Внешне старинные металлические вещи могут казаться однотипными, однако их внутреннее строение может существенно различаться по составу. Исследование этих различий предоставляет возможность узнать больше о технологиях изготовления артефактов, даже если производственные мастерские уже не существуют, а письменных источников практически не сохранилось.

Орихалк — сплав меди и цинка, который в античные времена считался дефицитным и дорогостоящим металлом. Он упоминается, например, в диалоге Платона «Критий», где его связывают с мифической Атлантидой. В настоящее время археологические открытия позволяют изучать не легендарный материал, а реальные древние сплавы.

Специалисты из Университета Палермо (Италия) совместно с французскими и британскими коллегами провели анализ внутренней структуры слитков орихалка, поднятых со дна Средиземного моря, и выявили признаки неоднородности, которые проясняют некоторые аспекты их производства. Результаты исследования были опубликованы в научной статье. опубликовали в журнале Scientific Reports.

В 2015 году у берегов портового города Джела, расположенного на юго-западе острова Сицилия, было обнаружено затонувшее судно VI века до нашей эры. Среди найденных предметов оказалось 80 слитков орихалка — весьма значительная коллекция и ценная находка для археологов. Исследователи сосредоточили свое внимание на 11 слитках из этой коллекции.

Для проведения анализа использовался метод дифракции нейтронов по времени пролета. Данная техника дает возможность изучить структуру металлического изделия в объеме, не прибегая к его разрушению или повреждению. Нейтронные лучи проникают внутрь объекта исследования, и на основе анализа характера их рассеяния специалисты могут установить, какие кристаллические фазы присутствуют в составе сплава и как организована его внутренняя структура.

В качестве основы исследованных слитков выступила альфа-латунь – сплав меди и цинка. В ходе исследования не было выявлено признаков бета-латуни, представляющей собой другую структурную модификацию медно-цинкового сплава. Вместе с тем, во всех образцах был обнаружен металлический свинец, преимущественно в виде отдельной фазы, что свидетельствует о его неравномерном распределении и отсутствии растворения в медно-цинковой матрице.

Объем содержащегося свинца варьировался. В ряде случаев его концентрация превышала показатели, полученные при предыдущих исследованиях поверхности металлических изделий. Это позволяет предположить, что внутренний состав мог существенно отличаться от состава внешнего слоя.

Авторы научной работы полагают, что подобная картина соответствует процессу сегрегации свинца во время затвердевания: в процессе охлаждения расплавленного металла отдельные компоненты могли распределяться неравномерно и концентрироваться в определенных зонах. Не установлено, был ли свинец добавлен в сплав намеренно или он попал туда вместе с исходным медным либо цинксодержащим сырьем.

Заметная неоднородность была выявлена и в распределении меди и цинка. В некоторых зонах исследователи зафиксировали участки с повышенной концентрацией цинка, а также области, где содержание меди было выше среднего. Данные отклонения могли возникнуть в процессе затвердевания сплава: изменение состава формирующегося металла на локальном уровне возможно при охлаждении расплава.

При детальном изучении небольшого фрагмента одного из слитков посредством электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа было установлено наличие областей, обогащенных цинком и серой. Подобное сочетание элементов указывает на вероятность присутствия остатков минералов, содержащих цинк, которые могли быть связаны с технологией производства сплава. Среди возможных объяснений – применение подобных материалов в процессе получения цинка или при цементации, традиционном методе изготовления латуни, который предполагает нагрев меди вместе с веществом, содержащим цинк.

Дополнительные сведения о технологии изготовления стали доступны благодаря анализу других характеристик внутренней структуры металла. Незначительная микродеформация – то есть небольшие искажения кристаллической решетки – в сочетании с оценками размеров кристаллитов свидетельствует о том, что слитки охлаждались относительно медленно и подвергались последующей термической обработке.

Различия между группами образцов могут быть связаны с различными условиями литья или дальнейшей обработки металла. Тем не менее, реконструировать точную последовательность действий древних мастеров, а также определить происхождение используемого сырья и маршруты его транспортировки, основываясь на имеющихся данных, представляется невозможным. Ключевым результатом нового исследования является демонстрация того факта, что даже внешне идентичные древние слитки могут обладать сложной внутренней структурой, изучение которой возможно с помощью методов, щадящих ценные артефакты.