Текст книги "Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей"

Автор книги: Евгений Черных

Соавторы: Валерий Завьялов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 19 страниц)

Coghlan H.H.,1951. Notes on the Prehistoric Metallurgy of Copper and Bronze in the Old World. Oxford.

Contenau G., Ghirshman R.,1935. Fouilles du Tepe-Giyan. Paris.

CraddockP.J.,1995. Early Metal Mining and Production. Edinburgh.

France-Lanord A., Contenson H. de,1973. Une pendeloque en cuivre natif de Ramad // Palêorient. V. 1.

FrangipaneM, 1985. Early Developments of Merallurgy in the Near East // Studi di paletnologia in onore di Salvatore in Puglisi. Roma.

GarstangJ.,1953. Prehistoric Mersin. Oxford.

Ghirshman R.,1938. Fouilles de Sialk, П. Paris.

Hall E.T.,1961. Surface-enrichment of buried Metals // Archaeomelry. № 4. London.

Hauptmann A., PalmieriA., 2000.Metal Production in the Eastern Mediterranean at the Transition of the 4 ^th/3 ^thMillennium: Case Studies from Arslantepe // Der Anschnitt. № 6. Anatolian Metal I. Bochum.

Heskel D.,1981. The Development of Pyrotechnology in Iran during the Fourth and Third Millennia B.C. // Ph. D. Dissertation, Harvard University. Cambrige.

Heskel D., Lamberg-Karlovsky C.,1999. An Alternative Sequence for the Development of Metallurgy: Tepe Yahya, Iran // The Coming of the Age of Iron. New Haven – London.

La Niece S.,1990. Silver Plating on Copper, Bronze and Brass // The Antiquaries Journal. Vol. LXX. Oxford.

Lubbock J.,1885. Prehistoric Times, as Illustrated by Ancient Remains and the Manners and Customs of Modem Savages. London.

Maddin R., Muhly J.D., Stech T.,1999. Early Metalworking at Çayônü // The Beginning of Metallurgy. Der Anschnitt. Beiheft 9. Bochum.

Mallowan M.E.L., Rose J.C.,1935. Excavations at Tell Arpachiyah, 1933 // Iraq. V. II.

McKerrel H., Tylecote R.E,1972. The Working of Copper-Arsenic Alloys // Proceeding of Prehistoric Society. № 38.

Meeks N.,1993. Surface Characterization of tinned Bronze, tinned Iron and arsenical Bronzes // Metal Plating and Patination. Oxford.

Moorey P.R.S.,1982. Archaeologia and Pre-Achaemenid Metalworking in Iran: a fifteen Year Retrospective // Iran. Vol. 20.

Moorey P.R.S.,1999. Ancient Mesopotamian Materials and Industries. The Archaeological Evidence. Oxford.

Mortillet G. de,1872. Classification des diverses périodes d l’Age de la Pierre // Comptes rendu du Congres International d’Anthropologie et d’Archéologie préhistorique. Bruxelles.

Muchly J.D.,1980. The Bronze Age Setting // The Coming of the Age of Iron. New Haven – London.

Muchly J.D., Wheeler T.S., Maddin/?., 1980. New Research on Ancient Copper and Copper Alloys // Proceedings of the 16 ^thInternational Symposium on Archaeometry and Archaeological Prospects. Edinburgh.

Müller-Karpe H.,1990. Metallgefàsse des dritten Jahrtausends in Mesopotamien // Archàologisches Korrespondenzblatt. № 20. Mainz.

Müller-Karpe H.,1993. Metallgefasse im Iraq I (von den Anfangen bis zur Akkad-Zeit) // Prâhistorische Bronzefunde. Abt. II. Bd. 14. Stuttgart.

Neuninger H., Pittioni R., Siegl W.,1964. Friihkeramikzeitliche Kupfergewinnung in Anatolien // Archaeologia Austriaca. Heft 35.

Northower J.P.,1989. Properties and Use of Arsenic-Copper Alloys // Archaeometallurgie der Alten Welt. Beitrage zum Intemationalen Simposium «Old World Archaeometallurgy». Heidelberd, 1987. Bochum.

Palmieri A., Hauptmann A., Hess K.,1998. Les Objets en Métal du Tombeau Monumental d’Arslantepe de 3000 av. J.-C. (Malatya, Turquie) IlRevue d’Archeométrie. № 22. Paris.

