一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法及裝置。所述方法為：利用強磁場對水進行處理使水磁化，使用磁化后的水對出水文物進行清洗。可通過N、S極交替布置的靜態永磁強磁場對水進行磁化處理，磁處理后的水部分氫鍵斷裂，性質發生變化，可減弱文物與病害附著雜質間的結合力，將文物上的附著物剝離，從而完成出水文物的清洗。本發明方法與常規添加酸堿絡合劑、超聲等方法相比，為純物理清洗方法，在有效清洗分離文物附著物的同時，對文物無損傷，處理過程不產生環境污染物。采用的新型磁棒式靜態永磁磁場，與傳統磁棒式的窄型永磁磁場相比，其強磁場的分布寬，水的磁處理效率高，可以大規模地應用于出水文物的清洗。
【專利說明】
一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法及裝置
技術領域
[0001]本發明涉及出水文物清洗技術領域，具體涉及利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]文物是不可再生的遺存，承載著豐富的人類歷史文化信息。在漫長的歷史長河中，中國向世界各地輸出了大量陶瓷器。海運作為一種傳統的運輸方式，具有量大、安全、便利且運價低廉等優勢。但由于海難沉船事件時有發生，致使無數外銷陶瓷器被遺留在茫茫大海深處。隨著當今水下考古事業的發展，大量中國古代陶瓷器被從海洋中打撈出水。通過對船上陶瓷器文物的修復保護研究，可以更好地復原歷史原貌，了解當時的制作工藝、科技文化、商業貿易等歷史信息。
[0003]大部分海洋出水陶瓷器等文物，經海水長期浸泡和海洋生物、海泥等鈣質物的長期作用，緊密膠結形成體積大小不一的堅硬凝結物。這些凝結物在外界溫濕度改變的情況下，必然會對其中包裹的陶瓷等文物本體產生物理性擠壓破壞，如何在確保文物安全的前提下，將這些文物從凝結物中完整提取出來，已成為迫在眉睫的難題。因此，開展海洋出水陶瓷器周體凝結物的清洗工藝研究，對于水下考古發掘出水陶瓷器的保護和保存，具有普遍而深遠的意義。然而截至目前，對于沉船內文物表面附著的凝結材料的去除研究尚未系統開展。
[0004]隨著大量珍貴文物的出土出水，伴之而來的是繁重而艱巨的文物保護工作。為了妥善保存文物，必須對其進行必要的修復保護處理。古陶瓷修復保護工藝流程包括:環境分析、現狀調查，狀態評估、清洗除垢、脫鹽處理、拼對粘接、修補缺損，加固封護，仿色做舊等各種技術手段的選擇和實施。
[0005]清洗是出水文物保護修復的首要步驟。出水文物病害包括可溶性鹽、表面的沉積物、有機污垢等。其中文物表面附著的難溶鹽沉積物、表面的生物病害等較難清除，常常需要機械清洗、化學清洗和超聲波清洗。然而這些方法在清除污垢的同時，也可能會對瓷器的胎釉產生腐蝕，造成比較嚴重或潛在的損傷。并且，這些清洗方法也存在著種種缺點，如機械方法無法滿足高清潔度清洗要求，而化學清洗方法容易導致環境污染，獲得的清潔度也很有限，特別是當污垢成分復雜時，必須選用多種清洗劑反復清洗才可能滿足表面清潔度的要求。北京大學的胡東波等人研究了常用化學清洗材料對瓷器的影響，發現一般情況下，清洗能力強的清洗劑，對瓷器的損傷也很強(胡東波，張紅燕，常用清洗材料對瓷器的影響研究，文物保護與考古科學，2010，22( I): 49-59)。
[0006]盡管超聲波清洗法清洗效果不錯，但對亞微米級污粒的清洗卻表現得無能為力，同時清洗槽的尺寸也限制了清洗對象的范圍和復雜程度，而且清洗后的文物需要快速干燥亦是一大難題。而近年來出現的激光清洗技術，比較適合小范圍的高精度清洗，對于大范圍腐蝕嚴重的場合效果有限。
[0007]因此，研究開發新的適合出水文物上不同病害特別是堅硬凝結物的清洗方法，對文物進行高效無損清洗，對于文物修復保護及復原歷史原貌具有重要意義。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于，提供一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法及裝置。研發了新的適合出水文物上不同病害特別是堅硬凝結物的清洗方法，實現對出水文物的高效無損清洗。
[0009]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0010]一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法，該方法為:利用強磁場對水進行處理使水磁化，使用磁化后的水對出水文物進行清洗。
