露天保存鐵炮的保護(hù)與修復(fù)
——以鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館為例

（鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館，廣東 東莞 523900）

鐵元素原子序數(shù)為26，原子軌道的外層電子排布為3d64s2，容易失去外層電子，具有很強(qiáng)的活潑型。古代鐵制品為鐵元素和碳元素形成的化合物或混合物，非常容易受環(huán)境影響而發(fā)生電化學(xué)和化學(xué)腐蝕[1]。鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館地處廣東虎門(mén)，氣候環(huán)境高溫、高濕、多雨。其收藏的鐵炮大多來(lái)自當(dāng)?shù)爻鐾粱騼?nèi)河近海打撈，它們?cè)诔鐾粱虺鏊蟓h(huán)境發(fā)生變化，各種腐蝕因素在濕度變化和充分氧氣存在的環(huán)境中會(huì)激活，導(dǎo)致進(jìn)一步的腐蝕。根據(jù)保存環(huán)境的不同，將鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館鐵炮保存環(huán)境分為室內(nèi)展廳（庫(kù)房）保存與露天保存，本文主要針對(duì)露天保存鐵炮保護(hù)與修復(fù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1 保存環(huán)境

虎門(mén)地處南亞熱帶，位于北回歸線(xiàn)之南，屬海洋性氣候，屬夏長(zhǎng)無(wú)冬地區(qū)。每年七八兩個(gè)月最熱，多年平均氣溫超過(guò)28℃；1月最冷，多年平均氣溫為14.2℃。每年從4月開(kāi)始，月平均氣溫在年平均線(xiàn)以上，9月開(kāi)始下降，至11月逐月低至年平均線(xiàn)。全年相對(duì)濕度80%。虎門(mén)屬低緯度地區(qū)，“夏至”當(dāng)日晝長(zhǎng)約13 h，“冬至”當(dāng)日晝長(zhǎng)約10 h，白晝長(zhǎng)短兩季差異不大。多年平均日照時(shí)數(shù)為1 959.4 h，一年當(dāng)中日照最短時(shí)期是2—4月，為94.1～102.8 h；7月日照時(shí)間最長(zhǎng)，多年平均值是226.6 h?；㈤T(mén)地區(qū)的日照和太陽(yáng)輻射充足，但季節(jié)分布不均，大約與溫度的變化規(guī)律相似?；㈤T(mén)地區(qū)降水量豐富，多年平均降水量1 446.9 mm。一年當(dāng)中降雨量多集中在4—9月，占全年總雨量的 82%。其中又以6月降水量最大，多年平均值達(dá)299.6 mm。

鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館保存環(huán)境數(shù)據(jù)的設(shè)備和監(jiān)測(cè)軟件采用陜西西安元智公司的MW320EA-PE型氣象站。氣象站可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每3 min自動(dòng)獲取一次環(huán)境數(shù)據(jù)，可在電腦上實(shí)時(shí)查詢(xún)。本文選擇2016年6月和8月間鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館戶(hù)外環(huán)境數(shù)據(jù)，每月選擇8 d時(shí)間為監(jiān)測(cè)區(qū)間，每日選擇近14點(diǎn)與24點(diǎn)提取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括環(huán)境中的相對(duì)濕度、溫度、照度、紫外線(xiàn)強(qiáng)度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向以及風(fēng)速等項(xiàng)目，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館2016年6月戶(hù)外（露天）環(huán)境數(shù)據(jù)表

表2 鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館2016年8月戶(hù)外（露天）環(huán)境數(shù)據(jù)表

從統(tǒng)計(jì)的16 d時(shí)間數(shù)據(jù)中可知：①鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館戶(hù)外環(huán)境中相對(duì)濕度平均值為69.9%，最低值為45.47%，最高值為90.75%。每日的相對(duì)濕度相差最大值達(dá)到30.66%之多。由此可知，鐵炮保存環(huán)境的相對(duì)濕度變化顯著，不利于露天鐵炮的保存。②鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館戶(hù)外環(huán)境溫度最低值為25.9℃，最高值為37.5℃。館區(qū)戶(hù)外環(huán)境中的實(shí)際溫度均高于當(dāng)時(shí)的露點(diǎn)溫度，而對(duì)于鐵器文物而言，其表面與空氣相接觸處溫度低于空氣溫度，因此這些區(qū)域更容易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，這點(diǎn)從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的實(shí)際情況得到證實(shí)[2]。夜晚相對(duì)于白天，鐵器文物的結(jié)露現(xiàn)象更加嚴(yán)重，結(jié)露極大危害了鐵炮的保存狀況。③鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館戶(hù)外環(huán)境的瞬時(shí)照度與紫外線(xiàn)強(qiáng)度較高，最大照度達(dá)到106 900 lx，遠(yuǎn)高于有利于文物保存照度上限；紫外線(xiàn)強(qiáng)度最高達(dá)848.94 uw/cm2。較高的照度和紫外線(xiàn)強(qiáng)度，加之溫濕度的劇烈變化，直接加劇了鐵炮表面腐蝕的速度和程度。

