鐵質(zhì)文物腐蝕與保護(hù)措施之淺析

劉明軒

摘 要：我國保存完整的鐵質(zhì)文物十分稀少，其原因是鐵是極容易受到腐蝕的材料，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致其難以保存和修復(fù)。目前我國出土的鐵質(zhì)文物一般都難以完成保護(hù)和全面修復(fù)工作，再加上早期的冶鐵技術(shù)不成熟，導(dǎo)致鐵質(zhì)文物的純度低。文章通過對鐵的性質(zhì)及影響鐵化學(xué)性質(zhì)的各方面因素進(jìn)行分析，找到鐵易受腐蝕的原因，同時提出鐵質(zhì)文物的保護(hù)與修復(fù)措施。

關(guān)鍵詞：冶鐵;青銅器;化學(xué)性質(zhì);修復(fù)

0 引言

我國作為世界文明古國，擁有燦爛悠久的文明。在經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展后，我國社會進(jìn)入到現(xiàn)代化發(fā)展的新時期，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，歷史文化的研究卻漸行漸遠(yuǎn)。對古代鐵質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)與修復(fù)，能夠找到歷史的痕跡，從而進(jìn)行相關(guān)的歷史文化研究。

1 鐵質(zhì)文物腐蝕的機(jī)理及因素解析

1.1 鐵質(zhì)文物腐蝕機(jī)理

在鐵質(zhì)文物出土前，其所處的墓葬或建筑內(nèi)部環(huán)境處于恒定狀態(tài)，如土壤的透氣性、水含量、土壤電阻抗率、溶解離子種類等都處于穩(wěn)定狀態(tài)。在鐵質(zhì)文物出土后，其所處環(huán)境瞬間與外界大氣環(huán)境發(fā)生融合交換，各類因素活躍度發(fā)生變化，大氣中的水分等物質(zhì)快速對鐵質(zhì)文物進(jìn)行侵蝕，加快其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致腐蝕破壞。鐵質(zhì)文物的腐蝕是其內(nèi)部原因與外界環(huán)境因素共同導(dǎo)致的。因此，決定鐵質(zhì)文物出土品質(zhì)的因素不單一且難以預(yù)防，這導(dǎo)致鐵質(zhì)文物在我國文物組成中極其稀少。

1.2 腐蝕的內(nèi)部因素

因?yàn)殍F的穩(wěn)定性差、化學(xué)性質(zhì)活潑，所以鐵質(zhì)文物容易遭到腐蝕破壞。古代冶煉的鐵與現(xiàn)代的鐵是不一樣的，古代鐵器多是灰口鑄鐵，也就是其中的石墨是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且分布于鐵素體內(nèi)，相對而言則產(chǎn)生了陰極，在一些特殊條件下就會發(fā)生鐵的選擇性腐蝕，從而產(chǎn)生多孔的石墨骨架，這樣的質(zhì)變就是常見的石墨化腐蝕。這樣的腐蝕多發(fā)生于含有微量元素的水質(zhì)以及土壤或酸性液體中。石墨化腐蝕過程緩慢，但持續(xù)時間長，其腐蝕速度主要是由受腐蝕的石墨烯遺留物密度決定的。隨著腐蝕遺留物厚度的不斷增加，鐵的腐蝕有一個遞增、遞減的過程，而這并非整個腐蝕的過程，僅僅是腐蝕的開始。再到鐵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，腐蝕遺留物與石墨發(fā)生反應(yīng)不斷進(jìn)行腐蝕，從而造成腐蝕面積不斷增大，腐蝕面積增大則腐蝕殘留物密度增加，最終因?yàn)楦g物表面積過大而阻擋進(jìn)一步的腐蝕質(zhì)變。

1.3 腐蝕的外部因素

鐵質(zhì)文物腐蝕的外部因素要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于內(nèi)部因素，因?yàn)榄h(huán)境的不同，各地的溫度、土壤、濕度、酸堿度大不相同，不同地區(qū)出土的鐵質(zhì)文物所受到的影響程度也不盡相同。

