News From Diagnostic World: Diffrazione neutronica per lo studio microstrutturale di spade di bronzo

Chi studia i metalli sa quante informazioni si possono ricavare osservando la microstruttura di un manufatto in termini di processi di corrosione, granulometria, difetti e modalità di fabbricazione come parametri di colata, trattamenti termici e meccanici. 

Queste informazioni sono fondamentali per rispondere a questioni archeologiche riguardanti il sito di produzione, la destinazione d'uso, nonché lo stato di conservazione dei manufatti stessi. 

Oggi prenderemo in esame un caso di studio molto interessante condotto da un gruppo di ricercatori italiani su 3 spade dell’Età del Bronzo ritrovate in Sardegna. In particolare, due di esse provengono dal Monte Sa Idda-Decimoputzu (Cagliari), mentre una terza è stata rinvenuta nel santuario rupestre di Pirosu-Santadi (Cagliari). 

Un’alternativa alle analisi metallografiche è rappresentata dalla diffrattometria neutronica, molto indicata nei Beni Culturali a causa della rarità e dell'importanza storica dei campioni, su cui spesso non si ha la possibilità di effettuare analisi distruttive. Le tre spade, dunque, sono state analizzate presso la stazione sperimentale italiana per neutroni INES, situata nella sorgente pulsata di neutroni ISIS (Regno Unito). 

I neutroni sono particelle neutre, generate dalla rottura violenta di nuclei pesanti con un fascio di protoni in sorgenti di spallazione (sorgenti pulsate). 

L’interazione con la materia avviene esclusivamente mediante urti con i nuclei: finché il neutrone non incontra un nucleo si muove di moto rettilineo uniforme, quando passa vicino a un nucleo può̀ essere assorbito (catturato) o scatterato. 

Le spade sono state montate su un telaio di alluminio rettangolare, collegate a un tavolo x-y per selezionare le aree da irradiare e orientarle in modo tale che i neutroni possano attraversare il campione da un lato all'altro. L’analisi è stata eseguita su aree differenti del manufatto, al fine di rilevare possibili differenze in termini sia di composizione delle fasi che di trattamenti termici e meccanici applicati. 

Attraverso l’analisi della forma e dell'intensità relativa dei picchi di diffrazione si ottengono informazioni sulla composizione della lega di bronzo, sulla microstruttura e sulle segregazioni dendritiche. Quest’ultime possono dare importanti suggerimenti sul processo di colatura e sulle tecniche di lavorazione applicate nel processo di produzione. 

Le fasi di interesse sono quelle relative al bronzo (struttura cubica a facce centrate, FCC, del rame con sostituzione di atomi di stagno) e ai suoi prodotti di mineralizzazione, come tenorite, nantokite, atacamite, covellite e calcocite. 

Alla luce di queste analisi si è scoperto che, nonostante i manufatti abbiano caratteristiche stilistiche e tipologiche molto simili tra loro, i trattamenti termici e meccanici subiti sono totalmente diversi, suggerendo quindi scopi e usi differenti. 

La segregazione dendritica, presente nelle prime due spade e completamente assente nell’ultima, ha fornito nuove informazioni riguardanti la tecnica di fabbricazione dei manufatti. In particolare, le spade del Monte Sa Idda sono state realizzate utilizzando uno stampo preriscaldato e in seguito sono state raffreddate molto lentamente senza subire ricottura, preferendo una lavorazione a freddo per indurirle. Inoltre, nella prima spada, i rivetti mostrano una concentrazione di stagno inferiore rispetto alle altre zone. Ciò significa che, essendo più morbidi, potrebbero essere stati martellati e deformati plasticamente attorno all'elsa della spada senza danneggiarla. Nella terza spada, invece, la lama è stata ricotta dopo la fusione e non vi è traccia di lavorazione a freddo né prima e né dopo la ricottura, implicando che, molto probabilmente, sia stata usata come oggetto votivo. 

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Martina