Kajian Mikroprob Elektron Koleksi Gangsa Yinxu (Anyang) Academia Sinica

Gangsa kuno dan persediaan sampel

   Gangsa, aloi pertama jenis manusia, terdiri daripada dua unsur logam kuprum (Cu) dan timah (Sn). Objek gangsa dihasilkan dengan menuang aloi cair ke dalam acuan. Takat lebur Cu dan Sn adalah lebih kurang. 1085ºC dan 232ºC, masing-masing, dan takat lebur berkurangan dengan peningkatan kandungan Sn dalam gangsa. Rajah 1a menunjukkan rajah fasa sistem Cu- Sn (timah-gangsa). Daripada bonze cair dalam 90- 80 wt.% Cu (10-20 wt.% Sn), fasa pepejal utama gangsa ialah fasa α apabila ia mencapai suhu cair. Fasa α menjana pengasinganpepejalinan (dendrit: Rajah 1b-d) semasa kejatuhan suhu dan kemudian fasa δ sekunder muncul dalam kadar penyejukan tuangan biasa. Dalam tuangan biasa, penghabluran fasa diperkaya Sn, ε dan η, tidak berlaku kerana suhu jatuh terlalu rendah untuk bertindak balas. Dalam erti kata lain, hanya fasa dendrit α-fasa dan α+δ fasa eutektik diperhatikan secara normal di bahagian dalam gangsa purba seperti yang dilaporkan oleh Gettens[1] dan Wan[2], dan mana-mana fasa mengandungi kurang daripada 77 wt.% Cu (>33 berat % Sn) tidak wujud dalam gangsa tuangan biasa.
   Telah diketahui umum bahawa patina hijau terbentuk di permukaan gangsa untuk masa yang lama pengebumian. Patina terdiri daripada oksida tembaga, timah dan plumbum serta karbonatnya. Tanpa pengecualian, permukaan gangsa purba telah teroksida. Walaupun pelbagai pendekatan analisis telah digunakan untuk kajian kimia gangsa seperti pendarfluor sinar-X (XRF), XR-EDS dan kaedah pelarutan kimia pada permukaan, hanya analisis permukaan yang mustahil untuk menyiasat kimia asal dan teknologi tuangannya.
   Koleksi Yinxu mengandungi sejumlah besar (mungkin lebih daripada 20,000) serpihan gangsa tetapi ramai yang tidak dapat memohon kerja pemuliharaan. Walau bagaimanapun, ia masih bernilai dan boleh memilih beberapa sampel yang sesuai untuk menyiasat struktur mikro metalurgi dan kimia daripada keratan rentas. Sampel yang dikaji telah dipilih daripada keseluruhan fasa Tempoh Yinxu (Shang Tengah hingga Shang Lewat) dan pelbagai kegunaan. Sekurang-kurangnya dalam Dinasti Han, enam jenis penggunaan diiktiraf dalam objek gangsa, iaitu, kapal, peralatan, senjata, peralatan, perhiasan dan barang kereta. Untuk memahami sifat kimia gangsa Yinxu, bejana ritual (Jue, Ding, Zun, Gu, Pou, dan Hu), senjata (topi keledar, belati, pisau, anak panah dan mata lembing) dan perhiasan kereta telah dipilih untuk kajian ini. . Topi keledar yang digali hanya dari makam HPKM1004 di Yinxu.

Rajah 1 Sistem gangsa dan struktur mikro wakil topi keledar gangsa daripada HPKM1004.
a) Gambar rajah fasa kuprum (Cu) – sistem timah (Sn) dalam keadaan keseimbangan[9].
b) Mikrograf elektron bertaburan belakang. Zarah plumbum (Pb) yang diasingkan diperhatikan sebagai bintik terang (putih pada imej).
(kurang daripada beberapa μm) dalam struktur α+δ fasa eutektik gangsa, ditunjukkan sebagai dendrit yang mengelilingi α primer
fasa gangsa (ditunjukkan sebagai kawasan yang lebih gelap).
c) d) dan e). Peta pengedaran unsur kuprum, timah dan plumbum, masing-masing. Bar skala: 5 μm.