1.3.1 大氣腐蝕

金屬材質(zhì)的器具暴露在空氣中發(fā)生的腐蝕變化就是大氣腐蝕。在鐵質(zhì)文物的腐蝕因素中，大氣腐蝕是最常見的一種。舉例而言，出土后的鐵質(zhì)文物陳列在展柜里，在長期的大氣腐蝕作用下顏色或者密度發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是常見的大氣腐蝕。大氣腐蝕的化學(xué)解釋是鐵器暴露在大氣中產(chǎn)生氧化反應(yīng)，而氧氣的組成包括水質(zhì)以及大氣中的雜質(zhì)等對鐵進(jìn)行共同侵蝕。所以，大氣腐蝕雖然是鐵質(zhì)文物最常見的腐蝕方式，但只要做好與大氣的隔離工作，修復(fù)工作也較為容易。

1.3.2 土壤腐蝕

出土的鐵質(zhì)文物最常見的腐蝕的就是土壤腐蝕。土壤腐蝕是電解質(zhì)的化學(xué)腐蝕，土壤中包含著水分、鹽分以及雜質(zhì)與氧氣，容易對鐵造成腐蝕。尤其是有些地區(qū)的土壤受到過污染或酸雨等侵害，土壤為強(qiáng)酸性，這類土壤中的鐵質(zhì)文物會很大概率遭到嚴(yán)重腐蝕。相比于強(qiáng)酸性土壤環(huán)境中出土的鐵質(zhì)文物，普通土壤中的鐵質(zhì)文物腐蝕程度還是較低的。強(qiáng)酸土壤的腐蝕機(jī)制也是由于其外部環(huán)境與鐵質(zhì)內(nèi)部元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的，因此難以控制和防范。我國國土面積大，并且古代陵墓的分布較散，各地區(qū)陵墓土壤酸堿度不同，也正是因此，全國各地出土鐵質(zhì)文物的腐蝕程度是不同的，而且后期的持續(xù)腐蝕現(xiàn)象也是不同的。

1.3.3 海水腐蝕

海水是一種含有多種鹽類近中性電解質(zhì)溶液。在日常生活中，通過很多渠道我們可以了解到海底寶藏，其實(shí)海底寶藏中就包括一些鐵質(zhì)文物，沉船或者自然災(zāi)害導(dǎo)致的鐵質(zhì)文物落入深海也屢見不鮮。海水對鐵質(zhì)的腐蝕是非常嚴(yán)重和迅速的。海水的含鹽量大，其化學(xué)分子與鐵質(zhì)中的化學(xué)分子進(jìn)行快速反應(yīng)，造成大面積且深入的腐蝕。海水腐蝕其實(shí)是氧去極化的過程，而海水中含有大量的氯離子，相比于大氣中的氯氣含量，海水中的氯離子更多且密度更大，因此任何金屬器具長期處在深海之中都會受到海水的嚴(yán)重腐蝕。海水還有大電導(dǎo)率的性質(zhì)，而電阻性阻滯很小，在任何金屬表面都會形成活性大的微電池與宏電池，造成金屬的劇烈腐蝕，并且會持續(xù)很長一段時間。鐵質(zhì)器具在海水中還會發(fā)生石墨化腐蝕，同時海水的流速以及沖擊等都會對金屬造成局部腐蝕。

1.3.4 二次腐蝕

二次腐蝕是鐵器在遭受腐蝕之后表面所形成的鐵銹對其自身的腐蝕。鐵銹分為有害和無害兩個種類，最好的辨別方式是，鐵銹的面積大于鐵質(zhì)本身，則屬于有害鐵銹。而另一種在土壤中形成的鐵銹，沒有較強(qiáng)的附著力，自身也沒有致密的保護(hù)膜，因此不會對鐵器造成二次腐蝕，甚至這種鐵銹不僅不會腐蝕鐵器，還會形成一層保護(hù)膜，防止鐵質(zhì)進(jìn)一步被腐蝕。