Pemicka£., 1993. Analytisch-chemische Untersuchungen an Metallfunden von Uruk-Warka und Kis // Müller-Karpe H. Metallgefàsse im Iraq I. Prâhistorische Bronzefunde. Abt. II. Bd. 14. Stuttgart.

Philip G., Clogg P.W., Dungworth D.,2003. Copper Metallurgy in the Jordan Valley from the Third to the First Millennia B.C.: Chemical, Metallographic and Lead Isotope Analyses of Artefacts from Pella // Levant. № 35.

Piggot C.,1999. A Heartland of Metallurgy. Neolithic/Chalcolithic Metallurgical Origins on the Iranian Plateau // Der Anschnitt. Beiheft 9. Bochum.

Potts T.,1995. Mesopotamia and the East. An Archaeological and Historical study of Foreign Relations ca. 3400–2000 BC // Oxford University Committee for Archaeology. Monograph 37. Oxford.

Pulszky T. von,1884. Die Kupferzeit Ungam. Budapest.

Ravich I.G., Shemakhanskaya M.S.,2005. On the Problem of Gomogenization and Corrosion of Copperarsenic Alloys // Metallurgy: a Teuchstone for cross-cultural Interaction. Abstracts of International Archaeometallurgy Conference. London.

Rovira S., Games P.,1993. Las primeras etapas metalurgicas en la peninsula Ibérica. Estudios metalograficos. Madrid.

Shalev S.,1988. Redating the Philistine Sword at the British Museum: a case Study in Typology and Technology // Oxford Journal Archaeology. № 7.

Shalev S., Goren J., Levy T.,1992. A chalcolithic Mace Head from the Negev Israel: technological Aspects and cultural Implication // Archaeometry. Vol. 34. № 1.

Shalev S.,1995. Metals in Ancient Israel: Archaeological Interpretation of Chemical Analyses // Israel Journal of Chemistry. Vol. 35. № 2. Jerusalem.

SmithC.5., 1968. Metallographic Study of Early Artifacts Made from Native Copper // Actes du XI Congres International d’Histoire des Sciences. Wroclaw-Varsovie-Cracovie. V. VII.

Smith C.S.,1973. An Examination of the Arsenik-rich Coating on a Bronze Bull from Horoztepe HApplication of Science in the Examination of Works of Art. Boston.

TadmorM., Kedem D.,1995. The Nahal Mishmar Hoard from the Judean Desert: Technology, Composition and Provenance HAntiqot. Prehistoric, Protohistoric and Bronze Age Studies. Jerusalem. V. XXVII.

Talion E,1987. Métallurgie susienne I. De la fondation de Suse au XVIII ^esiècle avant J.-C. Paris.

Thomsen G.J.,1836. Ledetraad tit Nordick Oldkindighen. Kobenhavn.

ToblerAJ.,1950. Excavations at Tepe Gawra. Philadelphia.

Waetzoldt H.,1990. Zur Bewaffnung des heeres von Ebla // Oriens Antiquus. № 29.

Wayman M.L., Duke1999. The Effect of Melting on Native Copper // The Beginning of Metallurgy. Der Anschnitt, Bochum.

Wertime T.A.,1964. Man’s First Encounters with Metallurgy // Science. V. 146. № 3649.

Worsaae J.J.,1843. Danmarks oltid oplyst ved Oldsager og Gravhoje. Kobenhavn.

Yalçin Ü., Pemicka E.,1999. Frühneolithische Metallurgie von Asikli Hôyük // Der Anschnitt. Beiheft 9. Bochum.

Potentials of metallography in investigations of early objects made of copper and copper-base alloys (The Early Metal Age)

N.V. Ryndina

Resume

Application of methods of optical and electronic metallography in investigations of early copper and copper-base alloys enables us to solve the questions that are far beyond the investigational field traditionally covered by the history of metallurgy. These refer to revealing the modes of metalworking developed in different cultures and production units; establishing dependence between the metalworking technology and the raw material used; analysis of the raw material from the standpoint of metallurgical processes taking place when producing it; investigation of the problem of production structure and organization, and so forth. Among the problems studied with the help of metallography of special importance is that one concerning regularities in the progress of earliest metallurgical knowledge. Over 500 microstructural analyses are discussed in the work; they form the investigational base for considering the production dynamics in the Near East and South-Eastern Europe, that is, how more and more complicated regularities can be observed in their development stage by stage from the Eneolithic to the Early Bronze Age. Special attention is paid to the metalworking technologies that permit to discriminate between the Neolithic and the Eneolithic. In conclusion the author raises the question concerning interaction of primary and secondary centres of metal production on the example of the metallographic analyses carried out on the metal samples of Maikop culture of the North Caucasus.

