήθηκε στην περιοχή της φιγούρας ..Α από LQS Nd:

YAG στα 1064 nm με 0,25 - 0,95 J/cm2, 1 Hz, 6-9 παλμούς, σε υγρές συνθήκες, με

ένα σύστημα οπτικών ινών μετάδοσης δέσμης. Μέσω της μικροσκοπία εξετάσαμε και

είδαμε ότι η ακτινοβολία laser οδήγησε σε ικανοποιητική απομάκρυνση των

προϊόντων διάβρωσης του αργύρου και εκείνων που προέρχονται από το έδαφος και

σε προσωρινή αλλοίωση της επιφάνειας η οποία είχε αποκτήσει χρώμα κόκκινο.

Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκαν θερμικά αποτελέσματα. Μόνο στην ανάλυση SEM με

x1200 μεγέθυνση φάνηκε η ύπαρξη των θερμικών αποτελεσμάτων, όπως πολύ μικρά

σταγονίδια στην αρχική επιφάνεια (Εικ. 58Α).

Μια άλλη περιοχή του νομίσματος ΝΜ18 ακτινοβολήθηκε με QS Nd:YAG στα 266

nm με 0,625 J/cm2, 5 Hz σε υγρές συνθήκες, σε μια XY μικρο-ρυθμιζόμενη βάση. Η

μικροσκοπική εξέταση έδειξε ότι η ακτινοβολία laser οδήγησε σε μερική αφαίρεση

των προϊόντων διάβρωσης του αργύρου και των καταθέσεων του εδάφους, ιδίως στο

ανώτερο τμήμα του ανάγλυφου. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκαν θερμική

αποτελέσματα. Μόνο στην ανάλυση SEM, με x5000 μεγέθυνση έδειξε την ύπαρξη

των θερμικών αποτελεσμάτων, όπως πολύ μικρά σταγονίδια σε ανομοιογενή αρχική

επιφάνεια (Εικ. 58Β). Η XRF ανάλυση μας έδειξε σε αυτήν την περιοχή

ακτινοβόλησης, επικράτηση του αργύρου και δευτερεύοντα του χαλκού και ίχνη από

Mg, Si, Cl, Fe, Br, Au, Pb, Bi.(Εικ 59).

3 6 9 12 15 18 21 24 2710

0

101

102

103

104

Si

BiBiAu

Zn

Pb

Ag

Ag

RhBr

Cu

Fe

CaCl

Pb

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_18b

Εικ.59. Φωτογραφία μέτρησης και φάσμα XRF του νομίσματος ΝΜ18 μετά από ακτινοβόληση με QS -Nd:YAG

36

266 nm με πυκνότητα ενέργειας 0,62 J/cm2

Μια άλλη περιοχή του νομίσματος ΝΜ18 ακτινοβολήθηκε με QS Nd:YAG στα 1064

nm με 0,22 J/cm2, 1 Hz, σε υγρές συνθήκες, 6 παλμούς πάνω σε μια XY μικρο-

ρυθμιζόμενη βάση. Η μικροσκοπική εξέταση έδειξε ότι η ακτινοβολία laser έδωσε

ικανοποιητικά αποτελέσματα με απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης αργύρου

και των καταθέσεων του εδάφους, αλλά εντέλει η επιφάνεια που απομένει αποκτά μια

κοκκινωπή εμφάνιση. Σε αντίθετη με την προηγούμενη περιοχή επεξεργασία,

ανάλυση με SEM και με μεγέθυνση x1200 έδειξε μικρότερο βαθμό των θερμικών

αποτελεσμάτων, όπως πολύ μικρά σταγονίδια στην αρχική επιφάνεια (Εικ.58C).

Ανάλυση με XRF μας έδειξε ίχνη από Cl, Ca, Fe, Br, Au, Pb, Bi, ενώ υπερτερεί ο

άργυρος και δευτερεύοντα ο χαλκός. (Εικ. 60.).

3 6 9 12 15 18 21 24 27

100

101

102

103

104

Si

BiBiAu

Zn

Pb

Ag

Ag

RhBr

Cu

Fe

Ca

Cl

Pb

Ag

Counts

Energy (keV)

NM_18d

Εικ.60. Φωτογραφία και φάσμα από ανάλυση XRF του νομίσματος ΝΜ18 ακτινοβολημένο με QS Nd: YAG 1064

nm, 0.22 J/cm2, 1 Hz, σε υγρές συνθήκες και 6 παλμούς.

