An Archaeometallurgical approach to dating, authentication and conservation of copper-based artefacts.

It is well-known that archaeometallurgy is an interdisciplinary field of archaeometry, dealing with the investigation of all aspects of the production, use and consumption of metals from around 8000 B.C.E. to the present. Therefore, it takes into account several different disciplines, including archaeometry, metallurgy, geology, art, history and so on. The main purpose of archeometallurgy is to obtain information about the characterisation of artistic and ancient objects and about their conservation and authentication. However, despite the large amount of literature on these topics, further researches and innovations must be achieved especially towards conservation and authentication issues. It is also noteworthy that any artistic object is almost unique, so it is very difficult to find the good compromise between conservation and systematic investigation on Cultural Heritage. Moreover, the authentication is certainly a strong necessity in the market of artistic object. In addition, it is well-known that the direct dating of metals is not possible and the authentication is one of the most challenges in the archaeometallurgical field. The demand of corrosion inhibitors which specific features, such as high protective efficiency and low environmental impact, is also reputed essential and it is increased during last years. For this reason, the results reported in this thesis could be inspired for future researches and interesting detailed studies. The aim of this doctoral thesis is the research of the better methodology to investigate each artefact together with the evaluation of a non-conventionally techniques’ effectiveness to dating contemporary metallic objects. Moreover, further tests in field of efficiency and environmentally-friendly corrosion inhibitor is reported. The main results of these separate research studies are summarized as follows:  Because of a direct metal dating is not possible, the metallic artefacts are generally dating by only artistic and stylistic investigations; however, these could lead to an uncertain authentication assumption. The well-known lead isotopes technique which allows the measurements of mineral age, such as meteorites and terrestrial rocks, is considered and a different method to calculate the amount of 210Pb is proposed. The measurement is reported in form of ratio between 210Pb and 204Pb, the only one that is a non-radiogenic isotope and it can be used like an index of total lead amount in the sample. The 210Pb is usually ignored for the geological dating because of its relatively short-lived (around 22 years). However, the same feature is particularly useful in process with time-scale lower than 100 years. In archaeometallurgy field, if an amount of 210Pb is detected in studied samples, it is likely that the object was produced in the last 100 years; conversely, the absence of 210Pb could indicate that the artefacts are older than a century. For this reason, a non-conventionally techniques’ to dating contemporary metallic artworks is evaluated in order to convey a simple and fast dating technique which could be a usable tool in the authentication field of contemporary Cultural Heritage.  The gilded bronze corrosion behaviour was investigated during both wet & dry and dropping exposure to concentrated acid rain (simulating conditions of stagnant rain or direct runoff, respectively), before and after silane coating application (PropS-SH). It is important to note that the protective coating PropP-SH is both not harmful for environment and humans and it is effective about the protection of bronze from corrosion. Moreover, electrochemical tests were performed by a special contact probe for non-destructive in situ measurements in order to get a deeper knowledge of the protective action of PropS-SH, In the conservation field of Cultural Heritage, it is very important to assess the corrosion processes directly and for long period of time by this type of measurements, allowing to evaluate in real time the possible changes or damage of metal surface and to choose the better restoration procedure.

