鐵器文物腐蝕與保護(hù)的幾個問題

□ 李建麗

一、鐵質(zhì)文物腐蝕的根本原因

目前對于鐵質(zhì)文物腐蝕的影響因素方面的研究已十分系統(tǒng)、完整。在《文物保藏學(xué)原理》中，根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同將腐蝕分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕，并分別闡述了每一類腐蝕的影響因素，但未提到腐蝕的根本原因。還有學(xué)者將腐蝕反應(yīng)的影響因素分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因是文物本身的化學(xué)組成、內(nèi)部與表面的結(jié)構(gòu)等，由此決定它的特性；外因是指文物所在的環(huán)境中，如溫度、濕度、光線、環(huán)境大氣污染和地質(zhì)污染等。但關(guān)于腐蝕的根本原因仍有待研究。有學(xué)者將氯離子、鐵自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)等因素歸為腐蝕發(fā)生的原因。文物的組成成分不均勻、氯離子等因素可能會影響腐蝕反應(yīng)，生成不同種類的電化學(xué)腐蝕，但文物組織結(jié)構(gòu)的差異、表面金相組織的不同等因素，絕不是引起電化學(xué)腐蝕的原因，這些鐵質(zhì)文物自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，也不是造成腐蝕反應(yīng)的內(nèi)在因素。它們都是腐蝕反應(yīng)加速的原因而非腐蝕反應(yīng)的原因。如文物界的“談氯色變”，氯離子的存在會加速鐵質(zhì)文物的腐蝕速率，但并不代表它是腐蝕發(fā)生的原因。簡要推理可知，若文物儲存于只有氯離子的環(huán)境中、或是文物只是表面或結(jié)構(gòu)十分不均勻，文物的腐蝕反應(yīng)也不能進(jìn)行。上述各類影響因素會使鐵質(zhì)文物在腐蝕環(huán)境中形成微電池，盡管如此，若是腐蝕體系中，沒有腐蝕反應(yīng)的根本原因的存在，即使各種因素已使文物表面具有電化學(xué)不均勻性，其腐蝕過程仍無法進(jìn)行。

二、腐蝕的嚴(yán)重性

依據(jù)金屬腐蝕的電化學(xué)理論，鐵質(zhì)文物的腐蝕依然遵循金屬腐蝕的電化學(xué)機(jī)理，只是，在出土之前已遭受到嚴(yán)重的腐蝕，出土并進(jìn)入富氧的大氣環(huán)境后，一個高效的鐵腐蝕電池體系立刻開始啟動并以極高的速度在腐蝕的第三階段運行。這是金屬文物區(qū)別于一般工業(yè)制品在腐蝕方面的最著的特點。從哲學(xué)上看，這就是所謂矛盾的特殊性問題，不了解矛盾的特殊性就無法認(rèn)識具體的事物。基于同樣的觀點，鐵質(zhì)文物又與青銅器不同，從金屬學(xué)講，銅及其合金屬易鈍化金屬，通常條件下，在腐蝕過程中很容易再次鈍化。與此相反，鐵是活潑金屬，不僅陽極過程的電流密度大，而且沒有特殊的條件，是很難進(jìn)入鈍態(tài)的。也就是說，鐵在全面腐蝕階段，其腐蝕速度僅受陰極過程控制。大量的實驗事實業(yè)已證明，鐵的腐蝕產(chǎn)物中，有許多成分是氧進(jìn)行還原反應(yīng)的良好電催化劑，即我們俗稱有害銹，可極大地加速陰極過程，從而加速鐵的腐蝕。因此必須充分認(rèn)識到當(dāng)前鐵文物所面臨的嚴(yán)重腐蝕問題。

三、鐵質(zhì)文物材料保護(hù)措施

1．鐵質(zhì)文物的脫鹽保護(hù)

20世紀(jì)90年代，國外曾有報道稱，因長期埋藏于土壤中，鐵質(zhì)文物隨著周圍環(huán)境的變化而腐蝕加劇，其表面銹層很容易吸收環(huán)境中的可溶性鹽類，其中，含氯的鹽類對鐵質(zhì)文物的腐蝕有促進(jìn)作用。很多研究也表明，大部分出土的鐵質(zhì)文物均含有氯化物（電解質(zhì)），其一旦出現(xiàn)在潮濕的空氣中，即會發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，對其進(jìn)行脫鹽清洗是開展出土鐵質(zhì)文物保護(hù)的首要工作。脫鹽的方法有很多種，主要包括蒸餾水浸泡脫鹽法、堿性溶液浸泡脫鹽法、去離子水浸泡法、堿性亞硫酸鹽還原法、離子電泳法、電解法、等離子體化學(xué)法等，這些方法各有優(yōu)缺點。研究表明，堿性亞硫酸鹽溶液的脫鹽效率最高，但對器物的外觀顏色和銹蝕成分影響很大；去離子水浸泡法的脫鹽效率最低，但對器物銹蝕成分的影響最小。脫鹽完畢后，必須用蒸餾水漂洗文物。在以上傳統(tǒng)脫鹽技術(shù)的基礎(chǔ)之上，可以融入現(xiàn)代科技手段（如XRD、ICP、IC、SEM、金相分析），以達(dá)到更好的保護(hù)效果。