Δεδομένου ότι το Free Nd:YAG 1064nm σε σχέση με το Long Q-switched δίνει

θερμικά αποτελέσματα αποφασίσαμε να το χρησιμοποιήσουμε με σκοπό να

διαπιστώσουμε τη μορφή και την έκταση του θερμικού αποτελέσματος σε συνάρτηση

με την πυκνότητα ενέργειας. Διατηρώντας σταθερό το spot size στα 2 mm

χρησιμοποιήσαμε 200 mJ, 400 mJ, 600 mJ και 800 mJ σε τέσσερις γειτονικές

περιοχές (Εικ.61).

A. Φωτογραφία SEM που ακτνοβοληθηκε με Free

Nd:YAG στα 1064 nm, 200 mJ, spot size: 2 mm, 1

Hz, 1 shot (x1200).

B. Φωτογραφία SEM που ακτνοβοληθηκε με Free


Hz, 1 shot (x1200).

37

C. Φωτογραφία SEM που ακτνοβοληθηκε με Free


Hz, 1 shot (x1200).

D. S Φωτογραφία SEM που ακτνοβοληθηκε με Free


Hz, 1 shot (x1200).

Εικ.61. Φωτογραφίες περιέχω του νομίσματος ΝΜ18, που ακτινοβολήθηκε με Free Nd:YAG στα 1064 nm και

πυκνότητες ενέργειας 6,5 J/cm2 - 25, 4 J/cm2

Με μικροσκοπική παρατήρηση φάνηκε ότι η επίδραση στην επιφάνεια του αργυρού

νομίσματος ήταν ήπια έως έντονη συναρτήσει της πυκνότητας ενέργειας. Περαιτέρω

εξέταση με SEM έδειξε ότι στην περιοχή (Εικ.61a) η επίδραση στην επιφάνεια ήταν

μικρή εντός του spot με μικρά σταγονίδια τα οποία είχαν δημιουργηθεί πάνω από

τους δενδρίτες. Στην περιοχή (Εικ.61b) παρατηρούνται σταγονίδια σε παράλληλη

διάταξη εντός του spot. Στην περιοχή (Εικ.61c) παρατηρούνται μεγάλα σταγονίδια

οριακά εντός του spot.. Στην περιοχή (Εικ. 61d) παρατηρούνται μεγαλύτερα

μορφώματα - σταγονίδια σε μεγαλύτερη έκταση από το spot. Ανάλυση με XRF στην

περιοχή (d) έδειξε ότι τα σταγονίδια που δημιουργήθηκαν στην επιφάνεια

διαφοροποιούνται από τη σύσταση του κράματος πριν την επίδραση, όπου

παρατηρούμε κυρίως άργυρο και χαλκό και ίχνη από Cl, Ca, Br, Au, Pb, Bi.

3 6 9 12 15 18 21 24 2710

0

101

102

103

104

Si

BiBiAu

Zn

Pb

Ag

Ag

RhBr

Cu

Ca

Cl

Pb

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_18e

Εικ.62. Φωτογραφία και φάσμα XRF περιοχής του νομίσματος ΝΜ18, που ακτινοβολήθηκε με Free Nd:YAG στα

1064 nm, 800 mJ, spot size: 2 mm, 1 Hz, 1 shot (x1200).

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Cl

Ag

Co

un

ts

Energy (keV)

NM_18a

NM_18b

NM_18c

NM_18d

NM_18e

Cl Br AgK AgL

0.01

0.1

1

Area (a)

Area (b)

Area (c)

Area (d)

Area (e)

Inte

nsi

ties

(cp

s/

A)

Line

α β

38

a b c d e0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

cps/

A

Area

Cl-K

c

Εικ.63. Ανάλυση των XRF φασμάτων του νομίσματος 18 πριν και μετά από διάφορους καθαρισμούς (α και c πριν

το καθαρισμο, b: QS Nd:YAG 266 nm, d:QS Nd:YAG 1064 nm, e: Free Nd:YAG 1064 nm

Παρατηρούμε ότι στις καθαρισμένες περιοχές να έχουμε λιγότερη ποσότητα χλωρίου

με μικρότερη κατά την ακτινοβόληση Free Nd:YAG στα 1064 nm, 800 mJ, spot size:

2 mm, 1 Hz, 1 shot (Εικ. 63b, Εικ. 63c), η παρουσία του αργύρου είναι πιο έντονη

κατά τον καθαρισμό με QS Nd:YAG στα 266 nm (Εικ. 63a).