Prosedur analisis gangsa Yinxu Penyediaan sampel

   Untuk memerhati keratan rentas objek gangsa, serpihan yang dipilih dihiris sekeping kecil (bersaiz kurang daripada beberapa cm dengan ketebalan beberapa mm) dengan gergaji berlian mikro. Untuk mengelakkan kerosakan terma dan mekanikal untuk struktur metalurgi, kelajuan putaran perlahan gergaji berlian dikendalikan dalam 100 rpm dengan air suling untuk penyejukan semasa pemotongan. Sampel yang telah dibersihkan dengan etanol telah dipasang di dalam pelekap sejuk (suhu bilik disembuhkan selama lapan jam) resin epoksi dengan acuan diameter 1 inci dan permukaan terdedah digilap dengan pes berlian, dan kemudian disiapkan dengan larutan silika koloid.

SEM

   Keratan rentas yang digilap pada mulanya diperhatikan oleh mikroskop optik dengan cahaya pemantulan. Kemudian Mikroskop Elektron Mengimbas (JEOL W-SEM JSM- 6360LV dan FE-SEM JSM-7100F) digunakan untuk memerhati struktur metalurgi oleh imej elektron berselerak belakang, yang mewakili purata kelimpahan atom secara kontras dalam imej hitam dan putih. Analisis separa kuantitatif telah dijalankan oleh spektrometer penyebaran tenaga (Oxford Instruments Ltd) yang digunakan di bawah keadaan rasuk 15 kilo Volt (kV), dan 0.1 nano Ampere (nA) untuk voltan pecutan dan arus rasuk, masing-masing, dalam keadaan vakum sebanyak 25 Pa (Pascal). Komposisi kimia pukal ditentukan dengan nilai min 10 hingga 20-kawasan 120 μm × 90 μm (1000 kali dalam pembesaran imej SEM). Masa pengiraan sinar-X adalah selama 100 saat. Data kuantitatif telah diperbetulkan dengan kaedah ZAF dengan logam tulen yang dikenali secara kimia dan aloi sintetik untuk Cu (logam tembaga), Sn (logam timah), Sb (logam antimoni), Ag (logam perak), As (gallium arsenide: GaAs), Zn ( logam zink), Pb (crocoite: PbCrO4), Bi (logam bismut), Fe-Co-Ni (piawai logam NBS868) dan S (pirit: FeS2).

EPMA

   Dalam analisis penyebaran tenaga sinar-X pada gangsa, timah (garisan Sn-L) adalah unsur gangguan untuk analisis oksigen (Okα). Kemudian, analisis kimia kuantitatif kuprum, timah, plumbum dan oksigen telah dibuat oleh EPMA (JEOL W-EPMA JXA-8900R dan FE-EPMA JXA-8500F) yang dilengkapi spektrometer penyebaran panjang gelombang (WDS). Keadaan rasuk dikendalikan ialah rasuk defokus 20 kV, 10 nA dan 5 μm untuk voltan pecutan, arus rasuk dan saiz rasuk. Keamatan sinar-X yang diukur telah diperbetulkan dengan kaedah PRZ logam menggunakan penentukuran piawai bagi logam dan oksida piawai yang diketahui kimia dengan kristal pembelauan berikut: logam kuprum untuk Cu-Kα dengan kristal LiF, logam timah untuk Sn- Lα dengan kristal PETH , crocoite (PbCrO4) untuk Pb-Mß dengan kristal PETH dan timah-oksida (SnO2) untuk O-ka dengan kristal LDE1H. Puncak sinar-X ialah sinar-X garis dasar atas dan bawah yang masing-masing dikira selama 20 dan 10 saat. Untuk mendapatkan kimia pukal daripada setiap sampel, mata yang dianalisis telah dipilih secara rawak 100 hingga 225 mata pada selang 50 μm dengan arah XY dengan penukaran jadual titik pemetaan. Kedua-dua imej elektron sekunder dan berselerak belakang digunakan untuk mengelakkan kawasan yang rosak dan terluluhawa. Kemudian kimia pukal, terutamanya nisbah Cu/(Cu+Sn) pukal (Cu#), dikira sebagai nilai min. Analisis pengedaran kimia (pemetaan) Cu, Sn, Pb, O dan beberapa yang lain (As dan Sb) juga dilakukan oleh FE-EPMA pada keadaan 20 kV dan 30 nA untuk voltan pecutan dan arus rasuk, masing-masing.

