Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья

Изучение двух бронзовых позолоченных статуэток, найденных в Карнаке около полувека назад, позволило прояснить детали литейной технологии древних египтян в эпоху Нового царства и после нее, в Третьем переходном и Позднем периодах. Оказалось, что для получения тонкостенных фигур методом полого литья египетские металлурги применили сложные литейные стержни с сердцевиной на глиняной основе и верхним известково-восковым слоем. Египетский специалист по археометаллургии Юсри Салем воссоздал их в эксперименте, а также показал с помощью аналитических методов, что известково-восковая смесь использовалась и при золочении. Она способствовала развитию коррозии под позолотой и на внутренней поверхности пустотелых статуэток, говорится в статье для журнала Journal of Archaeological Science: Reports.

Расцвет металлургии бронзы в Египте наступил во второй половине II тысячелетия до нашей эры, в эпоху Нового царства. Но даже после его падения традиции мастерства не были утрачены. Для получения изделий сложной формы (статуэток, элементов посуды, украшений) металлурги практиковали литье по восковым моделям. Отливку часто делали пустотелой в целях экономии дорогого материала и уменьшения веса, используя литейные стержни, задающие форму изделия. Их покрывали тонким слоем воска, на который накладывалась паковочная масса из смеси глины и песка. Тот же материал, по-видимому, использовали для изготовления стержней. В глиняно-песчаную смесь добавляли измельченные органические компоненты, такие как волосы или солома, для обеспечения его пористости — это позволяло отводить выделяющиеся газы и избежать дефектов в отливке.

Бронзовые изделия часто декорировали инкрустацией и покрывали слоем позолоты, приклеивая с помощью связующего вещества золотую фольгу или тонкие листочки сусального золота. Для повышения адгезии бронзовой поверхности придавали шероховатость с помощью насечки. От эпохи Нового царства и Позднего периода сохранились статуэтки с остатками позолоты; например, литые фигурки, изображающие бога Осириса.

Египетский исследователь Юсри Салем (Yussri Salem), специалист по археометаллургии из Университета Южной долины в Кене, изучил две статуэтки, обнаруженные в 1970-х годах на территории Карнакского храмового комплекса. Ранее эти находки не исследовались и не подвергались процедуре консервации. Одна из них — типичная фигурка Осириса высотой 170 миллиметров. Нижняя часть ее утрачена. Вторая — фрагмент женской фигурки без верхней части; ее стилистические особенности позволяют предположить, что статуэтка была аналогична хорошо сохранившемуся изваянию верховной жрицы Амона в Карнаке, «Великой супруги бога» Каромамы (IX век до нашей эры).

На обеих статуэтках, несмотря на значительную коррозию, есть следы золотого покрытия и грунтовки, на которую оно наносилось, а благодаря повреждениям литейные стержни внутри бронзовых отливок доступны для прямого исследования. Применив к статуэткам комплекс аналитических методов (поляризационную микроскопию, сканирующую электронную микроскопию, рентгенодифракционный анализ и инфракрасную фурье-спектроскопию), Салем определил толщину и химический состав позолоты, отливок и коррозионных слоев на них, а также фрагментов литейных стержней. Затем ученый воссоздал в эксперименте технологию изготовления таких стержней и, используя их, получил бронзовые отливки.

Выяснилось, что статуэтка Осириса была покрыта слоем сусального золота толщиной от одного до двух микрометров, а женская фигурка — более толстой (8,2–12,0 микрометра) фольгой. Покрытие на обеих статуэтках оказалось одинаковым по составу: 84–86 процентов золота, 9–12 процентов меди и 2–4 процента серебра. Такое высокое содержание золота характерно для Нового царства и Позднего периода и практически не встречается в более древних изделиях. Бронза обеих статуэток представляет собой тройной сплав меди, олова (от 5,1 до 8,4 процента) и свинца (от 4,0 до 14,7 процента). Толщина стенок и той, и другой фигурки очень мала — всего 1–2 миллиметра.

В составе связующего слоя Салем обнаружил кальцит и пчелиный воск. По-видимому, грунтовка под позолоту состояла из воска с примесью измельченного известняка. Салем указывает, что кальцит в грунтовке способствовал коррозии бронзы под позолотой после того как статуэтки оказались захоронены в грунте в присутствии влаги, так как образующиеся при этом гидрокарбонат-ионы HCO₃^— обладают высокой реакционной способностью по отношению к меди. В коррозионном слое на поверхности статуэток ученый обнаружил как первичный продукт их взаимодействия — азурит, или медную лазурь, так и заместивший его малахит. Кроме того, повторное осаждение и окисление ионов меди привело к появлению купритовых (Cu₂O) пустул. На их поверхности из-за взаимодействия с ионами хлора, содержащимися в грунтовой воде, образовался налет паратакамита — хлорсодержащего минерала меди.

Коррозия затронула не только наружную, но и внутреннюю поверхность статуэток — там, где бронза соприкасалась с литейными стержнями. Они оказались двухслойными — с внутренним глиняно-песчаным ядром и наружной оболочкой из смеси того же состава, что и грунтовка под позолоту (известняковый порошок и воск). Во время литья кальцит разлагался на углекислоту и негашеную известь, которая при контакте с водой превращалась в гидроксид кальция. Он реагировал с углекислотой, снова образуя кальцит. Во влажной среде это привело к разрушению поверхности бронзовых отливок и с внутренней стороны.

Салем отмечает, что двухслойные стержни ранее не встречались археологам. Исследователь реконструировал наиболее вероятную последовательность операций, с помощью которой их могли получать египетские мастера. Сначала из обычной глиняно-песчаной массы делалась круглая в сечении сердцевина стержня. Затем ее фиксировали внутри разъемной постоянной литейной формы так, чтобы везде сохранялся относительно равномерный зазор между сердцевиной и стенками формы. В него заливали приготовленную с добавлением воды известково-восковую смесь, которая, заполняя пустое пространство, формировала верхний слой стержня — основу будущей бронзовой фигуры. Готовый стержень погружали в расплавленный воск и покрывали паковочной массой. После застывания воск выплавляли из формы и заливали металл.

Салем изготовил по предложенной им технологии несколько экспериментальных литейных стержней. Преимущество этого метода, по мнению исследователя, состоит в том, что он дает возможность многократно получать одинаковые стержни с помощью одной разъемной формы. Таким образом металлурги могли воспроизводить изделия в необходимом количестве. На экспериментальных стержнях ученый отлил три бронзовых статуэтки. Опыт показал, что погружение в воск позволяет сформировать очень тонкий выплавляемый слой и, соответственно, изготовить тонкостенные отливки, аналогичные древнеегипетским фигуркам из Карнака.

Ранее N + 1 уже сообщал об исследованиях в области археометаллургии. Мы рассказывали о том, как ученые выплавили медь древнеегипетским методом с использованием сырой древесины и ослиного навоза и отлили бронзовые наконечники стрел по скифской технологии. А еще археологи установили, что на территории Сербии в бронзовом веке был крупный центр развития металлургии.