Μελετήθηκε η κατανομή της θερμοκρασίας σε σχέση με την απόσταση κατά την

διάρκεια ακτινοβολήσεων με Long Q-switched και Free Nd:YAG laser, σε νεότερα

νομίσματα κραμάτων χαλκού και αργύρου.

Εικ. 64. Φωτογραφία ενός νεότερου

νομίσματος από κράμα χαλκού.

Εικ. 65. Φωτογραφία ενός νεότερου

νομίσματος από κράμα αργύρου.

39

0,0 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

Bronze melting Point

Ag melting Point

tem

pe

ratu

re o

C

mm distance

Cu melting Point

free 50 mj 4mm Ag

Free 50mj 4mm Cu

Free 50mj 2mmAg

Free 50mj 2mm Cu

α

0,0 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300


Ag melting Point

tem

pe

ratu

re o

C

mm distance

Cu melting Point

free 100 mj 4mm Ag

Free100mj 4mm Cu

Free 100mj 2mmAg

Free 100mj 2mm Cu

β

0,0 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200


Ag melting Point

tem

pe

ratu

re o

C

mm distance

Cu melting Point

Q 130 mj 4mm Ag

Q 130mj 4mm Cu

Q 130mj 2mmAg

Q 130mj 2mm Cu

c

Εικ. 66 77. Μετρήσεις θερμοκρασίας σε σχέση με την απόσταση από το σημείο ακτινοβόλησης

Η προσέγγιση αυτή της μελέτης της θερμοκρασίας είναι εξαιρετικά σημαντική, διότι

είναι πιθανό ο καθαρισμός με διαφορετικά μήκη κύματος laser Q-switched, Long Q-

switched, and Free Nd:YAG laser να προκαλέσει θερμικές επιδράσεις στην επιφάνεια

ενός νομίσματος, οι οποίες συνήθως δεν είναι ορατές με γυμνό μάτι, αλλά μπορούν

40

να εντοπιστούν με εξέταση στο οπτικό μικροσκόπιο. Με την χρήση των ειδικών

φακών και φίλτρων μικροσκοπίου, όπου θα κυματοδηγούνταν η δέσμη laser, καθώς

και μια ψηφιακή οθόνη θα ήταν δυνατόν να επικεντρωθεί υψηλής ποιότητας δέσμη

laser σε μικρές περιοχές που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για την ελαχιστοποίηση τυχόν

ζημιών πάνω στην επιφάνεια. Η εξέταση της μορφολογίας της προς μελέτη

επιφάνειας με SEM σε μεγεθύνσεις από x1200 – x5000 είναι πολύ χρήσιμη στην

εύρεση της ύπαρξης θερμικών επιδράσεων, πάνω στην αρχική επιφάνεια ή μεταξύ

των προϊόντων διάβρωσης ή των εναποθέσεων του εδάφους. Η ανάλυση με SEM της

σύστασης των σταγονιδίων ή γενικότερα μορφωμάτων μπορεί να οδηγήσει σε

ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Εν τέλει κράματα με Ag, Cu, Pb και Sn επέδειξαν πολύ

συχνά θερμικές επιδράσεις, ενώ μέσω της SEM ανάλυσης εντοπίστηκε ότι όλα τα

μέταλλα του κράματος μπορούν να συμμετάσχουν στη διαδικασία τήξης.

a b

c d

41

e f

g

Εικ. 67. Μέθοδος καθαρισμού νομισμάτων με τη χρήση ενός μικροσκόπιου, κάμερας και υπολογιστή

Κατά τη διάρκεια της έρευνας μας παρατηρήσαμε τη μεγάλη ευαισθησία που είχαν

κάποιες επιστρώσεις και διαβρώσεις, στις προσπάθειες καθαρισμού. Γι’ αυτό το λόγο

στήσαμε μια νέα διάταξη όπου με τη χρήση μικροσκόπιου, κάμερας, video, monitors

και κατάλληλου λογισμικού μπορούσαμε να παρακολουθούμε τον καθαρισμό κατά

τη διάρκεια της ακτινοβόλησης.