Hasil

Struktur metalurgi bahagian dalam gangsa

   Ketebalan gangsa Yinxu yang dikaji kebanyakannya 2 hingga 3 mm. Banyak gangsa teroksida secara serius bukan sahaja pada permukaannya tetapi juga di dalamannya sekali-sekala. Sampel sedemikian tidak sesuai untuk menyiasat struktur metalurgi mereka. Kami mencuba hampir 200 serpihan gangsa, tetapi 95 sampel dapat mengkaji keratan rentasnya.
   Rajah 1 (be) menunjukkan struktur dendrit yang mewakili dalam objek gangsa Yinxu (topi keledar F1 daripada HPKM1004) dengan mikrograf elektron berselerak belakang dan taburan kimia Cu, Sn dan Pb. Plumbum (Pb) diasingkan daripada fasa gangsa yang terdiri daripada fasa α, fasa kristal primer, dan fasa eutektik α+δ. Pb ialah agen peleburan dan sedang menjalankan takat lebur untuk diturunkan. Pb berada dalam gangsa cair pada suhu tinggi, tetapi tidak diagihkan dalam gangsa pepejal.
   Struktur mikro gangsa dibahagikan kepada dua jenis, seperti dendrit dan struktur berbutir (Rajah 2). Dendrit terdapat dengan ketara tetapi struktur berbutir diperhatikan hanya 5 kes setakat ini. Untuk perbandingan struktur, kami mengkaji objek gangsa eksperimen secara serentak. Dendrit diperhatikan dalam gangsa tuangan biasa, manakala struktur homogeniti berbutir atau kimia diperoleh daripada produk eksperimen selepas rawatan terma seperti penyepuhlindapan atau pembajaan. Hasilnya menunjukkan bahawa sekurang-kurangnya sejenis kaedah rawatan haba telah digunakan dalam Tempoh Yinxu Dinasti Shang, ia adalah sangat jarang berlaku.

Rajah 2 Struktur metalurgi perwakilan bagi objek gangsa daripada Yinxu (kiri) dan produk eksperimen (kanan). Struktur dendrit dan heterogeniti kimia Cu (atas) dan Sn (tengah) diperhatikan daripada objek gangsa Yinxu (topi keledar: HPKM1004 F1) dan eksperimen tuangan biasa (JY-4: Cu:Sn:Pb = 80:15:5, Cu# = 0.158), sebaliknya, struktur berbutir dan kehomogenan kimia diperhatikan dari bahagian dalam keris (R002117) dan hasil keluaran selepas pembajaan (JY6T: Cu:Sn:Pb = 80:15:5, Cu# = 0.158; eksperimen rawatan haba: disimpan pada suhu 600 ºC selama 24 jam dan kemudian diproses penyejukan perlahan). BEI: mikrograf elektron berselerak belakang. Warna yang lebih sejuk (biru) dan lebih panas (merah) menunjukkan kepekatan yang lebih rendah dan lebih tinggi bagi setiap elemen, masing-masing. Bar skala: 50 μm.