2 保護(hù)措施

2.1 脫鹽清洗

從鐵質(zhì)文物的腐蝕機(jī)理可以清楚地了解到，在鐵質(zhì)文物出土之后，主要是氯化物組成的鹽類繼續(xù)腐蝕鐵質(zhì)文物的剩余部分，同時在不斷地分裂之后又會繼續(xù)產(chǎn)生新的腐蝕。因此，鐵質(zhì)文物出土后的唯一保護(hù)辦法就是完全隔絕空氣、水及鹽這三類物質(zhì)中的一類。對出土的鐵質(zhì)文物要進(jìn)行脫鹽清洗處理，而目前的脫鹽清洗方式包括以下幾種。

2.1.1 蒸餾水浸泡

蒸餾水浸泡脫鹽是一種常見的鐵質(zhì)文物脫鹽手段，并且很早就運(yùn)用到文物的出土工作之中。具體的方法是將出土的文物浸泡到蒸餾水內(nèi)，保證蒸餾水完全沒過文物，并且保持在一定的溫度中持續(xù)浸泡多個小時，直到蒸餾水中鹽的濃度穩(wěn)定，繼續(xù)重復(fù)一遍上述做法，直至蒸餾水中的鹽濃度降到最低，即說明鐵質(zhì)文物的脫鹽清洗完成。

2.1.2 堿性溶液浸泡

鐵質(zhì)文物從海水中脫離出來后，將其置于堿性的溶液之中，同樣也要遵循浸泡的規(guī)則，在堿性溶液中，鐵質(zhì)文物表面腐蝕物的氯離子被另一種離子所取代，這種離子就是氫氧根離子。堿性溶液浸泡是一個平衡的過程，氯離子在堿性溶液中釋放的量以及速度都是伴隨著酸堿值的變化而變化的，并且隨著堿性溶液中氯離子的濃度升高而減小。堿性溶液的種類很多，如NaOH溶液以及其他多種堿性溶液。堿性溶液浸泡的脫鹽方法早在17世紀(jì)就已被證實(shí)是可行的。

2.1.3 其他方法

對于鐵質(zhì)文物的脫鹽并非只有上述幾種方法，煮沸法、蒸汽溶法、離子電泳法以及電解法等都可以完成鐵質(zhì)文物的脫鹽。在所有的鐵質(zhì)文物脫鹽工作中必須遵循的原則是：在浸泡完畢之后，務(wù)必使用蒸餾水對鐵質(zhì)文物進(jìn)行漂洗，除去在浸泡過程中產(chǎn)生的殘留化學(xué)藥物。另外，將去離子水加熱至80攝氏度對文物進(jìn)行反復(fù)浸泡也可以達(dá)到清理作用。

2.2 干燥保存

通過上文的介紹，我們可以清晰地了解水對鐵質(zhì)文物的破壞性極強(qiáng)，因此在進(jìn)行過各種有水參與的脫鹽處理后，都必須進(jìn)行干燥處理，防止水對鐵質(zhì)文物進(jìn)行二次或多次腐蝕。干燥處理的辦法有多種，如自然風(fēng)干、鼓風(fēng)風(fēng)干、化學(xué)試劑干燥等，其中最好的干燥處理方法是電熱箱烘烤或紅外燈光照射。

2.3 外表保護(hù)

