幾種表面處理技術(shù)在金屬文物修復(fù)中的應(yīng)用

牛飛

（深圳博物館，廣東 深圳 518026）

表面處理是通過人為加工在基體材料表面形成一層與基體的機(jī)械、物理或化學(xué)性能不同的表層的工藝方法，其目的是滿足產(chǎn)品的耐蝕性、耐磨性、裝飾性或其他特殊功能的要求。表面處理技術(shù)的內(nèi)涵相當(dāng)豐富，在各行業(yè)應(yīng)用廣泛。在我國，表面處理有著悠久的歷史，不少傳統(tǒng)工藝從古代一直沿用至今,仍具有較大的實(shí)用價(jià)值。

幾千年來，人們都在探索利用不同材料對器物(尤其是金屬)表面做各種處理，以獲得更高的美感和性能。河南安陽殷墟遺址出土的虎面鍍錫銅盔可以看作是最早的鍍錫青銅器，表面光耀如新，說明中國早在商代就已掌握了一定水平的鍍錫技術(shù)[1]。聞名中外的越王勾踐劍時(shí)隔上千年依然光彩奪目的重要原因可能是采用了硫化防銹處理[2-3]。秦始皇兵馬俑坑出土的青銅鏃經(jīng)研究后被發(fā)現(xiàn)其表面采用了鉻酸鹽鈍化處理[4]。漢魏時(shí)期的“黑漆古”銅鏡的鏡體表面極耐腐蝕的黑色薄層是一層非常穩(wěn)定的銅銹，屬赤銅礦，顯然是通過某種處理造成的[5-6]。唐代句容縣官場令仿鑄的古銅器上呈現(xiàn)微帶青綠色或朱砂斑的技術(shù)可以視為真正意義上的銅器表面著色[7-8]。

金屬因自身性質(zhì)和外部環(huán)境的影響而易發(fā)生腐蝕。目前金屬文物的防腐蝕大都采用緩蝕?封護(hù)的路線[9]。所謂緩蝕，是利用藥水干燥固化后形成一層膜，達(dá)到隔離金屬與外界氧氣接觸而防止生銹，而封護(hù)實(shí)際上屬于機(jī)械疊加，保證緩蝕劑長久地留存于器物表面[10]。由于金屬文物表面微觀不平整，藥水經(jīng)常會(huì)堆積在某處，或者部分位置無法覆蓋，形成的膜不均勻，時(shí)間久了會(huì)脫落，并且經(jīng)常有白色結(jié)晶，或者有眩光現(xiàn)象，影響美觀。文物修復(fù)的原則包括不改變文物原狀的原則、真實(shí)性原則、最小干預(yù)原則以及可識(shí)別與整體協(xié)調(diào)相結(jié)合原則，其中不改變文物原狀是重中之重?；诖耍梢愿鶕?jù)文物本體的顏色，選擇適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)或現(xiàn)代的表面處理技術(shù)(比如化學(xué)鍍、電鍍、表面著色等)應(yīng)用于其保護(hù)和修復(fù)，但必須保證補(bǔ)配部位的顏色不過分改變或盡量與文物本體協(xié)調(diào)一致。

本文以一件銅佛像和一件銅偉人頭像的修復(fù)為例，介紹幾種表面處理方法在金屬文物修復(fù)中的應(yīng)用。待修復(fù)部位處理前的照片如圖1所示。從中可以看出，銅佛像的手臂上與銅偉人頭像的帽子上有綠銹，質(zhì)地較疏松，化學(xué)檢測后認(rèn)定是有害銹，必須予以去除。

圖1 兩件待修復(fù)銅制文物的照片F(xiàn)igure 1 Photos showing two pieces of cultural relics to be restored

1 保護(hù)修復(fù)步驟

1.1 除銹

操作時(shí)以機(jī)械方法為主，在放大鏡下用竹刀、手術(shù)刀等工具配合五潔粉、牙膏等材料，清除表面疏松的銹蝕物，包括附著的土垢、有機(jī)污染物等。要求必須謹(jǐn)慎操作，防止基體劃傷。對于基體較堅(jiān)固的部位，嘗試用噴砂機(jī)除銹，但是需要先在隱蔽處進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，噴砂機(jī)氣壓調(diào)至合適后除銹效率非常高，并且除銹效果很好。

1.2 補(bǔ)配

補(bǔ)配是利用樹脂等修補(bǔ)材料恢復(fù)器物完整性的操作步驟。銅佛像手臂上的銹蝕物被清除后，發(fā)現(xiàn)露出一孔洞。仔細(xì)觀察后斷定該孔洞并非鑄造缺陷，而是銹蝕所致，影響了器物的美感。用愛牢達(dá)樹脂與方解石粉混合，揉捏成面團(tuán)狀后對該殘缺部位進(jìn)行補(bǔ)配。固化后，用手術(shù)刀、打磨機(jī)進(jìn)行塑形，用砂紙打磨至光滑。補(bǔ)配時(shí)要壓實(shí)，去除擠壓至殘缺部位邊緣之外的補(bǔ)配材料，整個(gè)補(bǔ)配部位要略低于周邊基體，注意不要留下刀痕。銅偉人頭像不必進(jìn)行此操作。