Komposisi kimia gangsa Yinxu

   Ketepatan nisbah Cu/(Cu+Sn) pukal (Cu#) gangsa telah disahkan oleh aloi gangsa kimia yang diketahui. Rajah 3 menunjukkan hasil yang dilakukan oleh 4 jenis kaedah analisis. Sesetengah piawai adalah gangsa berplumbum (3 hingga 10 wt.% dalam berat asal). Plumbum (Pb) adalah agen peleburan dan berkelakuan sebagai gas meruap semasa eksperimen. Oleh itu kandungan Pb dijangka berkurangan daripada asal. Bagaimanapun, Cu# dalam gangsa berplumbum dikekalkan dengan baik. Kesemua keputusan boleh diterima dalam 0.02 dalam Cu#[3].
   Rajah 4 menunjukkan kandungan Pb dengan Cu# daripada 95 gangsa yang dikaji mengikut penggunaan. Kebanyakan gangsa berjulat antara 0.77 dan 0.89 dalam Cu#, dan tidak mengandungi banyak Pb (kurang daripada 2 wt.%). Gangsa, yang mengandungi lebih daripada 0.9 dalam Cu#, adalah empat (4) arsenik (As) gangsa (Rajah 5a), satu (1) antinomi (Sb) gangsa dari lengan (Rajah 5b), dan Pb-gangsa (2-hiasan: R014314 dan R007306) yang menunjukkan kurang Sn dikenal pasti. Tidak termasuk gangsa tersebut (> 0.9 dalam Cu#), kebanyakan gangsa Yinxu yang dikaji ditunjukkan kurang kandungan Pb dan lebih daripada 75% daripada gangsa yang dikaji ditunjukkan kurang daripada 2% berat dalam Pb. Nilai purata Cu# dan Pb topi keledar daripada HPKM1004 ialah 0.838 dan 1.56 wt.%, masing-masing, dalam 30 sampel yang dikaji. Sebaliknya, #Cu kapal ritual berjulat 0.78-0.88 yang secara relatifnya lebih rendah julat Cu (atau Sn lebih tinggi). Kebanyakan vesel mengandungi beberapa jumlah Pb (sehingga 7 wt.%). Dalam perhiasan, Cu# berjulat luas dari 0.77 hingga 0.98. Satu sampel yang sangat dihiasi dengan bertatahkan turquoise (R017653) menunjukkan kandungan Pb tertinggi (10.5 wt.%) dalam siri analisis ini.
Dalam item kereta kuda, sampel R006919 mengandungi Pb yang agak tinggi iaitu 4.8 wt.%, dan #Cu adalah serupa dengan bejana ritual yang lain iaitu 0.814. Sebaliknya, yang dipanggil hiasan berbentuk busur (R001768), mengandungi kurang Pb (0.3 berat%), dan #Cu hanya 0.766. Ia setakat ini merupakan nilai terendah #Cu dan berbeza daripada nisbah senjata lain. Ini dianggap sejenis senjata, tetapi komposisi kimianya menunjukkan kebimbangan yang berbeza untuk mengkategorikan objek. Rongga atau ruang lompang diperhatikan dengan baik di bahagian dalam gangsa Pb tinggi secara amnya. Kurang rongga diperhatikan di bahagian dalam gangsa rendah Pb. Nampaknya keadaan pemeliharaan adalah lebih baik dalam gangsa Pb rendah.

Rajah 3 Keputusan analisis bahan piawai gangsa yang diketahui secara kimia. Paksi X- dan Y- mewakili nisbah penimbangan dan ukuran bagi Cu/ (Cu+Sn). W-SEM: JEOL JSM-6360LV dengan Oxford Si[Li] EDS; FE-SEM: JEOL JSM-7100F dengan Oxford SDD-EDS; W-EPMA: JEOL JXA-8900R; FE-EPMA: JEOL JXA-8500F.

Rajah 4 Taburan kandungan Pb dengan nisbah Cu/(Cu+Sn) pukal bagi objek gangsa Yinxu yang dikaji ditunjukkan oleh penggunaan. Berlian: topi keledar daripada hanya HPKM1004; bulatan: senjata: empat (4) daripadanya dikenal pasti sebagai As-gangsa dan satu gangsa As-Sb (R006817); segi empat sama: hiasan seperti perhiasan kereta (3 daripadanya adalah gangsa Cu tinggi); segi tiga: periuk dan cawan dengan melegakan halus pada permukaan. N: bilangan sampel yang dikaji oleh SEM-EDS.