2．鐵文物的封護(hù)

傳統(tǒng)及合成有機(jī)高分子封護(hù)材料，目前常用的表面封護(hù)材料是丹寧、ParaloidB－72和石蠟等。這些材料各有優(yōu)缺點，國內(nèi)鐵質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域使用頻率最高的是丙烯酸樹脂ParaloidB－72，封護(hù)操作后在文物表面會出現(xiàn)光亮；使用丹寧后，文物表面容易變黑；使用石臘封護(hù)后的鐵質(zhì)文物極不穩(wěn)定，且在文物表面會出現(xiàn)油膩感。鐵質(zhì)文物表面封護(hù)材料極易受表面處理效果和環(huán)境條件的影響，因此，確定合理有效的科學(xué)保護(hù)方法和材料尤為重要，同時，研究新的封護(hù)材料也非常必要。沈大媧等人的研究表明，將鐵質(zhì)文物進(jìn)行脫水干燥后，放入加熱熔融的石蠟中，可達(dá)到封護(hù)效果。但不適用于大型器物，只適用于處理較小的器物。很多天然的封護(hù)材料不斷被發(fā)現(xiàn)使用，如蟲白蠟、蟲膠、棕櫚蠟及蜂蠟等，它們的優(yōu)點是可以直接刷涂在鐵質(zhì)文物表面，比石蠟容易使用。整體而言，這些傳統(tǒng)的有機(jī)封護(hù)材料還有很多不足之處。所以，很多合成有機(jī)高分子封護(hù)材料不斷得到研究，如干燥快、堅硬耐磨的硝基清漆，黏度低、流動性好、易于滲透的丙烯酸類材料，較高透明性、耐寒性、耐沖擊、耐紫外輻照的聚乙烯醇縮丁醛和適于鐵質(zhì)文物帶銹保護(hù)的甲基三甲氧基硅烷低聚體等。

3.關(guān)于磷化－封護(hù)處理

磷化作為鋼鐵材料的保護(hù)工藝在鐵質(zhì)文物的保護(hù)中已有報道，磷化作為涂裝的前處理工序也已在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。本文的鹽水浸泡試驗和中性鹽霧腐蝕試驗給出了磷化試片和磷化－封護(hù)試片的定量測試結(jié)果。在經(jīng)36天浸泡后磷化－封護(hù)腐蝕電流密度小于磷化的腐蝕電流密度，且磷化膜和封護(hù)膜結(jié)合形成的雙膜層具有更好的保護(hù)效果。其原因可以這樣分析：有機(jī)封護(hù)膜作為腐蝕電池的陰極，可對氧的還原產(chǎn)生較強的阻化作用，單獨應(yīng)用時易遭到初期腐蝕產(chǎn)物的破壞，因此防護(hù)作用不強。在沒有磷化膜時，鐵基體作為腐蝕電池的陽極，有機(jī)層腐蝕電池的陰極，腐蝕沿著鐵基體與有機(jī)層之間發(fā)生縫隙腐蝕。腐蝕產(chǎn)物的堆積和體積膨脹會造成膜層的迅速破壞，這與我們平時所看到的漆膜脫落時，鐵基體已嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象是一致的。磷化膜不僅可有效地抑制鐵腐蝕，而且與鐵基體和有機(jī)膜層均具有良好的結(jié)合強度。磷化膜可較好地抑制早期腐蝕對涂裝層的破壞，這是其一；從磷化的角度看，由于磷化膜具有一定的空隙，表現(xiàn)為鐵的小孔腐蝕，磷化膜孔被有機(jī)封護(hù)劑封閉后，抗蝕作用會得到進(jìn)一步的增強。因此，二者的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)一步提高了膜層對鐵基體的保護(hù)能力。

四、結(jié)束語

由于鐵器文物的質(zhì)地、冶煉、加工技術(shù)及埋藏環(huán)境等因素的影響，保存完好的鐵器文物很少，出土后暴露在自然環(huán)境當(dāng)中，由于各種環(huán)境因素的影響，會加速鐵器文物的腐蝕，因此鐵器文物的保護(hù)修復(fù)就顯得極其重要。我們在保護(hù)修復(fù)鐵器文物時，應(yīng)遵循保持原狀和最少干預(yù)等文物保護(hù)的基本原則，盡可能地保持文物的歷史價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值，只有認(rèn)真、細(xì)致、嚴(yán)格、規(guī)范地把各項工作做好，才能確保鐵器文物藏品的安全，也才能充分發(fā)揮其在教育、研究、展示、宣傳等方面的積極作用。