1.3 化學(xué)鍍銅

補(bǔ)配材料固化后的顏色和質(zhì)感與基體相差較大，需采用化學(xué)鍍銅實(shí)現(xiàn)其表面金屬化，以便進(jìn)行后續(xù)的表面處理。先將補(bǔ)配部位周邊的器物本體用保鮮膜保護(hù)起來，直至表面處理操作結(jié)束后才可以揭去。操作人員要注意做好防護(hù)措施，在通風(fēng)櫥中進(jìn)行化學(xué)鍍的相關(guān)操作?；瘜W(xué)鍍銅前進(jìn)行敏化、活化，而在此之前通常還應(yīng)進(jìn)行除油和粗化，目的都是增強(qiáng)鍍層附著力，但是補(bǔ)配部位用到的材料是環(huán)氧樹脂混合方解石粉固化后形成的，用酸粗化會(huì)令其中的方解石成分溶解，因此只需要用砂紙打磨至亞光狀態(tài)即可。根據(jù)以往化學(xué)鍍銅工藝研究的結(jié)果，除油液配方為氫氧化鈉100 g/L + 碳酸鈉325 g/L，敏化液配方為氯化亞錫60 g/L + 鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%)10 mL/L，活化液配方為硝酸銀10 g/L。敏化、活化后的材料表面有可能殘留一些銀離子，也可能吸附少量水解的氫氧化錫，用30 g/L的次磷酸鈉稍加處理不僅可以將銀離子還原，而且能令氫氧化錫溶解，這樣可以防止化學(xué)鍍?nèi)芤菏艿轿廴径兊貌环€(wěn)定。除油、敏化、活化、還原等操作均在文物修復(fù)室進(jìn)行，溫度大概為 25 ～ 30 °C?；瘜W(xué)鍍銅液配方和工藝條件為：CuSO460 g/L，Na2EDTA 120 g/L，α,α′?聯(lián)吡啶0.06 g/L，亞鐵氰化鉀0.15 g/L，HCHO 80 mL/L，pH為11.5，將鍍液加熱至55 °C。每道工序完成后，需要用吹風(fēng)機(jī)將樣品表面吹干，才能進(jìn)入下一步工序。將浸透包含還原劑的化學(xué)鍍銅液的棉花敷貼在補(bǔ)配部位時(shí)，盡量使補(bǔ)配處與表面保持水平，以增加溶液與材料表面的接觸。另外，隨著化學(xué)鍍銅的進(jìn)行，pH會(huì)下降，鍍銅進(jìn)程會(huì)變得緩慢，因此需要多更換幾次浸透鍍液的棉花。銅偉人頭像不必進(jìn)行此操作。

1.4 電刷鍍

兩件器物去除綠銹后露出的基體部位和補(bǔ)配部位與周邊非常不協(xié)調(diào)，有突兀感。于是對銅佛像手臂除銹后露出的基體以及化學(xué)鍍銅后的補(bǔ)配部位進(jìn)行電刷鍍金。鍍金液為市售，其主要成分為：亞硫酸金鈉2 g/L，配位劑亞硫酸鈉與硫代硫酸鈉共25 g/L，配位劑硼砂10 g/L。對銅偉人頭像除銹后露出的基體部位進(jìn)行電刷鍍銅，鍍銅液亦為市售，其主要成分為：五水合硫酸銅300 g/L，配位劑乙二胺160 mL/L，硫酸鈉40 g/L。電刷鍍的工藝參數(shù)均為：直流電壓2.5 ～ 3.5 V，電流密度50 ～ 100 A/dm2，鍍筆相對移動(dòng)速率10 ～ 15 m/min。鍍覆處理后輕微打磨補(bǔ)配部位，使其光澤度更接近器物本體。

1.5 表面著色

根據(jù)銅偉人頭像基體的顏色，采用東莞貝宸五金科技公司生產(chǎn)的硫代硫酸鹽銅表面著色劑進(jìn)行著色。將沾了著色劑的棉花敷貼在電刷鍍銅后的部位，隨時(shí)觀察表面顏色的變化，直至產(chǎn)生與器物本體顏色接近的栗棕色為止。銅佛像不必進(jìn)行此操作。

2 修復(fù)效果

經(jīng)過以上保護(hù)修復(fù)處理的兩件器物不必再進(jìn)行常規(guī)的緩蝕與封護(hù)處理。從圖2可以看出，修復(fù)效果比較理想，顏色過渡自然。進(jìn)一步用色差計(jì)測量文物本體與處理部位的色差。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)推行的色差計(jì)算公式，0.5 ～ 1.5個(gè)NBS色差單位之間的色彩差別感受程度為輕微，1.5 ～ 3.0個(gè)NBS色差單位則感覺明顯[11]。對于CIE(國際照明委員會(huì))創(chuàng)建的L*a*b*體系，可以認(rèn)為色差?E = 1時(shí)為1個(gè)NBS色差單位。一般來說，金屬、陶瓷、木器等文物修復(fù)工作的收尾階段都要進(jìn)行隨色操作，即采用最貼近原器物的顏料，繪制出與器物表面原有的色彩[12]。要令文物修復(fù)達(dá)到“遠(yuǎn)看一致，近看可識(shí)別”的要求，隨色是關(guān)鍵之一。從數(shù)據(jù)上來說，隨色處理后色度與原器物色度之間的色差最好控制在0.3 ～ 3.0之間。在本文的修復(fù)實(shí)例中，銅佛像修復(fù)后的色差為2.8，銅偉人頭像的色差為1.6，達(dá)到了上述要求。

圖2 兩件文物修復(fù)后的照片F(xiàn)igure 2 Photos showing two pieces of cultural relics after being restored

3 結(jié)語

本文介紹的幾種表面處理是使金屬表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后形成致密保護(hù)膜，結(jié)合牢固，表面孔隙較小。顏色的顯現(xiàn)也是基于化學(xué)反應(yīng)，符合器物顏色自身發(fā)生改變的規(guī)律，更自然。這幾種處理方法有較強(qiáng)的可操作性，工藝條件方面受到的限制不多，但工藝細(xì)節(jié)方面還需要不斷完善。從處理后兩件器物的外觀來看，初步達(dá)到了文物保護(hù)修復(fù)的要求，耐腐蝕性能則有待進(jìn)一步考察。