Keputusan EPMA dengan analisis Oksigen

   Kehadiran oksigen dalam bahagian dalam gangsa menunjukkan keadaan pemeliharaan. Oleh itu, pemeriksaan oksigen berguna untuk mendiskriminasikan kimia asalnya untuk perbincangan lanjut. Rajah 6 menunjukkan hasil analisis pemetaan yang mewakili dua sampel, topi keledar gangsa teroksida dan terpelihara dengan baik, daripada HPKM1004. Jelas sekali mustahil untuk menunjukkan keadaan pengoksidaan mereka daripada imej berserakan belakang (BEI) pada kedua-dua bahagian kerana dendrit telah dikenal pasti dengan jelas. Walau bagaimanapun, pemetaan oksigen menunjukkan struktur mikrodendrit telah teroksida dalam topi keledar-07. Keputusan analisis spot kuantitatif ditunjukkan dalam Rajah 7. Topi keledar teroksida (Hel-06 dan -07) menunjukkan julat O bertaburan sehingga 25 wt.% dan nisbah Cu/(Cu+Sn) daripada 1.0 hingga 0.3 yang tidak konsisten dengan gangsa tuangan biasa, manakala topi keledar yang dipelihara dengan baik (Hel- 05 dan -08) tidak mengandungi O dan semua julat Cu# adalah konsisten dengan fasa-α dan fasa eutektik α+δ (dari 94 hingga 72 wt.% Cu: lihat Rajah 1a). Keputusan menunjukkan bahawa proses pengoksidaan berbeza Cu# daripada asal.
   Dalam keputusan keseluruhan EPMA, 73 objek gangsa telah disahkan sebagai sampel yang dipelihara dengan baik dan mengekalkan kimia yang boleh dipercayai untuk membincangkan nisbah Cu:Sn pukal asalnya. Rajah 8 menunjukkan ion st r ibu bagi Cu # (nisbah Cu/[Cu+Sn] pukal) mengikut penggunaan. Setiap Cu# dikira dengan analisis 100-225 titik oleh EPMA.
Topi keledar daripada HPKM1004 (kelabu) adalah antara 0.80 dan 0.89, dan kebanyakan topi keledar adalah antara 0.83 dan 0.86, dan nilai min ialah 0.843 dalam Cu#. Lengan (hijau) juga lebar dalam julat dari 0.82 hingga 0.89 dalam Cu#. Data mengandungi pelbagai jenis senjata walaupun. Sebaliknya, Cu# bagi bejana ritual (merah) adalah antara 0.80 hingga 0.86. Perbezaan dalam kimia gangsa nampaknya tidak jelas dalam variasi urutan masa melalui Tempoh Yinxu.

Rajah 6
Mikrograf elektron bertaburan belakang (BEI) dan peta taburan unsur kuprum (Cu), timah (Sn) dan oksigen (O). Gangsa teroksida- (atas: topi keledar-07: ketebalan 3 mm) dan gangsa yang dipelihara dengan baik (bawah: topi keledar-08: ketebalan 1mm) daripada HPKM1004. Keamatan sinar-X dikira selama 0.04 saat dan 0.025 saat pada selang 2 µm dan 0.5 µm dengan peringkat XY memandu dalam peta kawasan lebar (bahagian) dan kecil (250 × 250 µm).


Rajah 7 Keputusan perwakilan kandungan oksigen dengan nisbah Cu/(Cu+Sn) daripada bahagian dalam topi keledar gangsa daripada analisis titik (kuantitatif) HPKM1004 oleh EPMA. Berlian: gangsa teroksida (Helmet-06 dan -07). Segi tiga: gangsa yang dipelihara dengan baik (topi keledar-05 dan -08). n: bilangan titik analisis.


Rajah 8 Taburan nisbah Cu/(Cu+Sn) pukal mengikut penggunaan. Kelabu: topi keledar daripada HPKM1004 sahaja; hijau: lengan termasuk belati, pisau, anak panah dan kepala lembing); merah: kapal. av.: purata dalam nisbah Cu/(Cu+Sn) pukal dalam berat. N: bilangan sampel yang dikaji oleh EPMA.