[0011]優選地，所述強磁場采用靜態永磁強磁場，水在磁場中以一定速度沿垂直磁力線方向流動從而被磁化。
[0012]優選地，使用磁化后的水對出水文物進行清洗的過程中，監測水的電導率，當水的電導率不變時結束清洗。
[0013]優選地，所述磁化后的水對出水文物進行清洗的時間為2-70小時。
[0014]本發明的技術方案中，采用磁處理的方法，將水通過N、S極交替布置的靜態永磁強磁場，水在磁場中以一定速度沿垂直磁力線方向流動并被磁化，水的性質發生變化，部分氫鍵斷裂，大分子團締合水變成單分子水或小分子團締合水，其分子間作用力減弱，水的黏度和表面張力減小。水性質的這種變化使得水在分子水平上增強了界面活性和滲透性，可減弱文物與病害附著雜質間的結合力，將文物上的不同病害附著物進行剝離，從而完成出水文物的清洗。
[0015]本發明還提供了一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，該裝置包括:清洗槽、精密過濾器、離心栗、壓力表、流量調節閥、磁化器和電導率表；
[0016]所述清洗槽的出口安裝精密過濾器，用以過濾掉清洗過程中產生的顆粒雜質；
[0017]所述精密過濾器通過管路與離心栗相連，使得過濾后的水通過管路流入離心栗；
[0018]所述離心栗的出口管路上依次安裝壓力表和流量調節閥門，用以調節水的流量；
[0019]所述流量調節閥門與磁化器的一端相連，流量調節閥門流出的水進入磁化器后，在磁場中沿垂直磁力線方向流動從而被磁化；
[0020]所述磁化器的另一端連接至清洗槽，使磁化水在整個裝置中進行循環；
[0021]所述清洗槽上安裝電導率表，用于監測清洗過程中水的電導率值。
[0022]優選地，所述精密過濾器為碟片式精密過濾器，過濾精度為10微米。
[0023]優選地，所述磁化器內部由若干永磁體磁棒串聯組成，例如3-5根磁棒組成，每根磁棒的磁感應強度為2000-7000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極;安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列，磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0024]優選地，清洗過程中，通過調節流量調節閥門使水在磁化器內的流速為l-3m/s。
[0025]上述裝置對出水文物進行清洗的具體實施步驟如下:
[0026]第一步、在清洗槽出口安裝過濾精度為10微米的碟片式精密過濾器，以過濾掉清洗過程中產生的顆粒雜質。過濾出水之后安裝離心栗，并在離心栗出口安裝壓力表和流量調節閥門，以調節通過磁化器的水流量。
[0027]第二步、在流量調節閥門之后安裝磁化器，磁化器內部為由若干永磁體磁棒串聯組成，磁棒的磁感應強度為2000-7000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0028]第三步、在清洗槽上安裝電導率表，以監測清洗過程中的水質變化。清洗槽上部安裝環隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽進行循環。
[0029]第四步、在清洗槽中放置要清洗的出水文物，并充入自來水使文物浸沒于水中。啟動離心栗，并調節流量調節閥門使水在環隙通道內的流速為l-3m/s。文物在清洗槽中清洗
2-70h，可間歇清洗，也可連續清洗。清洗過程中，監測清洗水的電導率值。文物清洗至水的電導率不變為止，此時文物上的病害附著物已被磁化水松軟，再進行常規機械清理(如用竹簽刮除)，即完成文物的清洗。
[0030]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0031 ] I，本發明采用的出水文物清洗方法，利用新型磁棒式靜態永磁強磁場進行水的磁處理，利用磁化水實現文物與難溶鹽沉積物、生物病害、海泥及其它金屬和非金屬混合雜質的分離。
[0032]2，本發明方法與常規添加酸堿絡合劑、超聲等方法相比，為純物理清洗方法，在有效清洗分離文物附著凝結物的同時，對文物無損傷，處理過程不產生環境污染物，效率高。本發明方法采用的新型磁棒式靜態永磁磁場，與傳統磁棒式的窄型永磁磁場相比，其強磁場的分布寬，在整個磁化通道內皆為強磁場分布，因此水的磁處理效果好，可以大規模地應用于出水文物的清洗分離。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明利用磁場處理后的水清洗出水文物裝置的結構示意圖。