И. Гошек
Проблемы изучения сварных швов с высокой концентрацией никеля в археологических железных изделиях
Перевод Л.И. Авиловой

Введение

В ходе археометаллургических исследований ранних железных предметов с территории Чехии выявлено значительное число находок, у которых между перлитными и мартенситными структурами расположены сварные швы. Структуры этих швов обычно обогащены никелем и в меньшей степени кобальтом. Сварные швы легко различимы при микроскопическом исследовании и хорошо поддаются химической обработке, в результате чего могут быть получены данные, характеризующие использованное сырье и технологические приемы его обработки, что крайне важно при археометаллургических исследованиях.

Никель в сварных швах

Присутствие никеля в сварных швах объясняется достаточно просто. Железо в разогретом металле окисляется интенсивнее, чем такие элементы, как никель, кобальт, мышьяк или медь. Эти более благородные, чем железо, металлы находятся в дисперсном состоянии под окисленной поверхностью предмета. В процессе сварки двух разогретых полос железа повышенная концентрация никеля может проявиться в сварном шве, однако впоследствии, при многократном нагреве поковки, концентрация никеля понижается в результате его диффузии. Кроме никеля, швы обычно обогащены углеродом. Поскольку содержание никеля понижается при температуре перехода к структуре аустенита, углерод переходит из участков феррита, где никель отсутствует, в структуру аустенита, обогащенную никелем, в результате чего формируется структура перлита или даже мартенсита. Так, мартенсит (без дополнительной закалки) возникает при концентрации никеля в железе свыше 7 %. Никель часто сопровождается кобальтом, но в менее высоких концентрациях. Распределение этих элементов в сварных структурах неодинаково. Их содержание нарастает от краев обогащенной зоны к ее центру, где достигает максимума, Ni 1-10 % (рис. 1). Известны сварные швы с содержанием Ni свыше 15 % и даже 20 %. Концентрация кобальта обычно не превышает 2 %. Высоконикелевые зоны обычно имеют вид полос, часто встречаются и зоны неправильной формы. Участки с наибольшей концентрацией никеля могут располагаться на различных отрезках сварных швов.

На рис. 2 показаны высоконикелевые швы. Топор из Бреслав-Поганско (IХ-Х вв.) имеет однолинейный шов с 11.2 % Ni (рис. 2, 1),сверло из того же памятника (рис. 2, 2) демонстрирует шов в виде нескольких линий с 19.2 % Ni и 1.2 % Со. В подкове из Ровенско (около XV в.) концентрация никеля варьирует: в сварном шве (рис. 2, 3) 3.4 % Ni и около 1 % Со, на другом участке того же шва (рис. 2, 4)уровень содержания этих элементов ниже порога чувствительности микроскопа ЕВАХ. Обломок железного предмета из замка Троски имеет 28.5 % Ni в поверхностном слое (рис. 2, 5), тогда как внутренние сварные швы содержат не более 10 % Ni (рис. 2, б). Локальное содержание никеля может достигать сверхвысоких значений, как на проушном топоре из Ветржно-Бобрка (Польша) – 39.1 % Ni на одном из участков.

Рис. 2. Сварные швы с высоким содержанием никеля в железных предметах с крршории Чехии: 1, 2 —гонор и сверло из Гжеелава-Поганско (IХ-Х вв.); 3. 4подкова из Роненско под Тросками (около XV в.); 5, 6фр;н – менг железного крепежа из замки Троски (средневековье или позднее средневековье).