Perbincangan

   Ia dikaji dengan baik tentang sifat fizikal aloi Cu-Sn dalam metalurgi moden bahawa warna, kekerasan Brinell, kekuatan tegangan, dan pemanjangan gangsa berbeza dengan nisbah Cu:Sn (Rajah 9). Secara amnya, gangsa semakin keras dengan peningkatan kandungan Sn daripada 15 wt.% tetapi ia semakin rapuh kerana kekuatan tegangan dan pemanjangan berkurangan dengan ketara dengan kandungan Sn lebih daripada 20 wt.%. Nampaknya gangsa mendapat paling keliatan sekitar 85-80% berat Cu (15-20% berat Sn). Anggaran kelikatan gangsa cair juga ditunjukkan dalam Rajah 9 bahawa kelikatan semakin berkurangan dengan peningkatan kandungan Sn[4].
   Setakat ini kami memperoleh 73 bahan kimia gangsa dan 46 data daripadanya adalah topi keledar daripada HPKM1004. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8, #Cu topi keledar menunjukkan secara relatif seragam dan kebanyakan topi keledar mengedar antara 0.83 dan 0.86, dan nilai min ialah 0.843. Nisbah #Cu mereka kelihatan setanding dengan julat keliatan tinggi gangsa. Sebaliknya, julat Cu# bagi bejana ritual diperkayakan sedikit Sn dan Pb juga (lihat Rajah 4). Kapal-kapal itu biasanya dihiasi dengan pelega halus di permukaan. Fenomena ini menunjukkan bahawa Sn dan Pb telah ditambah dengan sengaja untuk meningkatkan kelikatan gangsa cair untuk tuangan, yang mungkin mudah dituangkan ke dalam acuan hiasan halus. Pelbagai jenis senjata telah dikaji tetapi beberapa senjata kelihatan seperti objek ritual dengan hiasan permukaan dan bukannya senjata sebenar. Ini mungkin sebab Cu# senjata mengedarkan dalam julat yang lebih luas daripada 0.82 hingga 0.89. Daripada keadaan ini, berkemungkinan pengrajin sudah memahami watak-watak gangsa pada masa itu.
   Dalam klasik Cina kuno Dinasti Zhou Rites of Zhou < 周礼考工記 Zhou Li Kao Gong Ji>, Enam Formula nisbah campuran < 金有六 斉 Liu Qi> telah diseragamkan untuk kegunaan gangsa yang berbeza. Ia telah membahaskan bahawa huraian adalah pada abad ke-4 hingga ke-3 SM berdasarkan pengetahuan abad ke-9 hingga ke-7 SM yang diwakili oleh zaman Dinasti Zhou. Mengikut penerangan ion, adalah dianggap bahawa perbezaan komponen aloi gangsa (nisbah Cu:Sn) mungkin dikawal sejak dahulu lagi di China. Walau bagaimanapun ia belum disahkan dengan komposisi kimia gangsa purba.
   Wan[2] mencadangkan tafsiran 2 hala bagi Formula Enam berdasarkan nisbah penimbang, ditunjukkan sebagai kes -A dan -B dalam Jadual 1. Oleh kerana istilah tembaga tidak ada pada masa itu, ayat kuno dalam formula Enam diterangkan nisbah campuran gangsa dengan "Logam" dan "Timah". Dia menganggap "logam" dalam kes gangsa (kes-A) dan kuprum (kes-B) dan menganggarkan enam nisbah campuran dalam berat dalam Cu# daripada 83.3 hingga 50 wt.% dalam kes-A, dan dari 85.7 hingga 66.7 berat.% dalam kes-B.
   Dalam lori logam moden, diketahui umum bahawa gangsa yang mengandungi kurang daripada 66.7 wt.% Cu (lebih daripada 33.3 wt.% Sn) tidak dapat dituang. Dalam sudut metalurgi, gangsa yang hanya terdiri daripada fasa δ (68.2-66.8 wt.% Cu) juga tidak wujud. Objek gangsa Sn (Cu terendah) paling tinggi di dunia telah direkodkan sebagai 32.6 wt.% Sn (67.4 wt.% Cu) dari Kerala, India Selatan[5]. Seperti yang ditunjukkan dalam keputusan, kebanyakan gangsa Yinxu dibina oleh fasa α dan α+δ. Cu# terendah ialah 0.783. Sebaliknya, Cu# tertinggi masing-masing 83.3 dan 85.7 wt.% dalam kes -A dan -B. Walau bagaimanapun terdapat tidak boleh dipercayai kerana gangsa yang dipelihara dengan baik tersebar sehingga julat 0.89 dalam Cu#. Oleh itu adalah dicadangkan bahawa 2-hipotesis Wan adalah tidak konsisten dalam realiti.
   Hori[6] menyiasat timbangan imbangan purba dari Asia Tengah Purba dan telah mengesahkan bahawa sistem berat Asia Tengah telah ditubuhkan sekitar 4000BC dan merupakan yang tertua di dunia. Sebaliknya, sistem berat Cina mungkin ditubuhkan pada lewat daripada 1000BC yang mungkin setanding dengan Dinasti Pasca-Shang. Qiu et al. [7] menafsirkan rencana Cina purba bahawa unit volum oleh sistem perpuluhan telah pun ditubuhkan pada Zaman Pra-Qin (menjelang 221SM). Mereka juga menegaskan dalam sudut sejarah bahawa penampilan unit berat adalah lebih lewat daripada penubuhan unit panjang dan isipadu. Dua jongkong Pb telah digali dari lubang Xiaotun E-16 di Yinxu [8] tetapi sebarang alat penimbang dan timbangan masih belum ditemui dari Anyang. Oleh itu, sistem timbangan sepatutnya belum diwujudkan dalam Zaman Yinxu.
   Sistem volumetrik adalah cara pengukuran lain. Ketumpatan Cu dan Sn (ß-Sn) masing-masing ialah 8.94 dan 7.365 (g/cm3). Oleh itu jisim (atau berat) Cu dan Sn adalah berbeza walaupun dalam isipadu yang sama. Dengan mengandaikan bahawa nisbah campuran Formula Enam adalah berdasarkan nisbah isipadu, nisbah beratnya dicadangkan daripada 88 hingga 71 wt. % dalam beberapa % langkah dalam Cu# (kes-C dalam Jadual 1). Daripada keputusan analisis, #Cu topi keledar daripada HPKM1004 secara relatifnya seragam dalam 3 wt.% dan julat ini juga dicerminkan kepada sifat fizikal gangsa. Selanjutnya julat Cu# yang dicadangkan daripada 88 hingga 71% berat Cu mungkin boleh dipercayai untuk tuangan. Oleh itu, kemungkinan besar hipotesis volumetrik adalah berkemungkinan.
   Dalam jenis I dan III daripada Enam Formula arahkan nisbah untuk Loceng & Kuali (Cu6:Sn1=88 wt.% Cu) , dan pisau belati (Cu4 :Sn1= 83 wt.% Cu) , yang mewakili vesel dan lengan. Oleh itu, ia menunjukkan bahawa vesel diperkaya dalam Cu daripada lengan, bagaimanapun, keputusan analisis menunjukkan ion berkontrak bahawa lengan diperkaya dalam Cu daripada vesel. Ia juga tidak konsisten dengan sifat fizikal gangsa.