Στην Εικ. 67c, Εικ. 67e παρουσιάζεται η οθόνη PC, όπου γίνεται παρακολούθηση

δέσμης laser σε ειδικό πρόγραμμα της κάμερας Motic, που είναι ενσωματωμένη στο

προσοφθάλμιο του μικροσκοπίου. Στην Εικ.67α, 67

b, 67

d φαίνεται η διάταξη για τον

καθαρισμό μέσω μικροσκοπίου με το laser Nd:YAG 532 nm. Στην Εικ. 67f, 67g

απεικονίζεται ο καθαρισμός ενός νομίσματος με την χρήση της προαναφερόμενης

διάταξης και η πορεία καθαρισμού του.

Η τεχνική του καθαρισμού laser με χρήση μικροσκοπίου πρόσφερε τη δυνατότητα

εξαιρετικά εντοπισμένης επέμβασης στο αντικείμενο. Με αυτόν τον τρόπο έγινε

επικεντρωμένη αφαίρεση στρωμάτων φθοράς, σκουριών, αλλοιώσεων και άλλων

μικρών, ανεπιθύμητων και δύσκολων στην προσέγγιση επιστρώσεων (διαφορετική

απορρόφηση μεταξύ κυρίως υλικού και των διάφορων εναποθέσεων).

Από τον καθαρισμό που πραγματοποιήθηκε στα χάλκινα νομίσματα ΝΜ02, ΝΜ03,

ΝΜ11, ΝΜ14 και ΝΜ15 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του καθαρισμού στα δύο

χάλκινα νομίσματα ΝΜ02 και ΝΜ15.

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C6 στο ΝΜ02 με μηχανικά μέσα είχε σκοπό την

απομάκρυνση του χώματος και η αποκάλυψη του προστατευτικού πράσινο-μαύρου

στρώματος προϊόντων διάβρωσης (πάτινα) (Εικ. 68Α). Πραγματοποιήθηκε μηχανικός

καθαρισμός κάτω από το στερεομισκροσκόπιο, σε μεγέθυνση x12,5,

χρησιμοποιώντας νυστέρι και σκληρό τρίχινο πινέλο (Εικ. 68Β,C). Απομακρύνθηκε

το χώμα και αποκαλύφθηκε η πάτινα εύκολα και γρήγορα. Σε σύγκριση με την

εφαρμογή των lasers, στην περίπτωση της αφαίρεσης χώματος από την επιφάνεια

χάλκινων νομισμάτων, ο μηχανικός καθαρισμός είναι απόλυτα ελέγξιμος και δίνει τα

καλύτερα αποτελέσματα χωρίς να διαταράσσει το στρώμα της πάτινας.

42

Α. Οι δοκιμές καθαρισμού

καθώς και οι αναλύσεις που

πραγματοποιήθηκαν στο ΝΜ06.

Β. Η περιοχή του C6 μετά τον

καθαρισμό.

C. SEM image.

Εικ. 68. Φωτογραφική τεκμηρίωση και εικόνες οπτικού και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου της μορφολογίας της

επιφάνειας του νομίσματος ΝΜ03 μετά τις δοκιμές καθαρισμού.

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C5 στο ΝΜ15 με μηχανικά μέσα είχε σκοπό την

απομάκρυνση χωμάτων, πράσινου εύθρυπτου προϊόντος, πράσινων κρουστών και

καφεκόκκινων εξογκωμάτων που υπήρχαν κατά τόπους και την αποκάλυψη του

καφέ-μαύρου λεπτού, γυαλιστερού και ομοιόμορφου προστατευτικού στρώματος

προϊόντων διάβρωσης, δηλαδή της πάτινας (Εικ. 69Α). Πραγματοποιήθηκε μηχανικός

καθαρισμός σε επιλεγμένη περιοχή κάτω από το στερεομισκροσκόπιο, σε μεγέθυνση

x12,5 χρησιμοποιώντας νυστέρι, χρυσή βελόνα και σκληρό τρίχινο πινέλο.