È ben noto che l’archeometallurgia si occupa dello studio interdisciplinare di tutti gli aspetti che riguardano la produzione, l’uso e l’utilizzo dei metalli fin dall’inizio dei tempi. È quindi una materia che prende in considerazione molte discipline, tra cui l’archeometria, la metallurgia, la geologia, l’arte, la storia e molte altre. Lo scopo primario è quello di ottenere il maggior numero di informazioni in merito alla caratterizzazione degli oggetti, alla loro conservazione e alla loro possibile autenticità. Sebbene tali aspetti siano stati ampiamente discussi in letteratura, ancora molte ricerche devono essere portate avanti in alcuni settori specifici, in particolare nel campo della conservazione e dell’autenticità delle opere d’arte in lega metallica. È inoltre utile sottolineare che ogni oggetto d’arte è pressoché unico ed è quindi molto importante, e al tempo stesso molto complesso, trovare il giusto compromesso tra conservazione e studio sistematico dell’opera. Un ulteriore tema fortemente sentito nel campo del mercato dell’arte è quello dell’autenticazione delle opere. È ben noto, infatti, che datare i materiali metallici in maniera diretta non è possibile e quindi, in campo archeometallurgico, l’autenticazione è sicuramente una delle sfide maggiori e più sentite. Inoltre, una tematica che negli ultimi anni sta suscitando grande interesse nella comunità accademica è la continua ricerca di inibitori di corrosione innovativi, che siano al tempo stesso efficaci e non dannosi per la salute e l’ambiente. Per questo motivo, i risultati presentati in questo elaborato possono fornire alcuni spunti interessanti per approfondimenti e ricerche future. Alla luce di tali considerazioni, lo scopo di questa tesi di dottorato è pertanto la ricerca delle tecniche di studio più adatte ad indagare ciascun’opera nella sua unicità, unitamente a valutare l’efficacia di una tecnica non convenzionale per la datazione di opere d’arte contemporanee in lega metallica e ad ulteriori prove in campo di inibitori di corrosione efficaci ed eco-compatibili. I risultati principali di queste tematiche affrontate sono riportate di seguito:  L’impossibilità di datare direttamente le opere d’arte prodotte in lega metallica comporta che esse siano collocate in determinati periodi storici e/o artistici principalmente mediante valutazioni prettamente stilistiche, che in alcuni casi possono essere poco affidabili. La tecnica dell’analisi degli isotopi del piombo, che consente principalmente di localizzare i giacimenti di provenienza dei minerali e di datare meteoriti e rocce, è stata considerata ed un differente metodo di calcolo del piombo-210 (210Pb) è stato proposto. Nello specifico tale valore è stato ricavato dal rapporto tra il piombo-210 stesso (210Pb) e il piombo-204 (204Pb), unico isotopo che non deriva dal decadimento di altri elementi e perciò viene utilizzato come indice per calcolare la quantità di piombo totale nel sistema. Il 210Pb ha un tempo di dimezzamento molto breve (circa 22 anni) perciò non è utile nel campo delle datazioni geologiche, ma al tempo stesso tale caratteristica gli permette di essere un utile indice in processi con scale temporali inferiori, o di poco superiori, a 100 anni. Per questo motivo, se una quantità di 210Pb viene rilevata nell’opera indagata è molto probabile che essa sia stata prodotta negli ultimi 100 anni; al contrario la sua assenza può indicare che l’opera ha più di un secolo di vita. Per tali motivi, un differente approccio alla datazione di opere d’arte è stato valutato al fine di indagare una tecnica che possa essere uno strumento veloce, semplice ed utilizzabile nell’autenticazione di opere contemporanee in lega metallica.  In uno dei lavori è stato studiato il comportamento a corrosione di un bronzo dorato sottoposto ad un trattamento protettivo mediante un composto organico (PropS-SH). I campioni sono stati sottoposti ad invecchiamento accelerato sia in condizioni che simulano l’esposizione a pioggia acida stagnante (wet&dry) che in condizioni che simulano l’esposizione a pioggia battente (dropping). In particolare, il composto utilizzato oltre a non essere nocivo per la salute e l’ambiente, ha evidenziato una buona capacità di protezione anche in condizioni aggressive. Inoltre per valutarne l’efficacia, le misure elettrochimiche sono state eseguite mediante una speciale sonda a contatto per misure in situ non distruttive. La possibilità di valutare i processi di degrado direttamente e continuativamente su opere d’arte esposte all’aperto è di sicuro una tematica molto importante nell’ambito della conservazione dei Beni Culturali. Ciò consente, infatti, di monitorare in tempo reale gli eventuali cambiamenti e/o danneggiamenti delle opere, consentendo un rapido intervento di conservazione e restauro.