[0034]圖2a為本發明實施例中磁化器內部磁棒組成的結構示意圖。
[0035]圖2b為現有技術中傳統磁棒的結構示意圖。
[0036]圖3為本發明實施例3中出水文物樣品附著物的X射線熒光光譜圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖和具體實施例來說明本發明的技術方案。
[0038]參見圖1，該圖為利用磁場處理后的水清洗出水文物裝置的結構示意圖，以下實施例中涉及的出水文物清洗均采用該裝置。如圖1所示，該裝置包括:清洗槽1、碟片式精密過濾器2、離心栗3、壓力表4、流量調節閥5、磁化器6和電導率表7。其中:清洗槽I的出口處安裝碟片式精密過濾器2，其過濾精度為10微米，用以過濾掉清洗過程中產生的顆粒雜質，碟片式精密過濾器2的出口與離心栗3進口處相連。離心栗3的出口管路上安裝壓力表4和流量調節閥5，以調節水的流量。磁化器6與流量調節閥5相連，磁化器6的出口連接至清洗槽I，以使磁化水進行循環。清洗槽上安裝電導率表7，以監測清洗過程中的水質變化。磁化器6內的四根永磁磁棒串聯后插入不銹鋼管內，每根磁棒的N、S極自進口至出口交替排列，組成環隙型磁化通道以使水通過。
[0039]參見圖2a，該圖為本發明實施例中磁化器內部磁棒組成的結構示意圖，磁化器內部磁棒的排列結構為:每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。參見圖2b，該圖為現有技術中傳統磁棒的結構示意圖，其磁場區域較本發明磁棒的磁場窄。
[0040]實施例1
[0041 ]本實施例針對出水高溫燒結陶瓷器表面的沉積物病害進行清洗。
[0042]選取南海I號沉船中20號出水陶瓷片，尺寸為42*32mm，其上有堅硬附著物，經拉曼光譜分析主要成分為碳酸鈣。從該陶瓷片外觀可以看出，該陶瓷片表面光滑，系高溫燒結而成。
[0043]在清洗槽出口安裝過濾精度為10微米的碟片式精密過濾器，過濾出水之后安裝離心栗，并在離心栗出口安裝壓力表和流量調節閥門。在流量調節閥門之后安裝磁化器，磁化器內部為由4根磁棒永磁體串聯組成，每根磁棒的磁感應強度為2000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0044]在清洗槽安裝電導率表，以監測清洗過程中的水質變化。清洗槽上部安裝環隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽進行循環。在清洗槽中放置20號出水陶瓷片，并充入自來水使文物浸沒于水中。啟動離心栗，并調節流量調節閥門使水在磁化器環隙通道內的流速為lm/s ο文物在清洗槽中連續清洗2h，清洗過程中，監測清洗水的電導率值。文物清洗2h后水的電導率為400yS/cm并保持不變，此時文物上的病害附著物已被磁處理水松軟，用竹簽輕輕刮除剝離附著物，完成文物的清洗。
[0045]20號出水陶瓷片經磁處理水清洗后，根據《可移動文物病害評估技術規程》文物保護行業標準(WW/T 0056-2014,WW/T 0056-2014)，采用色差、光澤度差和表面損傷等指標對清洗前后文物的狀況進行安全性評估。結果表明，色差為2.21(此值小于5便認為無變化)，光澤度差為0.2(此值小于I便認為無變化)，此外顯微分析表明陶瓷片表面釉面無明顯變化，這表明20號出水陶瓷片表面經磁處理水清洗后無損傷。
[0046]本實施例表明，靜態磁場磁處理后的水對于清洗出水高溫燒結陶瓷器表面的沉積物病害是安全有效的。
[0047]實施例2
[0048]本實施例針對出水低溫燒結陶瓷器表面的沉積物病害進行清洗。
[0049]選取南海I號沉船中21號出水陶瓷片，尺寸為54*54mm，其上有堅硬附著物，經拉曼光譜分析主要成分為碳酸鈣。從該陶瓷片外觀可以看出，該陶瓷片表面粗糙，系低溫燒結而成。
