专利名称：一种缺损青铜器文物的修复方法
技术领域：
本发明涉及一种缺损青铜器文物的修复方法，主要用于缺损青铜器文物的修复，使青铜器文物的缺损部位得到弥合。
背景技术：
我国是一个历史悠久的文明古国，随着中国考古事业的发展，发掘出土了大量青铜器文物。青铜器文物主要是指古代传统工艺制作的，以锡、铅、铜为基本元素的青铜器物。由于年代久远，特别是那些埋藏地下后被发掘出土的青铜器文物，在断裂部位出现缺损断裂，或在任何部位出现缺损空洞是常有的情况。而对于青铜器文物缺损部位的修复，传统修复方法常采用灌缝、填缝和补块等方法。灌缝、填缝和补块均需要使用粘接剂，粘接剂胶本身的老化与时间是成正比的，而且无法避免。所以修复后的青铜器文物在缺损部位产生老化、开裂，缺损部位的重现是必然发生的。在上述情况下，必造成青铜器文物的反复修复，而每次修复又会造成新的损伤，最终有可能导致青铜器文物失去原始的文化信息。由于青铜器文物的形状、图案复杂，用传统的修复方法难于进行操作和保证修复质量，同时由于被修复的青铜器都属于不可再生的文化宝藏，一旦修复出现失误，将造成无可挽回的损失。所以，要求修复工作万无一失。而上述诸多方法均不能有效地实现这个目标。
发明内容
为避免现有技术的缺点，本发明提出了一种缺损青铜器文物的修复方法，采用激光涂覆技术，将熔化的青铜粉填补缺损部分。使得缺损空洞得以填充弥合或缺损断裂的青铜器文物焊接，以实现缺损青铜器文物的修复。利用激光涂覆技术修复的缺损部位实现的是冶金结合，焊接可靠，性能优越，热影响区小，组织致密，无孔洞、疏松。用本方法修复的青铜器，其表面无氧化现象，连接组织细小致密，连接部位强度高且耐久、可靠、无老化，为我国青铜器文物的修复开辟了一种全新的途径和方法。克服了传统修复方法存在的老化、腐蚀、开裂的缺点。
本发明的技术思想是将大功率激光束照射到待修复青铜器文物缺损处，同时向激光熔池送入青铜粉末；在激光能量作用下，青铜器文物金属基底表面微熔，激光熔池中的青铜粉末也被熔化，填充青铜器文物缺损部位，冷却后形成一层涂覆修复层。由于涂覆修复涂层与青铜器文物金属之间为冶金结合，无夹杂、气孔等缺陷。
对于缺损面大，一次激光涂覆涂层不足以弥合缺损空洞时，可以采取多次涂覆的方法。由于涂覆修复层是在激光光斑的引导下沿着缺损边缘形成的，所以可以在每次涂覆形成的边缘上继续进行下一次的涂覆，直至能够填充缺损部位。使缺损空洞得以弥合的。
向激光熔池送入青铜粉末可以采用同步粉末送进法，即侧向送粉法或同轴送粉法。将青铜粉末直接送进激光熔池，同时激光光斑沿一定的轨迹运动，从而在光斑经过的轨迹上的青铜器表面形成一层涂覆层。侧向送粉法与同轴送粉法的区别是，侧向送粉法中粉末流呈直线运动，粉末送进方向与激光光束之间保持一定的夹角，而同轴送粉法中粉末流呈圆锥状，圆锥轴线与激光光束同轴。
对于复杂多变的缺损形状和尺寸的修复，侧向送粉法更能保证青铜粉末准确送入激光熔池中。因为如果送入的粉偏离激光熔池，未进入激光熔池的青铜粉末将粘结在待修复青铜器文物的表面，影响修复文物的表面光洁度，粘粉严重时还将形成夹渣、气孔、微裂纹等缺陷。
调整送粉器的送粉喷嘴与激光束成一定角度，该角度保证送入激光熔池的青铜粉准确落入氦氖激光光斑中。
为保证激光涂覆的修复质量，要采取一定的措施对激光熔池进行保护，在送粉喷嘴处加上保护气帘，气帘与激光光束成一定夹角，从侧面向激光熔池中吹入氩气进行保护，以防止空气中的氧、氮、氢等对高温熔池进行氧化。
为保证激光束准确覆盖文物缺损部位，达到激光涂覆修复目的，就要使激光束的光斑运行轨迹反应青铜器文物缺损的特征。为此，可以在激光涂覆之前，先测量被修复青铜器文物缺损部位的坐标参数，并跟据此坐标参数控制、调整氦氖激光光斑的运行轨迹，使得光斑运行轨迹与缺损处的误差逐步缩小，最后达到重合为止。
根据青铜器文物缺损处的情况，可以通过调整激光涂覆工艺参数、如送粉量的大小，激光发射功率的大小，激光涂覆速度，光斑尺寸，控制涂覆的宽度和深度。
可以多次激光涂覆，直到达到满意效果。
修复后的青铜器文物，可以进行打磨、抛光、上色、做旧等处理。
图1修补青铜器文物实施例的示意图1-激光器 2-工作台控制器 3-计算机 4-送粉器 5-送粉器送粉喷嘴6-待修复的文物 7-夹具 8-工作台 9-激光束 10-聚焦镜11-激光光头 12-反射镜
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步描述待修复的青铜器文物为一把青铜剑，剑身断开，对接处存在缺损间隙，无法紧密对接。
将待修复的青铜剑清理干净，固定在夹具中，把夹具固定在工作台上。打开氦氖激光，使光斑照在待修复文物断裂处的起点。运行编制好的工作台程序，反复观察氦氖激光的光斑沿断裂处的运行轨迹，直到重合为止。调整送粉器的送粉喷头角度和高度，送粉气流方向与激光束之间的夹角介于45～60-间，打开送粉器，使青铜粉送入激光光斑中。送粉量的大小，根据待修复文物的激光涂覆宽度和厚度调整。本例采用80g/min的送粉量。吹入激光熔池中的保护氩气(纯度为99.9％)流量控制在8-20L/min之间。
