Can we predict the corrosion of archaeological iron artifacts in the stone chamber of the tumulus? – Establishment of evaluation method for in-situ preservation using numerical analysis
| Project/Area Number |
21K00998
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 03060:Cultural assets study-related
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| Research Institution | Nara National Research Institute for Cultural Properties |
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Principal Investigator |
柳田 明進 独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所, 埋蔵文化財センター, 主任研究員 (30733795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椋 大輔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60283868)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 出土鉄製文化財 / 古墳 / 現地保存 / 腐食 / さび / 交流インピーダンス / 数値解析 / 文化財保存 / X線CT / 画像解析 / 鉄製文化財 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、古墳を模擬した土中空間において実施した腐食実験の結果に基づき、石室での鉄製文化財の腐食をモデル化し、石室内の物理環境を外界条件として石室内の鉄製遺物の腐食を数値計算により予測する技術を開発する。また、実際の鉄製文化財に則したモデルに改良するために、出土鉄製文化財の腐食層の厚みや空隙率などの物性をX線CTにより収集し、腐食層の影響を取り入れた腐食モデルを確立する。本研究の成果により、従来、経験による推測の域を出なかった古墳副葬品の現地保存の可否の判断を、科学的なデータに基づいて推定することが可能になる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、古墳石室内での鉄製文化財の腐食モデルを構築するため、１）乾湿繰り返し腐食実験、２）乾湿過程における腐食のモデル化、３）古墳出土さび層片の組成および構造解析、を実施した。１）乾湿繰り返し腐食実験では、砂質土を充填したカラムの下端に炭素鋼の電極を設置し、カラム内の砂質土を水分飽和から乾燥させていき、その後、水分を供給し飽和状態とすることで乾湿を繰り返した。この際、２電極法による交流インピーダンス測定から溶液抵抗および分極抵抗を算出することで、砂質土の乾湿を繰り返す過程での腐食速度をモニタリングした。その結果、湿潤時の腐食速度は乾湿の回数が増加するごとに上昇する傾向が認められた。腐食によって形成されたさびの還元反応が生じることで腐食速度が増加する可能性が示された。２）乾湿繰り返し過程の腐食のモデル化では、腐食実験の結果に基づき、腐食によって形成されたさびの還元を考慮したモデルとして、さびに含まれるγ-FeOOHの還元反応を考慮したモデルを構築した。３）古墳出土さび層片の組成および構造解析では、国内の異なる２基の古墳から出土した鉄製文化財のさび片を対象とし、μ-Ｘ線CT、窒素・水蒸気吸着法による構造の解析およびクロスセクションのXRF、μ-XRDにより組成の分析をおこなった。その結果、さび層内は内部に高密度のさびが層状に存在し、細孔は主にマイクロ孔から構成されていることから、物質移動の抵抗として作用すると考えられた。また、さび層は主にα-FeOOHおよびFe3O4から構成されており、さび層中のγ-FeOOHの還元による腐食促進の可能性は低いと考えられた。得られた成果については、学術雑誌および日本文化財科学会などで学会発表をおこない公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
古墳石室内での鉄製文化財の腐食のモデル化の過程で、土中での乾湿繰り返し環境下での腐食に関して新たな実験の実施が必要となった。そのため、令和５年度に乾湿繰り返し環境下での腐食実験を行い、そのデータを取得した。このため、当初の予定より研究の進捗はやや遅れている状況ではあるが、研究は着実に進展していおり、乾湿の繰り返し過程における腐食の挙動の把握、そのモデル化まで完了した。また、厚いさび層を有する鉄製文化財の埋蔵時の腐食をモデル化するためには、さび層の物性取得が不可欠であり、令和５年度には古墳出土さび層の組成、構造に関する一連のデータを取得することができた。室内実験から得られた腐食モデルとさび層の物性を考慮したモデルを構築することで、古墳石室内に埋葬された鉄製文化財の腐食を数値解析によって再現する技術を開発する本研究の目的が達成されると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度はこれまでに取得した腐食実験データ、および、古墳から出土した鉄製文化財のさび層の物性データを統合して、古墳石室内での鉄製文化財の腐食速度を数値解析によるシミュレーションにて再現する。既に構築したさび層を伴わない炭素鋼の腐食速度シミュレーションのプログラムを基本とし、新たにさび層による酸素、鉄（II）イオンの物質移動抑制の効果を考慮したものとする。シミュレーションの妥当性の検討は模擬実験の腐食実験の結果と比較することで実施する。これらの技術により、古墳石室内に埋蔵された鉄製文化財の腐食速度の予測技術を確立する。また、得られた成果については学会発表、学術論文への投稿を行い、広く公表する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(8 results)