Αφαιρέθηκαν τα χώματα, τα εύθρυπτα προϊόντα, τα εξογκώματα και οι κρούστες και

η επιφάνεια αποκαλύπτεται γυαλιστερή και ομοιόμορφη (Εικ. 69B,C). Στην

περίπτωση της αφαίρεσης σκληρής κρούστας και εξογκωμάτων από την επιφάνεια

χάλκινων νομισμάτων, ο μηχανικός καθαρισμός σε σύγκριση με την εφαρμογή των

lasers, είναι απόλυτα ελέγξιμος, πιο γρήγορος και δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα

χωρίς να διαταράσσει το στρώμα της πάτινας.

Α. Οι δοκιμές καθαρισμού

καθώς και οι αναλύσεις που



καθαρισμό.

C. SEM image.



Από τον καθαρισμό που πραγματοποιήθηκε στα αργυρά νομίσματα ΝΜ04, ΝΜ05,

ΝΜ06, ΝΜ10, ΝΜ18 και ΝΜ22 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του καθαρισμού

σε δύο αργυρά νομίσματα ΝΜ04 και ΝΜ10.

Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C3 στο ΝΜ04 είχε σκοπό την απομάκρυνση του

χώματος και του γκρι-καφέ στρώματος χλωριούχου αργύρου το οποίο καλύπτει τις

λεπτομέρειες και το ανάγλυφο, αποκαλύπτοντας την αρχική επιφάνεια του

νομίσματος και αναδεικνύοντας το πολύτιμο μέταλλο (Εικ. 70Α). Παρόλο που μία

43

συνηθισμένη τεχνική για την αφαίρεση στρώματος χλωριούχου αργύρου (AgCl)

είναι η εφαρμογή αρχικά μηχανικού καθαρισμού για την αφαίρεση του μεγαλύτερου

πάχους του στρώματος χλωριούχου αργύρου σε συνδυασμό με χημικό ή και

αποξεστικά μέσα (ανθρακικό ασβέστιο) για την απομάκρυνση του λεπτού στρώματος

χλωριούχου αργύρου που έχει απομείνει. Εδώ όμως αποφασίστηκε να αποφευχθεί ο

χημικός και να γίνει μόνο μηχανικός καθαρισμός στην επιλεγμένη περιοχή κάτω από

το στερεομισκροσκόπιο, σε μεγέθυνση x 12,5, χρησιμοποιώντας νυστέρι και μαλακή

χρυσή βελόνα. Απομακρύνθηκε το χώμα και το μεγαλύτερο μέρος από το παχύ

στρώμα του χλωριούχου αργύρου (AgCl). Μετά τον μηχανικό δεν ακολούθησε

χημικός καθαρισμός και η επιφάνεια όσο προσεκτικά και αν καθαρίστηκε, φέρει

εγχαράξεις και παραμένουν υπολείμματα χλωριούχου αργύρου (AgCl) σε εσοχές και

στο ανάγλυφο (Εικ. 70Β,C). Σε σύγκριση με την εφαρμογή laser τα αποτελέσματα

του μηχανικού καθαρισμού χωρίς να ακολουθεί χημικός καθαρισμός τοπικά, όπως

συνήθως, δεν είναι τα επιθυμητά. Η επιφάνεια φαίνεται "ταλαιπωρημένη" και ο

καθαρισμός προχωρά αλλού περισσότερο και αλλού λιγότερο χωρίς ομοιογενές

αποτέλεσμα.

Α. Οι δοκιμές καθαρισμού καθώς και

οι αναλύσεις που



καθαρισμό.

C. SEM image.



Η δοκιμή καθαρισμού στη περιοχή C3 στο ΝΜ10 είχε σκοπό την απομάκρυνση του

απομάκρυνση του στρώματος χλωριούχου αργύρου το οποίο καλύπτει τις

λεπτομέρειες και το ανάγλυφο, αποκαλύπτοντας την αρχική επιφάνεια του

νομίσματος και αναδεικνύοντας το πολύτιμο μέταλλο (Εικ. 71Α). Πραγματοποιήθηκε

αρχικά μηχανικός καθαρισμός στην επιλεγμένη περιοχή κάτω από το

στερεομισκροσκόπιο, σε μεγέθυνση x 12,5 χρησιμοποιώντας χρυσή καμπύλη βελόνα

για απομάκρυνση μεγάλου μέρους του στρώματος του χλωριούχου αργύρου.