此外，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館所處的虎門(mén)地區(qū)經(jīng)常遭受臺(tái)風(fēng)侵襲。每年7—9月為臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁期，高溫暴曬后的強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降雨，大大增加了露天鐵炮的保存的難度。

2 病害情況

在對(duì)鐵炮保存現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)之上，參照《中華人民共和國(guó)文物保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WW/T 0005—2007）——館藏鐵質(zhì)文物病害與圖示》，對(duì)鐵炮病害進(jìn)行整體評(píng)估。通過(guò)連續(xù)多年的保護(hù)工作來(lái)看，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館鐵炮整體保存狀況不佳，銹蝕、殘損嚴(yán)重，表面硬質(zhì)沉積物、瘤狀物等病害發(fā)育較嚴(yán)重。對(duì)于露天保存的鐵炮，高溫高濕的保存環(huán)境，加劇了文物本體的不穩(wěn)定性。

按照鐵質(zhì)文物病害機(jī)理分類(lèi)，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館露天保存鐵炮的主要病害類(lèi)型包括：點(diǎn)腐蝕、表面硬結(jié)物、層狀剝離以及孔洞。其中，點(diǎn)腐蝕和表面硬結(jié)物主要集中在鐵炮的底部、層狀剝離和孔洞則集中出現(xiàn)在鐵炮的炮尾處。

3 保護(hù)與修復(fù)

3.1 除銹

鐵炮的表面除銹、清理主要采取機(jī)械除銹和噴砂除銹相結(jié)合的方法。

(1)機(jī)械除銹法是指利用物理摩擦接觸的原理，采用手工或電動(dòng)工具，清除鐵質(zhì)文物表面的附著物及疏松銹蝕物。手工除銹比較方便、靈活，需要設(shè)備少，特別適用于露天保存鐵炮的除銹。常用工具有榔頭、小錘、鑿子、鏟刀、鋼絲刷等。電動(dòng)工具包括小型手磨機(jī)、小型電鉆等?？梢杂嗅槍?duì)性地去除大型露天保存鐵炮的附著物和銹蝕物，大大提高工作效率。實(shí)際操作中，手工與電動(dòng)經(jīng)常配合使用，能較為徹底地去除鐵炮表面的浮銹。

(2)噴砂法是通過(guò)噴砂機(jī)將一定尺寸的砂粒噴射到生銹的鐵質(zhì)文物表面，通過(guò)砂粒與銹蝕層的物理碰撞摩擦，來(lái)將銹層剝離。噴砂除銹針對(duì)難以機(jī)械去除的銹蝕，根據(jù)對(duì)噴砂磨料適用性的研究，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館露天保存鐵炮保護(hù)中選擇小型循環(huán)回收噴砂機(jī)，以及出口壓力（4 kg/cm2）、噴嘴口徑（4 mm）的噴砂環(huán)境，噴砂磨料選擇塑料砂（30～60目）[3]。噴砂除銹法只能對(duì)鐵器表面整體進(jìn)行均勻除銹，不能保證所有區(qū)域的除銹都十分徹底。部分區(qū)域需要配合化學(xué)試劑除銹，以達(dá)到最好的表面除銹效果。在保護(hù)過(guò)程中，使用濃度為5%的檸檬酸中加入氨水，調(diào)節(jié)pH至3.5～4.5，生成檸檬酸單銨，對(duì)鐵的氧化物具有很高的溶解度。需要注意的是，采用化學(xué)試劑除銹后需要用蒸餾水反復(fù)沖洗，防止藥物殘留在器物上，然后配合使用小型機(jī)械或電動(dòng)工具，除去鐵炮上的銹蝕[4]。

3.2 脫鹽

鐵質(zhì)文物中氯的存在是其不穩(wěn)定的重要原因之一，鐵器脫鹽實(shí)質(zhì)上主要是脫除氯化物。在鐵質(zhì)文物脫鹽前，需要充分了解器物礦化程度及有害鹽含量。因保存環(huán)境的特殊性，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館露天保存鐵炮脫鹽主要采用紙漿涂敷法。紙漿涂敷法的原理是潮濕紙漿中水分滲入器物銹層孔洞中，溶解可溶性鹽分，利用器物與紙漿鹽濃度差，使銹層內(nèi)離子遷移至紙漿中，紙漿表面水分蒸發(fā)，鹽分在紙漿表面結(jié)晶。影響涂敷脫鹽效率的主要因素有器物潤(rùn)濕時(shí)間、涂敷材料組成、環(huán)境溫濕度以及紙漿中水分蒸發(fā)速度等。