Метеоритное железо

Наиболее ранние находки железных изделий известны на Ближнем и Среднем Востоке. Находки, датируемые до 3000 г. до н. э., имеют, как правило, высокую концентрацию никеля (до 7.5 %). Имеются веские основания полаг ать, что эти предметы изготовлены из мегеоритного железа. В III тыс. до н. э. число высоконикелевых предметов уменьшается по сравнению с железными предметами, не содержащими этого элемента; последние, по-видимому, изготовлены из металлургического железа. Таким образом, спорадическое использование метеоритного железа отмечается значительно раньше, чем начинается массовое металлургическое производство этого металла. По-видимому, сходная ситуация складывается и в Европе, Восточном Средиземноморье, Египте и Юго-Восточной Азии. Идентифицировать предметы, изготовленные из метеоритного железа, можно на основании ряда признаков. Так, Фотос установил, что концентрации никеля в таких находках варьируют от 5 до 12 %, достигая в отдельных случаях 60 %. Содержание микроэлементов (Co, Cu, P, C) в совокупности не превышает 2 %; концентрация кобальта обычно составляет 0.3–0.6 %, фосфора – около 0.25 %. Метеоритное железо состоит, прежде всего, из камасита (a-Fe, феррита, и 5–7 % Ni), причем камасит и теанит (α-Fe, аустенит, 30–50 % Ni) образуют видманштеттную структуру. С помощью электронного микроскопа различаются обе фазы камасита, теанит и фосфорные включения (Fe, Ni ₃P), сульфиды (FeS), карбиды (Fe, Ni ₃C) и силикаты. Последние по составу отличаются от силикатов, наблюдаемых в кричном железе. По этим признакам можно определить железо метеоритного происхождения даже в полностью корродированных предметах.

На территории Богемии и Моравии нет данных о раннем использовании метеоритного железа. Единственный фрагмент железа XV–XVI вв., найденный в Праге, имеет содержание никеля 4.3 % в зоне темного мартенсита и 19.5 % при слабой протравливаемости полос. Находку следует относить к средневековью, независимо от того, был ли изготовлен предмет из метеоритного или металлургического железа. Концентрация никеля в этом фрагменте находится в пределах, характерных для метеоритного железа, однако, его исследование было проведено недостаточно всесторонне. Следует учитывать, что имеются и другие предметы с подобным содержанием никеля, несомненно относящиеся к средневековью и при этом изготовленные из металлургического железа. Это упоминавшийся топор из Бреслав-Поганско, в котором среди обычного железа (без никеля) выделяется небольшой участок металла в сварном шве с 11.3 % Ni, а в окружающей его перли-ферритной структуре содержится 3.7 % Ni (рис. 2, 1).В этой находке, как и в упоминавшемся фрагменте из Праги, кобальт отсутствует.

Ранние находки изделий из метеоритного железа известны на территории России. Наиболее ранние предметы происходят из Болдырева в Южном Приуралье (Оренбургская обл.). Это долотовидный предмет (рис. 3, 2) с 9.45 % Ni и 0.67 % Со, а также лезвие с 5.5 % Ni и 0.52 % Со, закрепленное в бронзовой рукояти. Находки датируются около 1800 г. до н. э. Железное лезвие из Бичкин Булука в степях Калмыкии имеет концентрацию никеля 3.65 % Ni и 0.5 % Со.

Металлургическое железо с высоконикелевыми участками

Часто участки высокой концентрации никеля спорадически выявляются в сварных швах. Обычно это предметы с многослойной структурой. Такие поковки изготовлены из пакетных заготовок; при шлифовке и травлении может проявляться их красивая структура похожая на дамаск. Одна из наиболее известных находок этого типа – топор из Кьюла (I–IV вв. н. э.). В полосчатой структуре топора присутствует мартенсит с 5 % Ni и 0.7 % Со, а также полосы с 0.6 % Ni и 0.3 % Со. Возможно, что топор изготовлен из заготовки, в состав которой входило металлургическое железо как с высоким, так и с низким содержанием никеля. Существует и другой путь получения такой или близкой полосчатой структуры – пакетование металла, разогретого в горне (при условии, что в железе присутствует никель, хотя бы в небольшом количестве). В Техническом музее Брно проводился эксперимент по выплавке железа и изготовлению ножа из полученной крицы (рис. 4). Концентрации никеля в руде были ниже порога чувствительности приборов, заготовка имела полосчатую структуру, в которой присутствует около 2 % Ni и 1,3 % Со.