激光器1输出的激光束，经反射镜2反射并经聚焦镜5聚焦后获得光斑直径为一定的高能量密度激光束4，最终垂直入射到待修复文物10表面。
由于文物的特殊安全要求，在激光涂覆修复前，先在模拟青铜试样上进行激光涂覆修复。效果满意后，再在青铜器文物上进行激光涂覆。
在待修青铜剑剑刃处用厚金属片遮挡，防止光束损害剑刃。打开送粉器，启动激光器发射激光束，运行工作台程序，仔细观察修复结果，效果满意。
激光涂覆修复后的青铜剑，根据博物馆的要求进行打磨、抛光、作旧、上色等处理，以满足展出的要求。
权利要求
1.一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于将激光束照射到待修复青铜器文物的缺损部位，同步向激光熔池送入青铜粉末并使青铜器文物金属基底表面微熔，使激光熔池中的青铜粉末熔化，填充青铜器文物缺陷，冷却凝固后形成涂覆修复层。
2.根据权利要求1所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于涂覆修复层是在激光光斑的引导下沿着缺损边缘形成的，可以是在每次涂覆形成的边缘上继续进行的能够填充缺损部位的多层涂覆修复层。
3.根据权利要求1所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于同步向激光熔池送入青铜粉末可以采用同轴送粉法使青铜粉末流呈圆锥状，且圆锥轴线与激光光束同轴，并直接被送进激光熔池。
4.根据权利要求1或3所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于同步向激光熔池送入青铜粉末可以采用侧向送粉法使青铜粉末流呈直线运动，并且保持粉末被直接送进且方向与激光光束之间保持一定的夹角。
5.根据权利要求4所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于在侧向送粉法时，送粉气流方向与激光束之间的夹角介于45～60-之间。
6.根据权利要求3或4所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于在送粉喷嘴处加上保护气帘，沿侧向将氩气吹入激光熔池。
7.根据权利要求6所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于吹入激光熔池中的保护氩气(纯度为99.9％)流量控制在8-20L/min之间。
8.根据权利要求1所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于激光束的光斑运行轨迹的产生可以在激光涂覆修复前，先测量被修复青铜器文物缺陷部位的坐标参数，并跟据此坐标参数控制、调整氦氖激光光斑的运行轨迹，使得光斑运行轨迹与缺陷处的误差逐步缩小，最后达到重合为止。
9.根据权利要求1所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于在激光涂覆修复前，先在模拟青铜试样上进行激光涂覆修复，效果满意后，再在青铜器文物上进行激光涂覆。
10.根据权利要求1所述的一种缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于可以通过调整激光涂覆工艺参数、如送粉量的大小，激光发射功率的大小，激光涂覆速度，光斑尺寸，控制涂覆的宽度和深度。
全文摘要
本发明涉及一种缺损青铜器文物的修复方法，主要用于出现缺损的青铜器文物的修复。本发明方法是将大功率激光束照射到待修复青铜器文物缺损处，同时向激光熔池送入金属粉末，在激光能量作用下，青铜器文物金属基底表面微熔，激光熔池中的青铜粉末也被熔化，填充青铜器文物缺损，冷却后形成一层涂覆修复层。本发明能使断裂并有缺损的青铜器文物修复成为可能，而且激光涂覆修复部位性能优越，热影响区小，组织致密，无孔洞、疏松，非常适用于断裂并有缺损青铜器文物的局部修复。用本方法修复的青铜器，其表面无氧化现象，连接组织细小致密，连接部位强度高且耐久、可靠、无老化，为我国青铜器文物的修复开辟了一种全新的途径和方法。
文档编号B23K26/12GK1451510SQ0311446
公开日2003年10月29日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月24日
发明者叶心适, 张津生, 刘林西, 甄刚, 陈静 申请人:西安文物保护修复中心, 西北工业大学