[0050]在清洗槽出口安裝過濾精度為10微米的碟片式精密過濾器，過濾出水之后安裝離心栗，并在離心栗出口安裝壓力表和流量調節閥門。在流量調節閥門之后安裝磁化器，磁化器內部為由4根磁棒永磁體串聯組成，每根磁棒的磁感應強度為4000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0051]在清洗槽安裝電導率表，以監測清洗過程中的水質變化。清洗槽上部安裝環隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽進行循環。在清洗槽中放置21號出水陶瓷片，并充入自來水使文物浸沒于水中。啟動離心栗，并調節流量調節閥門使水在磁化器環隙通道內的流速為I.5m/s ο文物在清洗槽中連續清洗35h，清洗過程中，監測清洗水的電導率值。文物清洗35h后水的電導率為450yS/cm并保持不變，此時文物上的病害附著物已被磁處理水松軟，用竹簽輕輕刮除剝離附著物，完成文物的清洗。
[0052]21號出水陶瓷片經磁處理水清洗后，根據《可移動文物病害評估技術規程》文物保護行業標準(WW/T 0056-2014,WW/T 0056-2014)，采用色差、光澤度差和表面損傷等指標對清洗前后文物的狀況進行安全性評估。結果表明，色差為3.21(此值小于5便認為無變化)，光澤度差為0.3(此值小于I便認為無變化)，此外顯微分析表明陶瓷片表面釉面無明顯變化，這表明21號出水陶瓷片表面經磁處理水清洗后無損傷。
[0053]本實施例表明，靜態磁場磁處理后的水對于清洗出水低溫燒結陶瓷器表面的沉積物病害是安全有效的。
[0054]實施例3
[0055]本實施例針對表面有金屬侵蝕沉積物病害的出水陶瓷器進行清洗。
[0056]選取南海I號沉船中22號出水陶瓷片，尺寸為85*50mm，其上有金屬侵蝕物，經X射線熒光光譜分析，檢測出了鐵元素的存在，鈣、鉀、硅、錳等元素來自于瓷片或其表面附著物，檢測出的氯、鍶、銣等元素，則證明了其出自于海底打撈。參見圖3，該圖為22號出水陶瓷片附著物的X射線熒光光譜圖。
[0057]在清洗槽出口安裝過濾精度為10微米的碟片式精密過濾器，過濾出水之后安裝離心栗，并在離心栗出口安裝壓力表和流量調節閥門。在流量調節閥門之后安裝磁化器，磁化器內部為由4根磁棒永磁體串聯組成，每根磁棒的磁感應強度為7000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0058]在清洗槽安裝電導率表，以監測清洗過程中的水質變化。清洗槽上部安裝環隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽進行循環。在清洗槽中放置22號出水陶瓷片，并充入自來水使文物浸沒于水中。啟動離心栗，并調節流量調節閥門使水在磁化器環隙通道內的流速為2m/s ο文物在清洗槽中間歇清洗70h，清洗過程中，監測清洗水的電導率值。文物清洗70h后水的電導率為470yS/cm并保持不變，此時文物上的病害附著物已被磁處理水松軟，用竹簽輕輕刮除剝離附著物，完成文物的清洗。
[0059]22號出水陶瓷片經磁處理水清洗后，根據《可移動文物病害評估技術規程》文物保護行業標準(WW/T 0056-2014,WW/T 0056-2014)，采用色差、光澤度差和表面損傷等指標對清洗前后文物的狀況進行安全性評估。結果表明，色差為1.21(此值小于5便認為無變化)，光澤度差為0.2(此值小于I便認為無變化)，此外顯微分析表明陶瓷片表面釉面無明顯變化，這表明22號出水陶瓷片表面經磁處理水清洗后無損傷。
[0060]本實施例表明，靜態磁場磁處理后的水對于清洗出水陶瓷器表面的金屬侵蝕沉積物病害是安全有效的。
[0061 ] 實施例4
[0062]本實施例針對表面帶有裂縫病害的出水陶瓷器進行清洗。
[0063]選取南海I號沉船中23號出水陶瓷為一殘缺的器物，直徑62mm，高40mm，其上有6條長短不一的裂縫，裂縫寬度為0.074-0.076mm。該樣品表面帶有金屬侵蝕沉積物病害。
[0064]在清洗槽出口安裝過濾精度為10微米的碟片式精密過濾器，過濾出水之后安裝離心栗，并在離心栗出口安裝壓力表和流量調節閥門。在流量調節閥門之后安裝磁化器，磁化器內部為由4根磁棒永磁體串聯組成，每根磁棒的磁感應強度為7000高斯。每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，即若將一根磁棒水平放置，若磁棒圓柱體的上半部為N極則下半部為S極。安裝時，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列。磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。