Рис. 3. Отобранные предметы, изготовленные из метеоритного железа (/, 2)и железа с высоконикелевыми зонами (3–9): 1– лезвие из Бичкин Булука (Россия, XVIII в. до н. э.) ( Терехова и др.,1997); 2 —железное тесло в медной рукояти (Россия, XVIII в. до н. э.) ( Тереховаw др. _у1997); 3 —топор-кельт из Кьюла (Швеция, I–IV вв. н. э.) (Hermelin, Tholander, Blomgren,1979); 4 —топор-кельт из Ветжно-Бубрка (Польша, YIII–VI вв. до н. э.) (Piaskowski,1969; 1970); 5 – топор из Мстенице (Чешская Республика, X111-XV вв.): 1 – железо, 2 – сталь, 3 – закалённая сталь, 4 – сталь с высоким содержанием никеля/кобальта (Strânsky Vrba, 1985,); 6– железный фрагмент из Троски (Чешская Республика, средневековье или позднее средневековье) (Hasek,2003b); 7 – фрагмент сверла из Поганско (Чешская республика, IX–X вв.) (Hasek,2003b); 8– подкова из Ровенско под Тросками (Чешская Республика, около XV в.) (Hosek,2003b); 9 – меч из Канина (Чешская Республика, X в.) (Hosek, Marik, 2004).

Операция пакетования была повторена кузнецом 8 раз, однако число различимых полос металла соответствовало 4 или 5 циклам кузнечной сварки. Очевидно, простота процесса способствовала его широкому применению в древности. Можно считать, что получение полосчатой структуры при наличии подходящей руды не составляло трудности. Среди археологических находок с территории Чешской республики сходная полосчатая структура зафиксирована на кельтском долоте из Старе Градиско. Выявлены многочисленные полосы металла с содержанием никеля в полосах перлита от 2,5 % до 3.4 %. Предполагается, что в рудах, использовавшихся кельтами, имелся никель в заметном количестве.

Определение источников железа по никелю и кобальту

Попытки установить источники железа археологических находок предпринимались неоднократно, в основном по химическому составу микроскопических шлаковых включений. Этот метод дал хорошие результаты. Е. Пясковский анализировал концентрации Р, Mn, Ni, Si.

Изучение микропримесей никеля и кобальта также продуктивно. Одним из первых обратил внимание на концентрации никеля Б.А. Колчин: уже в 1953 г. он сделал попытку применить анализ на никель для определения источников железа. Им установлено, что небольшие примеси никеля в изделиях характерны для района Смоленска, в частности, для вещей из Гнездовских курганов X в. Из 15 исследованных образцов 9 содержали никель. Поскольку никель является природной примесью, Б.А. Колчин считал, что все эти находки относятся к одной геологической зоне. Поскольку уже тогда считалось, что гнездовские находки местного производства, следовательно, предполагалось использование местных смоленских руд. Что касается других регионов, то здесь ситуация иная. По одному случаю присутствия никеля отмечено на юге и на севере Древней Руси, еще по одному – в материалах Владимирских и Михайловских курганов. Отсюда возникло предположение Б.А. Колчина об импортном характере михайловского меча (из района Смоленска), поскольку местные железные руды не содержат никеля (рис. 5).

Изучая железные изделия Великой Моравии и более раннего периода (VIII–X вв.), Р. Плейнер выделил 8 групп материала в соответствии с химическим составом металла и описал соответствующие рудные источники, которые могли использоваться в ту эпоху. Он также учитывал группу материала с повышенным содержанием никеля. Находки, для которых характерны повышенные концентрации никеля (0.07-0.3 % Ni), а также предметы с повышенным содержанием никеля и фосфора (0.12-0.3 % Ni и 0.09-0.27 % Р) могли изготавливаться из железных руд с повышенным содержанием никеля, известных на западе Моравии в районе Брно. Изделия с высокими показателями никеля и меди (0.04-0.27 % Ni и 0.08 0.86 % Си), или никеля, меди и фосфора (0.05 -0.35 % Ni, 0.06-0.94 % Cu и 0.06-0.53 % Р) могли быть изготовлены из руд восточной части Малых Карпат на юго-западе Словакии. При этом Р. Плейнер отмечал, что его выводы имеют предварительный характер, учитывая трудность определения источников металла. То же относится и к упоминавшейся работе Б.А. Колчина.

Следует упомянуть работу Р.Ф. Телекота о железных изделиях из Швеции. Хольмквист выделил четыре статистических группы находок, исходя из концентрации никеля и кобальта: I – Ni < 0.03 %; Со < 0.015 %; II – Ni < 0.03 %; Со = (0.015 to 0.04)%; III – Ni < 0.03 %; Со > 0.04 %; IV – Ni < 0.1 %; Со > 0.04 %. Установлено, что товарные крицы с территории Северной Швеции соответствуют группе IV, на Готланде присутствуют крицы группы II. В целом, характер распределения групп I, II и III нечеткий. Не вызывает сомнения, что товарные крицы IV группы скорее всего изготовлялись из местных руд, хотя точно локализовать месторождения пока не удалось.

