Nr wniosku: 171521, nr raportu: 13030. Kierownik (z rap.): mgr inż

Nr wniosku: 171521, nr raportu: 13030. Kierownik (z rap.): mgr inż. Tomasz Onyszczuk
Celem badań prowadzonych w ramach niniejszego projektu było określenie wpływu promieniowania laserowego na
powierzchnię obiektów archeologicznych wykonanych z miedzi. Analizowane zagadnienia były szczególnie interesujące
dla konserwatorów zabytków, ponieważ umożliwiły opisanie zmian fizyczno-chemicznych zachodzących na powierzchni
miedzi w trakcie naświetlania oraz pomogły w wyznaczeniu optymalnych parametrów czyszczenia laserowego.
Dzięki finansowaniu badań ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu „Preludium”, możliwe było
stworzenie interdyscyplinarnej grupy badawczej w skład której weszli konserwatorzy zabytków z Międzyuczelnianego
Instytut Konserwacji i Renowacji Zabytków ASP w Warszawie oraz specjaliści w zakresie techniki laserowej z Instytutu
Optoelektroniki WAT w Warszawie. Pozyskanie powyższych partnerów naukowych przyczyniło się również do
poszerzenia zakresu prowadzonych w ramach projektu badań.
Ze względu na wysoką wartość historyczną obiektów archeologicznych prace związane z testami i optymalizacją procesu
czyszczenia laserowego prowadzone były na próbkach pobranych ze stuletniej blachy dachowej udostępnionej przez
pracowników Muzeum Pałacu im króla Jana III w Wilanowie. Początkowo parametry czyszczenia dobierane były na
podstawie danych literaturowych, jednak uzyskane na ich podstawie powierzchnie nie spełniały oczekiwań
konserwatorów. Przeprowadzone badania wykazały między innymi, że zastosowanie mikrosekundowych impulsów
laserowych (o długości od 100 do 1200 µs) powodowało ciemnienie i nadtopienie warstwy miedzi. Z kolei użycie
krótkich impulsów pikosekundowych (60ps) wydłużało czas niezbędny do usunięcia nawarstwień. Najlepsze efekty
uzyskano wydłużając czas trwania impulsów z 6 do 100 ns. Dalsze prace związane z optymalizacją tego procesu
pozwoliły na wytypowanie gęstości energii, częstotliwości impulsów oraz szybkości przesuwu wiązki promieniowania
laserowego, przy użyciu których uzyskany obszar cechował się miedzianym kolorem i minimalnie rozwiniętą
powierzchnią oraz zachowaniem cienkiej warstwy kuprytu.
Następnie podjęte zostały próby porównania efektywności czyszczenia powierzchni miedzianych próbek przy użyciu
zoptymalizowanej techniki laserowej oraz tradycyjnych metod chemicznych i mechanicznych. Przeprowadzone badania
(m.in. analiza ubytku masy próbek w trakcie czyszczenia, badania składu chemicznego i fazowego pozostałych na
powierzchni nawarstwień, pomiary rozwinięcia powierzchni oraz badania kolorymetryczne) wykazały, że najlepszą
efektywność w usuwaniu nawarstwień uzyskano po laserowym naświetlaniu. Zadowalające efekty czyszczenie uzyskano
również stosując 10% roztwór NaOH oraz metodę strumieniowo-ścierną.
Ostatnim etapem badań prowadzonych w ramach projektu była ocena odporności korozyjnej powierzchni uzyskanych po
różnych etapach czyszczenia. Badania te przeprowadzone zostały w komorze solnej na 4 seriach próbek. Pierwszą z nich
stanowiły próbki na powierzchni których zachowano naturalną warstwę patyny, natomiast na powierzchni pozostałych
trzech serii przeprowadzone zostały prace konserwatorskie. Odporność korozyjną wyznaczono przy użyciu metody
grawimetrycznej. Uzyskane wyniki wykazały, że najmniejszym średnim ubytkiem masy ok. 1,6% cechowały się próbki
po czyszczeniu laserowym. Większy ubytek masy ok. 1,9% odnotowano dla próbek z warstwą patyny. Z kolei próbki po
czyszczeniu mechanicznym i chemicznym cechowały się ubytkiem masy wynoszącym 2,1 oraz 2,8%. Przeprowadzone
badania korozyjne wykazały więc, zasadność usuwania z powierzchni miedzi niejednorodnych produktów korozji, gdyż
wbrew powszechnej opinii, nie zapewniają one ochronnym miedzi przed dalszą jej degradacją.
Podsumowują, uzyskane w ramach projektu wyniki badań oraz opracowane na ich podstawie wskazówki dotyczące
doboru optymalnych parametrów czyszczenia laserowego miedzianych obiektów archeologicznych, pozwolą
konserwatorom zabytków na bezpieczne zastosowanie tej techniki w pracach konserwatorskich.