До 2000 г. в Чехии не уделялось достаточного внимания изучению структур с повышенным содержанием никеля и кобальта. В настоящее время на ряде памятников выявлено по крайней мере по одной находке с участками повышенной концентрации никеля, обычно в виде полос (рис. 7). Практически в любой количественно представительной коллекции имеются предметы с повышенным содержанием никеля в сварных швах. Попытки определить происхождение находок по количеству никеля, ширине, твердости, форме швов не принесли результата.
Уже упоминалось о работах Р. Плейнера по металлографическому и химическому исследованию железных предметов из Великой Моравии. Содержание никеля свыше 0.2 % установлено в 11 образцах, но лишь на 7 металлографическое исследование установило сварные швы с повышенным содержанием никеля. Четыре находки были изучены ранее, три — недавно с применением микроскопа ЕВАХ. Сравнение результатов см. в табл. 1. В образцах 149, 140 и 10 наблюдается корреляция повышенной концентрации никеля в швах с его количеством в изделии в целом. Образец 123 показывает, что высокий показатель никеля в швах зависит также и от числа нагревов металла, их продолжительности и температуры. Это подтверждается и исследованием образца, полученного из экспериментальной крицы. Если общее содержание никеля в нем составляло 0.02 %, то в швах оно достигало 2.0 % Ni и 1.4 % Со. Оказалось, что полосы с высокой концентрацией никеля могут образовываться в пакетной структуре при использовании руды с весьма низким содержанием никеля. Еще одна проблема — то, что распределение примесей в кричном железе неравномерно, в результате насыщение сварных швов никелем неодинаково. Поэтому установление связи между высоким показателем никеля в швах и его общим содержанием в изделии и тем более в руде выглядит проблематично. Однако в швах может происходить повышение содержания и других элементов, чаще всего мышьяка, иногда меди и хрома. Мышьяк более надежен в смысле локализации источника металла. Он редко присутствует в сварных швах изделий из Богемии или Моравии, здесь преобладают предметы с высокими показателями никеля и кобальта. Предметы с повышенным содержанием мышьяка приведены в табл. 2 (гвоздь от подковы из Борка — XV в., обломок из замка Троски — средневековье, топор — III в. н. э.).
Участки железа с высоким содержанием мышьяка среди находок из Чехии встречаются редко, однако имеются данные о мышьяке в сварных швах (1–2.8 % As) для других территорий. Приведенным данным по концентрации мышьяка в сварных швах соответствуют характеристики двух сварных пакетованных изделий, полученных из экспериментальной крицы: 1) 2.6 % As, 1.7 % Со и 2.7 % № и 2) 2.9 % As, 1.0 % Со и 1.8 % Ni. Эксперимент проводился на территории Чехии французскими исследователями. Использовался гематит из месторождения Каймар-Авейрон во Франции. К сожалению, остается неизвестным, насколько широко изделия с повышенным содержанием никеля и мышьяка в сварных швах распространены в Европе. Несмотря на то, что повышение концентраций этих элементов в швах не отражает их концентраций в руде, однако сам факт такого их поведения указывает на использование определенных типов руд. Возможно, будущие исследования позволят установить, могут ли высокие показатели никеля и мышьяка в сварных изделиях использоваться для определения рудных источников.
По данным современной металлургии, даже небольшая примесь никеля повышает устойчивость железа к коррозии, вызванной атмосферными окислительными процессами. Такие типы стали значительно устойчивее к воздействию кислот и щелочей. Этим объясняется, почему участки высокой концентрации никеля плохо поддаются травлению. Такими свойствами отличается нож из Витебска с повышенным содержанием никеля в сварных швах, опубликованный М.Ф. Гуриным. Здесь процесс коррозии не продвигался в зоны, обогащенные никелем. Могли ли древние и средневековые кузнецы целенаправленно использовать высоконикелевую сталь как материал, устойчивый к коррозии? Это вполне возможно, хотя впервые нержавеющая сталь с 10 % Ni в Богемии получена в 1910 г.
В работах Е. Пясковского неоднократно упоминается сталь, изготовлявшаяся халибами в период античности; ее характерные свойства — серебристый цвет и устойчивость к коррозии. Такая сталь упоминается в трактате «De mirabilimus auscultationibus», приписываемом Аристотелю; упоминается, что ее выплавляли из «черного песка» и камня pyri-machos. Е. Пясковский предполагает, что камень — это хлоантит (FeNCoAs)S2, а черный песок — магнетит в соединении с кварцем, получаемый металл — высоконикелевая твердая сталь. Изделия из высоконикелевого железа известны в Польше в IV– VIII вв., предполагается, что их получали из руд с высоким содержанием никеля. Упоминавшийся топор из Ветржно-Бобрка имеет участки с 8.9-17.8 %, максимально до 39.1 % Ni, а также 0.95-1.07 % Со и 0.24- 0.42 % (максимально 1.15 %) As. Два браслета из Ченстохова-Раков содержат 18.3 и 12.5 % Ni (более поздние данные — 17.4 % Ni, 0.6 % Со и 0.5 % As). Поскольку все эти изделия изготовлены из металлургического железа, они подтверждают предположение Е. Пясковского о существовании и целенаправленном применении высоконикелевой стали в Польше в период античности.
Пример целенаправленного использования высоконикелевой стали на территории Богемии и Моравии относится к средневековью. Это топор из Мстенице (ХIII-ХV вв.), имевший стальное покрытие с 1.8–2.8 % Ni, 0.3–0.6 % Со и 0.2–0.5 % С. Исследователи полагают, что применение столь развитой технологии связано с умением мастера различать сталь с высоким содержанием никеля и кобальта и использовать ее свойства. Насколько мне известно, это единственный пример такой конструкции изделия на территории Богемии и Моравии.
Очевидно, что железные изделия с высоким содержанием никеля в сварных швах встречаются гораздо чаще, чем предполагалось ранее, когда археометаллурги не применяли химический анализ микропримесей. Присутствие никеля и его распределение в древних изделиях — важная проблема. Археологический институт в Праге разрабатывает программу систематических исследований высоконикелевых структурных зон в археологических железных предметах. Внимание исследователей направлено на следующие проблемы.
1. Частота встречаемости изделий с высокой концентрацией никеля в сварных швах на отдельных памятниках.
2. Вероятность обнаружения высоконикелевых сварных швов на тех предметах, где имеется сварные швы.
3. Приемы обработки железа, способствующие или препятствующие появлению таких швов.
4. Специальные приемы обработки, применявшиеся для высоконикелевого железа, связь с определенными рудными источниками.
5. Какие месторождения железных руд в Богемии и Моравии имеют примесь никеля, и какие нет.
6. Число изделий, в которых обычная сталь сочетается с высоконикелевой для усиления устойчивости к коррозии или улучшения внешнего вида.
Кроме никеля, необходимо исследовать поведение других элементов, таких как кобальт и мышьяк, присутствие которых часто отмечается в структурных зонах с высоким содержанием никеля. Мы надеемся, что изучение кузнечной продукции из Богемии и Моравии, а также других территорий в сотрудничестве с иностранными коллегами поможет решению этих проблем и обсуждению аспектов, затронутых в настоящем докладе.
The article introduce into scientific circulation the results of analytical and experimental investigations of nickel-rich structural layers, which appear in Czech archaeological iron objects. The most important questions connected with nickel-enriched seams being discussed in the contribution are the following: 1) terms of their occurrence, 2) discrimination between meteoritic and smelted metal with high nickel content, 3) provenance determination of iron objects, 4) the possibilities of utilization of nickel-rich steels as corrosion-resistant
