Experimental Study for Removing Lacquer Layer on Iron Surface by Nd:YAG Laser System

There are physical and chemical method for removement of a lacquered layer existing on the surface when gilding an iron Buddha, these caused environmental pollution by surface degradation and is very noxious for conservation scientist's health. Thus, on this study, we conducted a lacquered layer removement experiments using Nd:YAG Laser which is contactless and eco-friendly. Specimens were made by polishing $5{\times}5$ size of iron(99.9%) specimens surfaces evenly and by differing of number of coating of unrefined lacquer, so there were thickness differences of $10{\mu}m$, $20{\mu}m$, and $30{\mu}m$. The laser machine used in this study was Nd:YAG Laser, and we used two wavelength modes; 1064 nm(160~180 mJ) for infrared light region and 532 nm(50~350 mJ) for ultraviolet light region. The experiment done by investigating the transition of specimens' surfaces with laser wavelength, energy, and numbers of investigation. The remain amount of lacquered layer surfaces before/after laser irradiation was investigated by stereoscopic microscope, observation by SEM, Non-contact Surface Roughness Measurement Device, and FT-IR etc. As a result of each analysis, we could verify the thickness of $10{\mu}m$, $20{\mu}m$ of lacquered layer removed without surface degradation when using 1064 nm wavelength with $1.0J/cm^2$ density. We could find out that Nd:YAG Laser is effective for removing remained lacquered layers when gilding an iron Buddha. In the future, when not only the metal has made various studies also wood lacquered furniture or the like, it seems to be utilized to remove the lacquer without surface damage.

Nd:YAG 레이저를 이용한 철제 표면 옻칠 제거 실험 연구

철불의 개금 시 표면에 남아 있는 옻칠 제거 방법에는 물리적인 방법과 화학적인 방법을 사용하고 있으나, 표면 손상 및 약품 사용으로 인한 환경오염, 보존과학자의 건강에도 매우 유해하다. 그래서 본 연구에서는 비접촉식이고 친환경적인 Nd:YAG 레이저를 이용하여 옻칠 제거 실험을 실시하였다. 시편은 크기가 $5{\times}5cm$인 철제(Fe 99.9%)시편 표면을 균일하게 연마한 후 생칠을 도포 횟수를 달리하여 각각 $10{\mu}m$, $20{\mu}m$, $30{\mu}m$의 두께 차이로 제작하였다. 본 실험에서 사용된 레이저기기는 Nd:YAG 레이저로, 적외선 영역의 1064 nm(160~800 mJ)와 가시광선 영역인 532nm(50~350 mJ)의 두 가지 파장 모드를 이용하였다. 실험은 레이저 파장 에너지 조사 횟수 등에 따른 시편 표면의 변화를 조사하였다. 레이저 조사 전 후 표면을 실체현미경과 SEM 관찰, 비접촉 표면 조도 측정기, FT-IR 등을 이용하여 옻칠의 제거 및 잔류 여부를 알아보았다. 분석 결과 1064 nm 파장을 이용하여 $1.0J/cm^2$ 밀도에서 표면 손상 없이 $10{\mu}m$, $20{\mu}m$ 두께의 옻칠이 제거됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 철불 개금 시 잔류하고 있는 옻칠 제거 방법으로 Nd:YAG 레이저가 효율적임을 본 실험을 통해 알 수 있었다. 향후 금속뿐만 아니라 목칠 가구 등 다양한 재질의 연구가 이루어지면 표면 손상 없이 옻칠을 제거 하는데 효과적으로 활용 가능할 것으로 본다.