依據(jù)前期實(shí)驗(yàn)和保護(hù)實(shí)踐，脫鹽使用的紙漿為膨潤(rùn)土、宣紙和面粉的復(fù)配材料，具體組分比例為（V膨潤(rùn)土：V面粉：V宣紙=2∶1∶1）[5]。這種復(fù)配材料可塑性強(qiáng)，具有一定的黏性，且脫鹽效果明顯優(yōu)于單一材料的紙漿涂敷。具體操作上，先將復(fù)配紙漿完全浸入去離子水中，待完全浸濕后涂敷在鐵炮表面進(jìn)行脫鹽。為了延長(zhǎng)鐵炮潤(rùn)濕時(shí)間，采取多次紙漿換敷法，即待涂敷好的紙漿自然干燥后，除去并且更換新的紙漿。在此過(guò)程中需要注意，因鐵炮管壁較為粗厚，需要進(jìn)行多次涂敷。將涂敷脫鹽后的紙漿用去離子水浸泡，后用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至9.0，用氯離子選擇電極測(cè)定浸泡液中的氯離子濃度。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果降低且趨于穩(wěn)定時(shí)表明紙漿涂敷脫鹽結(jié)束。

3.3 緩蝕

緩蝕劑是一種少量添加即能阻止金屬腐蝕或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)，是鐵炮保護(hù)技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。復(fù)配型緩蝕劑是目前國(guó)內(nèi)外的研究趨勢(shì)，多種復(fù)配型緩蝕劑也是“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題取得的研究成果[6]。

根據(jù)前期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鐵炮的局部實(shí)驗(yàn)，綜合緩蝕效果和改變鐵炮表面顏色的程度，露天保存鐵炮緩蝕處理的材料選擇復(fù)配單寧酸材料，即單寧酸（5 mmol/L）+硅酸鈉（10 mmol/L）+磷酸二氫鋅（0.05 mmol/L）+乙醇胺（3 mol/L）。緩蝕處理工藝采用刷涂，由于鐵炮部分區(qū)域的本體較厚，因此對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行2～3次涂刷復(fù)配單寧酸溶液，以確保該溶液對(duì)鐵炮表面起到緩蝕作用。在緩蝕工藝實(shí)施過(guò)程中，需要避免大風(fēng)、雨、塵的影響，保證操作場(chǎng)地通風(fēng)良好，借助設(shè)備使緩蝕部位在常溫下徹底干燥。

3.4 封護(hù)

大多數(shù)鐵質(zhì)文物在保護(hù)過(guò)程中表面需要增加涂層，以阻隔水分和空氣污染，降低水分和氧到達(dá)陽(yáng)極區(qū)的速率，提高耐腐蝕性。因此，對(duì)露天保存鐵炮的保護(hù)在表面除銹、脫鹽、緩蝕后，必須進(jìn)行表面的封護(hù)處理。

露天保存的鐵炮表面封護(hù)處理選擇使用了3種不同材料：第一種是9%的有機(jī)硅樹(shù)脂“XD-F-10”的乙醇溶液；第二種是3%的B72乙酸乙酯溶液；第三種是微晶石蠟。前兩種封護(hù)處理方法均采用表面涂刷，使封護(hù)材料在鐵炮表面成膜，完成對(duì)鐵炮表面的封護(hù)。其中“XD-F-10”乙醇溶液需要在配比后靜置一周使其達(dá)到最佳醇化效果后進(jìn)行封護(hù)；而使用3%的B72乙酸乙酯溶液進(jìn)行封護(hù)時(shí)，需要對(duì)封護(hù)區(qū)域進(jìn)行加熱，使被涂刷在鐵炮表面的B72材料盡量干燥，從而達(dá)到最佳封護(hù)效果；使用微晶石蠟對(duì)鐵炮進(jìn)行表面封護(hù)時(shí)，需要先利用加熱設(shè)備加熱鐵炮表面，去除鐵炮表面的水分，再將石蠟均勻涂抹在鐵炮表面，利用加熱設(shè)備融化鐵炮表面石蠟，使其均勻流淌，待其逐漸冷卻時(shí)，利用干凈抹布均勻擦拭鐵炮表面，使微晶石蠟在完全凝固后均勻附著在鐵炮表面，達(dá)到表面封護(hù)效果。

針對(duì)鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館露天保存鐵炮的封護(hù)研究成果表明，使用B72與微晶石蠟雙組份材料也可以達(dá)到良好的封護(hù)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

自2010年以來(lái)，鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)博物館與西北大學(xué)已合作完成133門(mén)鐵炮的保護(hù)與修復(fù)。保護(hù)工程項(xiàng)目經(jīng)過(guò)多年探索實(shí)踐，保護(hù)效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。保護(hù)工程注重科學(xué)研究、強(qiáng)調(diào)研究性修復(fù)、整合館校資源、突出人才培養(yǎng)，合作雙方共同創(chuàng)建了保護(hù)研究基地、教學(xué)實(shí)踐基地，所形成的這一模式，對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目具有重要的示范意義和借鑒作用。