Rajah 9 Sifat fizikal gangsa sebagai fungsi kimia. σ : kekuatan tegangan [2]; δ : pemanjangan; HB: kekerasan (Brinel Number) [10], dan V: anggaran kelikatan gangsa cair pada suhu 1470K[4].

Kesimpulan

   Kami mencuba hampir 200 objek gangsa daripada Yinxu (Anyang) dalam koleksi Academia Sinica untuk melabur dalam struktur logam dan kimia mereka. Kebanyakan gangsa Yinxu adalah timah (Sn)- gangsa dengan sedikit plumbum (Pb). Ios tikus Cu/ (Cu+Sn) pukal (Cu # dalam berat) setiap serpihan gangsa dikira dengan purata 100 hingga 225 analisis kuantitatif (bintik) EPMA dengan oksigen dan plumbum, diikuti oleh analisis separa kuantitatif oleh SEM-EDS . Cu# daripada bahagian dalam tidak teroksida mewakili Cu# asalnya, manakala nisbah boleh dialihkan dengan ketara selepas pengoksidaan. Kami mengesahkan bahawa 73 sampel senjata (topi keledar, keris, anak panah dan kepala lembing) dan kapal telah dipelihara dengan baik. Keputusan keseluruhan menunjukkan bahawa Cu# asal berjulat dari 0.79 hingga 0.89. Tiada variasi disahkan dalam urutan masa semasa Tempoh Yinxu. Mengikut penggunaan, Cu# topi keledar adalah antara 0.84 dan 0.89, dan 0.845 secara purata, dan ia agak seragam jika dibandingkan dengan pelbagai kegunaan lain. Kebanyakan topi keledar tidak mengandungi banyak Pb (< 2 wt. %), dan kurang rongga diperhatikan di bahagian dalam. Sifat fizikal gangsa dipelbagaikan mengikut Cu# mereka, dan kimia topi keledar sesuai dengan julat kimia keliatannya. Bejana menunjukkan lebih rendah dalam Cu# (gangsa Sn tinggi) dan mengandungi sejumlah Pb (sehingga 5-6 berat %). Berbeza dengan topi keledar, kapal biasanya dihiasi dengan pelega halus di permukaan. Memandangkan Cu# yang lebih rendah (atau kandungan Sn yang lebih tinggi) dan penambahan Pb mengurangkan kelikatan gangsa cair, ia mungkin mudah dituang dengan acuan hiasan yang halus. Adalah dicadangkan daripada hasil analisis kimia bahawa Cu# gangsa dikawal dengan sengaja oleh tujuan penggunaan dalam tempoh beberapa % dalam Tempoh Yinxu. Berdasarkan kajian siri gangsa Yinxu ini, kami mencadangkan tafsiran hipotesis Formula Enam mengikut nisbah isipadu mungkin berkemungkinan, bukannya tafsiran asas berat. Walau bagaimanapun, Cu# gangsa Yinxu adalah tidak konsisten dengan nisbah yang diterangkan dalam klasik Cina kuno.