Πλησιάζοντας στην αρχική επιφάνεια εφαρμόστηκε ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3)

κυρίως με μπατονέτα και ελάχιστα με πινέλο για να απομακρυνθεί το πιο λεπτό

στρώμα χλωριούχου αργύρου (AgCl) (Εικ. 71Β,C). Υπάρχει πολύ μεγάλη διαφορά

στο στρώμα που προκύπτει από το μηχανικό καθαρισμό και σ' αυτό που προκύπτει

από τον καθαρισμό με laser. Στον καθαρισμό με laser η επιφάνεια που αποκαλύπτεται

φέρει στρώμα προϊόντων διάβρωσης, ενώ από κάτω διακρίνεται η αρχική επιφάνεια

μη μετοπισμένη, ίσως εξαιτίας αναγωγής των προϊόντων. Στο μηχανικό καθαρισμό το

αποτέλεσμα δεν είναι ομοιόμορφο. Η επιφάνεια που αποκαλύπτεται φαίνεται να είναι

η αρχική επιφάνεια μετοπισμένη, ενώ παραμένουν ακόμη προϊόντα διάβρωσης. Σε

κάθε περίπτωση το στρώμα που αποκαλύπτεται είναι πολύ υψηλότερα από τη

επιφάνεια η οποία αποκαλύπτεται με laser.

44

Α. Οι δοκιμές καθαρισμού καθώς και

οι αναλύσεις που



καθαρισμό.

C. SEM image.



Από τον καθαρισμό που πραγματοποιήθηκε στα χάλκινα νομίσματα ΝΜ02, ΝΜ03,

ΝΜ11, ΝΜ14 και ΝΜ15 και εδώ παρουσιάστηκαν τα δύο μόνο νομίσματα,

προκύπτει ότι ο μηχανικός καθαρισμός με τη χρήση μικροεργαλείων στο

μικροσκόπιο, σε μεγάλη μεγέθυνση, είναι απόλυτα ελέγξιμος και δίνει καλύτερα

αποτελέσματα σε σύγκριση με την εφαρμογή των lasers στον καθαρισμό σκληρών

προϊόντων διάβρωσης, στην εξομάλυνση εξογκωμάτων και στην αποκάλυψη και

διατήρηση του στρώματος της πάτινας όπου και όσο αυτό σώζεται. Όσον αφορά στην

αφαίρεση χώματος και την αποκάλυψη της πατίνας έχουμε καλά αποτελέσματα και

με τα laser αλλά ο μηχανικός καθαρισμός είναι πιο γρήγορος και μπορεί να καθαρίσει

ανάγλυφα και εσοχές στα οποία το laser δεν μπορεί.

Από τον καθαρισμό που πραγματοποιήθηκε στα αργυρά νομίσματα ΝΜ04, ΝΜ05,

ΝΜ06, ΝΜ10, ΝΜ18 και ΝΜ22 και εδώ παρουσιάστηκαν δύο μόνο νομίσματα,

προκύπτει ότι σε αντίθεση με την εφαρμογή των laser που έχουμε χρησιμοποιήσει

στα συγκεκριμένα νομίσματα, ο μηχανικός καθαρισμός επιφέρει εγχαράξεις στην

επιφάνεια όσο προσεκτικά και ήπια κι αν γίνει (ΝΜ04) κάτι που είναι αναμενόμενο

λόγω της μαλακότητας του αργύρου. Ο συνδυασμός μηχανικού και χημικού ή

επιφανειακού καθαρισμού είναι καλύτερος από τον μηχανικό αλλά και πάλι η

επιφάνεια που αποκαλύπτεται είναι μετατοπισμένη (NΜ10). Στην αφαίρεση

στρώματος χλωριούχου αργύρου (AgCl) το laser λειτουργεί πολύ καλύτερα από

μηχανικό ή συνδυασμό μηχανικού και χημικού και η επιφάνεια μένει "ανέπαφη", σα

να μην έχει υποστεί καμία επέμβαση ή καλύτερα σα να μην την έχει αγγίξει χέρι, κάτι

που πράγματι συμβαίνει (ΝΜ04, ΝΜ10). Με την εφαρμογή laser το στρώμα του

χλωριούχου αργύρου (AgCl) απομακρύνεται και παραμένει ένα υποκείμενο στρώμα

θειούχου αργύρου (Ag2S) το οποίο με τις παραδοσιακές μεθόδους παρασύρεται μαζί

με το στρώμα του χλωριούχου αργύρου (AgCl) και απομακρύνεται.