Как показал Р. Плейнер, низкие концентрации никеля в древних и средневековых железных изделиях встречаются часто (рис. 6). Отмечу, что в коллекциях средневековых предметов из Праги XIV–XV вв., а также из памятников Градишко в Давле – Секанка (XIII в.) и Мутейовице (XIII в.) преобладают изделия с содержанием никеля ниже 0,1 %. На более ранних памятниках (Латен – XI в.) доли изделий с содержанием никеля как ниже, так и выше этой границы, как показывает статистический бинарный анализ, приблизительно равны.

До 2000 г. в Чехии не уделялось достаточного внимания изучению структур с повышенным содержанием никеля и кобальта. В настоящее время на ряде памятников выявлено по крайней мере по одной находке с участками повышенной концентрации никеля, обычно в виде полос (рис. 7). Практически в любой количественно представительной коллекции имеются предметы с повышенным содержанием никеля в сварных швах. Попытки определить происхождение находок по количеству никеля, ширине, твердости, форме швов не принесли результата.

Уже упоминалось о работах Р. Плейнера по металлографическому и химическому исследованию железных предметов из Великой Моравии. Содержание никеля свыше 0.2 % установлено в 11 образцах, но лишь на 7 металлографическое исследование установило сварные швы с повышенным содержанием никеля. Четыре находки были изучены ранее, три – недавно с применением микроскопа ЕВАХ. Сравнение результатов см. в табл. 1. В образцах 149, 140 и 10 наблюдается корреляция повышенной концентрации никеля в швах с его количеством в изделии в целом. Образец 123 показывает, что высокий показатель никеля в швах зависит также и от числа нагревов металла, их продолжительности и температуры. Это подтверждается и исследованием образца, полученного из экспериментальной крицы. Если общее содержание никеля в нем составляло 0.02 %, то в швах оно достигало 2.0 % Ni и 1.4 % Со. Оказалось, что полосы с высокой концентрацией никеля могут образовываться в пакетной структуре при использовании руды с весьма низким содержанием никеля. Еще одна проблема – то, что распределение примесей в кричном железе неравномерно, в результате насыщение сварных швов никелем неодинаково. Поэтому установление связи между высоким показателем никеля в швах и его общим содержанием в изделии и тем более в руде выглядит проблематично. Однако в швах может происходить повышение содержания и других элементов, чаще всего мышьяка, иногда меди и хрома. Мышьяк более надежен в смысле локализации источника металла. Он редко присутствует в сварных швах изделий из Богемии или Моравии, здесь преобладают предметы с высокими показателями никеля и кобальта. Предметы с повышенным содержанием мышьяка приведены в табл. 2 (гвоздь от подковы из Борка – XV в., обломок из замка Троски – средневековье, топор – III в. н. э.).

Участки железа с высоким содержанием мышьяка среди находок из Чехии встречаются редко, однако имеются данные о мышьяке в сварных швах (1–2.8 % As) для других территорий. Приведенным данным по концентрации мышьяка в сварных швах соответствуют характеристики двух сварных пакетованных изделий, полученных из экспериментальной крицы: 1) 2.6 % As, 1.7 % Со и 2.7 % № и 2) 2.9 % As, 1.0 % Со и 1.8 % Ni. Эксперимент проводился на территории Чехии французскими исследователями. Использовался гематит из месторождения Каймар-Авейрон во Франции. К сожалению, остается неизвестным, насколько широко изделия с повышенным содержанием никеля и мышьяка в сварных швах распространены в Европе. Несмотря на то, что повышение концентраций этих элементов в швах не отражает их концентраций в руде, однако сам факт такого их поведения указывает на использование определенных типов руд. Возможно, будущие исследования позволят установить, могут ли высокие показатели никеля и мышьяка в сварных изделиях использоваться для определения рудных источников.