Penghargaan

   Kami mengucapkan terima kasih kepada Dr. Kwang-tzuu Chen dan Cik Yuyun Lin dari Institut Sejarah dan Filologi atas sokongan baik mereka. Profesor Haruhisa Mi fune dan Takekazu Nagae dari Universiti Toyama dihargai kerana menyediakan sampel gangsa eksperimen dan di scus sion yang berharga. Kami mengucapkan terima kasih kepada Cik Ya-t ing Hsu, Encik Yu-shiang Wang dan Cik Hui-ho Hsieh dari Institut Sains Bumi atas sokongan teknikal mereka terhadap analisis gangsa. Kajian ini disokong oleh Majlis Sains Negara (Taiwan) dan Institut Sejarah dan Filologi Academia Sinica.

Rujukan

[ 1 ] Mendapat RJ 1969 The Freer Chinese Bronzes Jilid II Kajian Teknikal. Galeri Seni Bebas Institusi Smithsonian, Kajian Oriental, No.7. Washington DC.
[ 2 ] Wan Chia-pao (1970) Laporan awal mengenai pemeriksaan metalografi topi keledar gangsa Shang. Institut Sejarah dan Filologi Academia Sinica Penerbitan Khas, No.60. hlm.4 8. Taipei (dalam bahasa Cina dengan ringkasan bahasa Inggeris).
[3] Iizuka Y., J. Uchida (2013) Komposisi kimia objek gangsa Yinxu (Anyang) dalam koleksi Academia Sinica dan implikasinya untuk teknik Tuangan Cina Purba. Buletin Persatuan Arkeologi Cina Jepun, 13:23-47 (dalam bahasa Jepun dengan abstrak Cina).
[ 4 ] Kozlov LY, LM Romanov, NN Petrov (1983) Ramalkan ion bagi kelikatan cair logam berbilang komponen. Izvestiya Vyssh. Aduh. Zav., Chernaya Metallurgiya, 3: 7-11.
[ 5 ] Mifune H. (2010) Perbandingan teknologi pembuatan alat gangsa timah tinggi di Asia moden. Dalam gangsa timah tinggi Asia: Teknologi pengeluaran dan ciri serantau. hlm.125-135 (ISBN 978-4-9905066-1-2).
[ 6 ] Hori A. (2007) Pertimbangan Semula Sistem Berat Asia Tengah Purba. Buletin Persatuan Kajian Timur Dekat di Jepun (Nippon Oriento Gakkai), 50 (1):30-32 (dalam bahasa Jepun dengan abstrak Inggeris).
[ 7 ] Qiu Guangming, Qiu Long, Yang Ping (2001) Unit Berat (Bab 4) dalam Sejarah Teknologi Cina. Akhbar Sains dan Teknologi, ms.25- 31. Beijing (dalam bahasa Cina).
[ 8 ] Chen Kwang-tzuu (1991) Analisis dan kajian tentang Jongkong Plumbum dari Yinxu. Dalam Arkeologi dan Budaya Sejarah. Peringatan Ulang Tahun Kelapan Puluh Kao Ch'u-hsun, ms.355- 388. Buku Cheng-Chung. Taipei (dalam bahasa Cina).
[ 9 ] Massalski BT (Ketua Editor) (1990) Rajah Fasa Aloi Perduaan: Edisi kedua. Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan, Perpustakaan Kongres Pengkatalogan dalam Data Penerbitan, Amerika Syarikat (ISBN-10: 0-87170-405-6).
[10] Scott DA (1991) Metalografi dan struktur mikro logam purba dan bersejarah. Muzium J. Paul Getty, hlm.155. Los Angels (ISBN 0-89236-195-6).