45

Σε αυτή τη μελέτη, λοιπόν, ερευνήθηκε το δυναμικό των τεχνικών καθαρισμού με

lasers για τη συντήρηση αρχαίων νομισμάτων. Οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν

με διαφορετικά μήκη κύματος των lasers Q-switched, Long Q-switched, και Free Nd:

YAG laser δείχνουν σε κάθε περίπτωση ποιο από τα συστήματα lasers φαίνεται πιο

κατάλληλο.

Ο καθαρισμός με lasers και με την χρήση X-Y μικρό-ρυθμιζόμενη βάσης

μετακίνησης μπορούσε να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα, μόνο όταν η

επιφάνεια του νομίσματος ήταν καλυμμένη με ένα λεπτό και ομοιογενές στρώμα

προϊόντων διάβρωσης ή όταν τα προϊόντα διάβρωσης είναι εύθρυπτα σε σχέση με την

κατάσταση της πατίνας. Ο καθαρισμός με laser, εξοπλισμένος με οπτικές ίνες

κυματοδήγησης της δέσμης μαζί με το σύστημα διανομής της δέσμης στην εκάστοτε

δοκιμή μπορούσε να δώσει εξαιρετικά αποτέλεσμα στον καθαρισμό, είτε είχαμε

ομοιογενές στρώμα διάβρωσης ή είχαμε νομίσματα με ανομοιογενή διάβρωση και

επικαθήσεις κατά τόπους.

Προφανώς, στην τελευταία αυτή περίπτωση, μια μικροσκοπική προσέγγιση μπορούσε

να είναι η πιο κατάλληλη. Με την χρήση ειδικών αντικειμενικών φακών

μικροσκοπίου για την κυματοδήγηση της ισχυρής δέσμης laser, ειδικά φίλτρα, και μια

ψηφιακή οθόνη, θα ήταν δυνατόν να επικεντρωθεί μια δέσμη laser σε μικρές περιοχές

ενδιαφέροντος. Η προσέγγιση αυτή είναι εξαιρετικά σημαντική, διότι επιτρέπει την

εξέταση πολύ μικρών χαρακτηριστικών της μορφολογίας της επιφάνειας και μειώνει

τον κίνδυνο πρόκλησης ζημίας που μπορεί να συμβεί με τον καθαρισμό και είναι

αόρατη με γυμνό μάτι.

Παρ 'όλα αυτά η παρουσία στρώματος διάβρωσης μεγάλου πάχους ή κρούστεων

δυσκερένει τη διαδικασία καθαρισμού με laser, τη μετατρέπει σε αργή μέθοδο και

πολλές φορές καθιστάται αδύνατο να αφαιρεθεί το υπερκείμενο στρώμα προϊόντος

διάβρωσης ή άλατος από την επιφάνεια που θέλουμε να διατηρήσουμε αναλλοίωτη.

Επιπλέον παρατηρήθηκε ότι η ανταπόκριση στον καθαρισμό με laser των ανόργανων

ιζηματογενών στρωμάτων ήταν εξαιρετικά μεταβλητή. Τα αποτελέσματα της

εφαρμογής των lasers στον καθαρισμό, επίσης, δεν είναι πάντοτε ικανοποιητικά,

παράγοντας σε ορισμένες περιπτώσεις ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως οι αλλαγές

στο χρώμα και στη χημική σύνθεση των προϊόντων διάβρωσης.

Η ακτινοβόληση με το Long- Q-switched Nd: YAG laser στα 1064 nm, έχει δείξει

ιδιαίτερα καλά αποτελέσματα σε περιπτώσεις με τα αργυρών νομίσματων με στρώμα

προϊόντων διάβρωσης μεγάλου πάχους, κρουστών τοπικά και εναποθέσεων εδάφους,

σε σχετικά υψηλές πυκνότητες ενέργειας. Παρά το γεγονός ότι στις περιπτώσεις των

νομισμάτων από κράμα χαλκού με αυτό το σύστημα laser δεν είχαμε καλά

αποτελέσματα διότι είχαμε απομάκυνση της πατίνας, μπορούσε να αφαιρέσει

κρούστες και προϊόντα διάβρωσης και να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα στις

περιπτώσεις των νεότερων νομισμάτων, όπου είναι επιθυμητή η απογύμνωση.