Высоконикелевая сталь как материал, устойчивый к коррозии

По данным современной металлургии, даже небольшая примесь никеля повышает устойчивость железа к коррозии, вызванной атмосферными окислительными процессами. Такие типы стали значительно устойчивее к воздействию кислот и щелочей. Этим объясняется, почему участки высокой концентрации никеля плохо поддаются травлению. Такими свойствами отличается нож из Витебска с повышенным содержанием никеля в сварных швах, опубликованный М.Ф. Гуриным. Здесь процесс коррозии не продвигался в зоны, обогащенные никелем. Могли ли древние и средневековые кузнецы целенаправленно использовать высоконикелевую сталь как материал, устойчивый к коррозии? Это вполне возможно, хотя впервые нержавеющая сталь с 10 % Ni в Богемии получена в 1910 г.

В работах Е. Пясковского неоднократно упоминается сталь, изготовлявшаяся халибами в период античности; ее характерные свойства – серебристый цвет и устойчивость к коррозии. Такая сталь упоминается в трактате «De mirabilimus auscultationibus», приписываемом Аристотелю; упоминается, что ее выплавляли из «черного песка» и камня pyri-machos. Е. Пясковский предполагает, что камень – это хлоантит (FeNCoAs)S ₂, а черный песок – магнетит в соединении с кварцем, получаемый металл – высоконикелевая твердая сталь. Изделия из высоконикелевого железа известны в Польше в IV–VIII вв., предполагается, что их получали из руд с высоким содержанием никеля. Упоминавшийся топор из Ветржно-Бобрка имеет участки с 8.9-17.8 %, максимально до 39.1 % Ni, а также 0.95-1.07 % Со и 0.24-0.42 % (максимально 1.15 %) As. Два браслета из Ченстохова-Раков содержат 18.3 и 12.5 % Ni (более поздние данные – 17.4 % Ni, 0.6 % Со и 0.5 % As). Поскольку все эти изделия изготовлены из металлургического железа, они подтверждают предположение Е. Пясковского о существовании и целенаправленном применении высоконикелевой стали в Польше в период античности.

Пример целенаправленного использования высоконикелевой стали на территории Богемии и Моравии относится к средневековью. Это топор из Мстенице (ХIII-ХV вв.), имевший стальное покрытие с 1.8–2.8 % Ni, 0.3–0.6 % Со и 0.2–0.5 % С. Исследователи полагают, что применение столь развитой технологии связано с умением мастера различать сталь с высоким содержанием никеля и кобальта и использовать ее свойства. Насколько мне известно, это единственный пример такой конструкции изделия на территории Богемии и Моравии.

Перспективы дальнейших исследований

Очевидно, что железные изделия с высоким содержанием никеля в сварных швах встречаются гораздо чаще, чем предполагалось ранее, когда археометаллурги не применяли химический анализ микропримесей. Присутствие никеля и его распределение в древних изделиях – важная проблема. Археологический институт в Праге разрабатывает программу систематических исследований высоконикелевых структурных зон в археологических железных предметах. Внимание исследователей направлено на следующие проблемы.

1. Частота встречаемости изделий с высокой концентрацией никеля в сварных швах на отдельных памятниках.

2. Вероятность обнаружения высоконикелевых сварных швов на тех предметах, где имеется сварные швы.

3. Приемы обработки железа, способствующие или препятствующие появлению таких швов.

4. Специальные приемы обработки, применявшиеся для высоконикелевого железа, связь с определенными рудными источниками.

5. Какие месторождения железных руд в Богемии и Моравии имеют примесь никеля, и какие нет.

6. Число изделий, в которых обычная сталь сочетается с высоконикелевой для усиления устойчивости к коррозии или улучшения внешнего вида.

Кроме никеля, необходимо исследовать поведение других элементов, таких как кобальт и мышьяк, присутствие которых часто отмечается в структурных зонах с высоким содержанием никеля. Мы надеемся, что изучение кузнечной продукции из Богемии и Моравии, а также других территорий в сотрудничестве с иностранными коллегами поможет решению этих проблем и обсуждению аспектов, затронутых в настоящем докладе.

The problems of nickel enriched welding seams in archaeological iron objects

Jiří Hošek

Resume

The article introduce into scientific circulation the results of analytical and experimental investigations of nickel-rich structural layers, which appear in Czech archaeological iron objects. The most important questions connected with nickel-enriched seams being discussed in the contribution are the following: 1) terms of their occurrence, 2) discrimination between meteoritic and smelted metal with high nickel content, 3) provenance determination of iron objects, 4) the possibilities of utilization of nickel-rich steels as corrosion-resistant material.