[0065]在清洗槽安裝電導率表，以監測清洗過程中的水質變化。清洗槽上部安裝環隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽進行循環。在清洗槽中放置23號出水陶瓷片，并充入自來水使文物浸沒于水中。啟動離心栗，并調節流量調節閥門使水在磁化器環隙通道內的流速為3m/s ο文物在清洗槽中連續清洗1h，清洗過程中，監測清洗水的電導率值。文物清洗1h后水的電導率為540yS/cm并保持不變，此時文物上的病害附著物已被磁處理水松軟，用竹簽輕輕刮除剝離附著物，完成文物的清洗。
[0066]23號出水陶瓷片經磁處理水清洗后，根據《可移動文物病害評估技術規程》文物保護行業標準(WW/T 0056-2014,WW/T 0056-2014)，采用色差、光澤度差和表面損傷等指標對清洗前后文物的狀況進行安全性評估。結果表明，色差為2.23(此值小于5便認為無變化)，光澤度差為0.3(此值小于I便認為無變化)，此外顯微分析表明陶瓷片表面釉面無明顯變化，裂縫寬度為0.074-0.076mm，無明顯變化，這表明23號出水陶瓷片表面經磁處理水清洗后無損傷。
[0067]本實施例表明，靜態磁場磁處理后的水對于清洗帶有裂縫病害的出水陶瓷器是安全有效的。
[0068]上述僅為本發明的優選實施例，本發明并不僅限于實施例的內容。對于本領域中的技術人員來說，在本發明的技術方案范圍內可以有各種變化和更改，所作的任何變化和更改，均在本發明保護范圍之內。
【主權項】
1.一種利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法，該方法為:利用強磁場對水進行處理使水磁化，使用磁化后的水對出水文物進行清洗。2.如權利要求1所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于:所述強磁場采用靜態永磁強磁場，水在磁場中以一定速度沿垂直磁力線方向流動從而被磁化。3.如權利要求1所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于:使用磁化后的水對出水文物進行清洗的過程中，監測水的電導率，當水的電導率不變時結束清洗。4.如權利要求1所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于:所述磁化后的水對出水文物進行清洗的時間為2-70小時。5.—種利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，該裝置包括:清洗槽、精密過濾器、離心栗、壓力表、流量調節閥、磁化器和電導率表； 所述清洗槽的出口安裝精密過濾器，用以過濾掉清洗過程中產生的顆粒雜質； 所述精密過濾器通過管路與離心栗相連，使得過濾后的水通過管路流入離心栗； 所述離心栗的出口管路上依次安裝壓力表和流量調節閥門，用以調節水的流量； 所述流量調節閥門與磁化器的一端相連，流量調節閥門流出的水進入磁化器后，在磁場中沿垂直磁力線方向流動從而被磁化； 所述磁化器的另一端連接至清洗槽，使磁化水在整個裝置中進行循環； 所述清洗槽上安裝電導率表，用于監測清洗過程中水的電導率值。6.如權利要求5所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，其特征在于:所述精密過濾器為碟片式精密過濾器，過濾精度為10微米。7.如權利要求5所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，其特征在于:所述磁化器內部由若干永磁體磁棒串聯組成，每根磁棒的磁感應強度為2000-7000高斯。8.如權利要求7所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，其特征在于:所述磁化器內部每根磁棒的N、S極為沿軸向長度方向上下排列，磁棒的上半部對齊，使其上半部的N、S極自進口至出口交替排列，磁棒串聯后插入不銹鋼管內，組成環隙型磁化通道。9.如權利要求5所述的利用磁場處理后的水清洗出水文物的裝置，其特征在于:對文物進行清洗的過程中，通過調節流量調節閥門使水在磁化器內的流速為l_3m/s。
【文檔編號】B08B3/10GK105967289SQ201610466943
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】楊慶峰, 姜標
【申請人】中國科學院上海高等研究院