鐵質(zhì)文物要想進(jìn)行長期的保存或展出，就要對器具進(jìn)行表面的封護(hù)，其目的是隔斷鐵質(zhì)表面與大氣層之間的接觸，具體的保護(hù)手段是在鐵質(zhì)文物表面涂刷緩蝕劑。在緩蝕劑的選擇上，一般緩蝕劑都具有揮發(fā)性，因此要想長期保存防護(hù)，必須要選擇合適的防護(hù)劑，從而對鐵質(zhì)文物進(jìn)行較好的封護(hù)。在進(jìn)行過優(yōu)良的表面封護(hù)工作處理后，鐵質(zhì)文物的腐蝕速度降低。由于文物本身就是非常特殊的保護(hù)對象，所以在對文物進(jìn)行保護(hù)過程中，除了封護(hù)劑、緩蝕劑的選擇要慎重外，還要遵循相關(guān)原則，借鑒他人的優(yōu)良之處，保障鐵質(zhì)文物的處理與保存。

①遵循“修舊如舊，保護(hù)原貌”原則，不造成文物原貌損壞，保證文物的真實(shí)完整性。

②利用現(xiàn)代科技手段，在文物保護(hù)中體現(xiàn)科學(xué)性。

③在材料的選擇與替換中，做到材料性質(zhì)一致性。

④為保證后期的可再修復(fù)，保護(hù)工作要具有可逆性。

⑤符合相關(guān)規(guī)定，辦法合理，不會對環(huán)境造成大面積污染。

在當(dāng)下，世界各國對鐵質(zhì)文物的保護(hù)材料總體分為有機(jī)與無機(jī)兩種。無機(jī)保護(hù)材料主要包括無機(jī)緩蝕劑、磷酸鹽保護(hù)法、鞣酸鹽保護(hù)法等，有機(jī)材料則指適用于涂料的聚合物。

2.3.1 石蠟保護(hù)

現(xiàn)如今，為了保證文化傳承質(zhì)量，需要關(guān)注館藏文物保護(hù)工作的有效開展。利用石蠟對文物進(jìn)行保護(hù)與處理是早期最常見的封護(hù)保存方法。雖然石蠟具有一定的封護(hù)作用，但是其自身的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，不耐高溫且會讓鐵質(zhì)文物的表面產(chǎn)生油膩感。

2.3.2 環(huán)氧樹脂保護(hù)

這種文物保護(hù)劑的種類較多，其中最常用的是比酚A型環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂保護(hù)劑與固化劑相融合后，有著低溫、低壓下固化狀態(tài)，因此其收縮率低，具有良好的物理性能以及絕緣性能。同時，這種保護(hù)劑具有優(yōu)良的黏合力，因此對堿性介質(zhì)穩(wěn)定，并且可以與其他類試劑混合使用。

2.3.3 丙烯酸樹脂保護(hù)

丙烯酸樹脂由兩種物質(zhì)組合構(gòu)成，即甲基丙烯酸甲酯+丙烯酸類衍生物。樹脂具有對光、熱、化學(xué)分解都穩(wěn)定的特性，同時擁有良好的彈性。用丙烯酸樹脂制成的試劑具有耐受性、耐老化、耐濕熱環(huán)境以及其他特殊環(huán)境的特點(diǎn)，因此受到文物保護(hù)界的好評，得到廣泛應(yīng)用。

2.3.4 復(fù)合類保護(hù)材料

復(fù)合類的保護(hù)材料可以滿足當(dāng)下文物保護(hù)所提出的各項(xiàng)需求，同時綜合了各種材料的優(yōu)良屬性，大大改善了鐵質(zhì)文物保護(hù)與處理的現(xiàn)狀，并且對環(huán)境無污染、施工安全，因此是當(dāng)下的鐵質(zhì)文物保護(hù)工作中的首選材料。

3 結(jié)束語

館藏文物具有重要的歷史、藝術(shù)、科學(xué)價值，是國家寶貴的科學(xué)、文化財(cái)富。對鐵質(zhì)文物的正確保護(hù)與處理是近年來的熱門話題，通過對鐵質(zhì)文物的修繕以及處理，可以正確地幫助人們追溯歷史。對于不同地域、不同環(huán)境出土的鐵質(zhì)文物進(jìn)行區(qū)別處理，保證還原歷史以及在未來的社會發(fā)展中體現(xiàn)價值。

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