Από την άλλη πλευρά, η Free Nd: YAG laser σε 1064 nm είχε θερμικές επιδράσεις

στις περισσότερες περιπτώσεις από τον καθαρισμό των laser και σε αργυρά

νομίσματα αλλά και σε νομίσμτα από κράμα χαλκού. Ο καθαρισμός με Q-switched

46

Nd: YAG laser σε 355 nm και 532 nm έδωσε θερμικές επιδράσεις, ιδίως για κράματα

νομισμάτων τα οποία περιείχουν Ag, Cu, Pb και Sn, ενώ τα 266 nm της Q-switched

Nd: YAG laser είχαν παρόμοια ανεπιθύμητα αποτελέσματα, σε αντίθεση με τις

πρόσφατες αναφορές στη βιβλιογραφία3.

Κατά τη σύγκριση των δοκιμών καθαρισμού των νομισμάτων με παραδοσιακές

μεθόδους και lasers μπορεί να υποστηριχθεί ότι ο καθαρισμός με τη χρήση laser

αυτοδύναμος ή σε συνδυασμό με τις παραδοσιακές μεθόδους, μπορεί να εφαρμοστεί

έτσι ώστε ανάλογα με την περίπτωση να επιτευχθεί το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα.

Εν κατακλείδι, ο καθαρισμός με laser μπορεί να είναι ένα άλλο χρήσιμο εργαλείο στα

χέρια των συντηρητών, προκειμένου να επιτευχθεί το πιο ικανοποιητικό αποτέλεσμα.

Στην περίπτωση των αργυρών νομισμάτων ο καθαρισμός με την χρήση laser θα

μπορούσε να εφαρμοστεί αντί του χημικού ή μηχανικού καθαρισμού, ή ακόμη και

του καθαρισμού με αποξεστικά μέσα. Στην περίπτωση των αρχαίων νομισμάτων από

κράμα χαλκού ο καθαρισμός με lasers μπορεί να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα

ότανεντοπίζονται εύθρυπτα προϊόντα διάβρωσης σε μορφή σκόνης ή όταν τα

νομίσματα έχουν μειωμένη μηχανική αντοχή.

1. A. Kearns, C. Fischer, K. G.Watkins, M. Glasmacher, H. Kheyrandish, A. Brown, W. M

Steen, P. Beahan, Appl. Surf. Sci. 1998; 124-129, 773.

2. E. Drakaki, A. G. Karydas, B. Klinkenberg, M. Kokkoris, A. A. Serafetinides, E. Stavrou,

R. Vlastou, C. Zarkadas, Appl. Phys. A- Mater., 2004; 79, 1111.

3. Y. S. Koh, Laser cleaning as a conservation technique for corroded metal artefacts,

Doctoral Thesis, Lulea University of Technology, Lulea, Sweden, 2006.

4. C. A. Cottam, D. C. Emmony, Corrosion Science, 1999; 41, 1529.

5. R. Pini, S. Siano, R. Salimbeni, M. Pasquinucci, M.Miccio, Journal of Cultural Heritage,

2000; 1, S129.

6. S. Siano, R. Pini, and R. Salimbeni, Proc. SPIE 2001; 4402, 42.

7. Y. Koh, I. Sárady, Journal of Cultural Heritage, 2003; 4, 129.

8. C. Vlachou-Mogire, E. Drakaki, A.A. Serafetinides, I. Zergioti, N. Boukos, Proc. SPIE,

2006; 66042K, 18.

9. E. Drakaki, D. Evgenidou, V. Kantarelou, A.G. Karydas, N.Katsikosta, E. Kontou, A.

A. Serafetinides, C. Vlachou-Mogire, Proc. of SPIE, 2009; 7027, 702707-9.

10. S.A. Batishche, T.V. Gorovets, N.N. Kalashnik, Y.A. Karachun, I.N. Panshina, N.M.

Pogranovsky, in Proceedings of the 3d Conference on Laser Physics and Spectroscopy,

Grodno, Belarus, 1997; 173.

11. C. Korenberg, Al.Baldwin, Laser Chem. 2006; Article ID 75831.

τo lqs nd:yag laser - latsis · pdf...

Documents