鐵器文物腐蝕與保護(hù)的幾個(gè)問(wèn)題

郭 星（鄭州二七紀(jì)念館，河南 鄭州 450000）

中國(guó)作為世界古國(guó)，有著源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的文明，經(jīng)過(guò)幾千年的發(fā)展，中國(guó)社會(huì)進(jìn)入了新時(shí)代，對(duì)歷史文明的研究也越發(fā)重視。相關(guān)文獻(xiàn)記載，青銅器之后的許多鐵器是鐵和碳的合金。那個(gè)時(shí)代，中國(guó)普遍使用鐵器進(jìn)行農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的生產(chǎn)，是人類(lèi)社會(huì)又一次質(zhì)的飛躍。我國(guó)出土的鐵器文物，由于長(zhǎng)期埋在地下，損壞嚴(yán)重，即使在挖掘之后，由于周?chē)鷹l件的影響，內(nèi)部腐蝕也會(huì)繼續(xù)，難以保持其完整性。創(chuàng)新保護(hù)鐵器文物完整性的方法，發(fā)掘古跡，開(kāi)展相關(guān)歷史文化研究，采取必要的防腐措施，對(duì)現(xiàn)代鐵器文物的維護(hù)和修復(fù)尤為重要。鐵器文物的傳統(tǒng)維護(hù)程序通常是先將鐵器文物清洗干凈，再對(duì)鐵器文物表面進(jìn)行處理，然后經(jīng)過(guò)一系列工藝達(dá)到最終的效果。因此，研究鐵器文物的防腐機(jī)理和防腐方法對(duì)于維護(hù)文物的完整性非常重要，這也是今后鐵器文物保護(hù)的發(fā)展目標(biāo)。

一、鐵器文物腐蝕的原因

由于鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在自然條件下，鐵比青銅更難儲(chǔ)存，而影響鐵器文物腐蝕的因素有鐵器內(nèi)因和外因兩大類(lèi)?；瘜W(xué)元素周期表顯示，鐵的位置比較靠前化學(xué)性質(zhì)活潑，導(dǎo)致鐵器文物的后期保養(yǎng)工作格外困難。在古代，鐵是通過(guò)低溫熔煉鐵礦石而獲得的，冶煉得到的鐵本身就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，一旦遇到外界環(huán)境的刺激很容易發(fā)生變化，并且對(duì)水、氧和鹽等物質(zhì)敏感。鐵器文物生銹現(xiàn)象，常被文物工作者稱(chēng)為金屬腐蝕，影響鐵制品腐蝕的因素是復(fù)雜的，大致分為以下幾個(gè)方面。

一是，鐵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易受到嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，白口鑄鐵有滲碳體膜，但松散的氣孔會(huì)使腐蝕性物質(zhì)滲入鑄鐵，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。

二是，鐵是一種易氧化、易腐蝕的活性金屬，如果土壤透氣性好，土壤內(nèi)的含氧量就很高，對(duì)鐵器文物的腐蝕性很強(qiáng)，而土壤滲透性差且含氧量非常低，土壤對(duì)金屬的腐蝕會(huì)較慢。土壤是由多種成分組成的，包含固體、液體。大多數(shù)土壤的pH為中性，但也有pH高于7.5的堿性土壤和pH小于7的酸性土壤。土壤的pH因地區(qū)而異，水、鹽、氧、微生物的含量不同，因此鐵器文物的腐蝕程度也不同。酸性土壤的腐蝕性更強(qiáng)，產(chǎn)氫的陰極反應(yīng)可以在pH較低（pH<4）的土壤中進(jìn)行。

三是，鐵器文物在大氣儲(chǔ)存中出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，大氣腐蝕是最常見(jiàn)的鐵腐病類(lèi)型，一些長(zhǎng)期存放在展廳和博物館中的鐵制品腐蝕被歸為大氣腐蝕。大氣腐蝕與濕度、溫度、灰塵和鹽分等因素的影響密切相關(guān)。其中，干空氣腐蝕是指鐵器文物表面沒(méi)有水或水膜時(shí)的一種空氣腐蝕，而濕空氣腐蝕又稱(chēng)干氧化和低濕腐蝕，是在鐵器文物表面形成一層薄薄的水膜時(shí)形成的。鐵器文物上的水膜層是肉眼看不見(jiàn)的，其是由于毛細(xì)作用、吸附或化學(xué)冷凝作用而在金屬表面形成的，在發(fā)生腐蝕反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)為濕度增加，會(huì)有一些污染物附著在文物上。另外，隨著濕度的增加，化學(xué)反應(yīng)速度加快，鐵器文物的腐蝕速率也隨之加快。

二、鐵器文物的保護(hù)方法

（一）鐵器文物表面清潔、除銹處理

除銹就是盡可能修復(fù)鐵制品的腐蝕部位，其目標(biāo)是去除外層的松散銹跡，保持內(nèi)層的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重，并不斷增強(qiáng)鐵基體的穩(wěn)定力。其中，易碎鐵器的清洗和除銹主要采用機(jī)械方法，當(dāng)與鉆器結(jié)合使用時(shí)，可用竹刀或手術(shù)刀等工具去除表面的污垢和其他沉積物，并去除外層的松散銹跡。如果鐵器文物不完整，可以用化學(xué)試劑或電化學(xué)方法對(duì)文物進(jìn)行清洗，常用的有磷酸鹽和檸檬酸。工作人員在除銹前應(yīng)做好一定的記錄，包括測(cè)量文物尺寸、文物修復(fù)前后攝影、X射線銹層分析等程序，再用小刀或皮卡等專(zhuān)用工具對(duì)生銹區(qū)域進(jìn)行剝離、雕刻、去除表面較厚的銹層和大部分銹塊。在大多數(shù)情況下，人們使用酸性溶液和酸洗緩蝕劑來(lái)進(jìn)行連貫的除銹處理，將少量酸性溶液加入大量水中，并在其中浸入鐵銼以處理淺銹。

圖一 鐵器文物腐蝕

（二）鐵器文物的脫鹽處理

脫鹽任務(wù)的主要目的是去除鐵制品表面和內(nèi)部的污垢。因?yàn)?，文物上的污垢?huì)加快鐵的腐蝕，影響后期的維護(hù)工作，應(yīng)及時(shí)處理。在脫鹽處理過(guò)程中，用去離子水超聲波清洗或用5%的碳酸氫鈉進(jìn)行超聲波清洗，通過(guò)冷熱置換去除可溶性鹽類(lèi)，并定期更換溶液，直到檢測(cè)溶液中氯離子的濃度在4毫克/升以下。在脫鹽過(guò)程中，可以將文物上的污漬煮沸，用蒸餾水洗滌，然后在堿性溶液中浸泡，并在脫鹽后用去離子水反復(fù)洗滌，用乙醇溶液浸泡，進(jìn)行脫水，自然干燥。根據(jù)中國(guó)鐵器文物的腐爛情況分析，蒸餾水是最好的洗滌劑，反復(fù)洗滌鐵器文物可以徹底去除油污和可溶性鹽類(lèi)，并注意將清洗后的鐵器文物進(jìn)行及時(shí)烘干。

（三）鐵器文物的加固和修復(fù)處理

鐵器文物維護(hù)過(guò)程中，采用加固方法保持鐵制品的原有外觀和完整性，防止鐵器裂紋部位擴(kuò)大。矯形主要是一種通過(guò)矯正器械對(duì)形狀變化的部位進(jìn)行矯正處理，主要是由于外力的擠壓或裂縫造成的鐵器文物損傷。修復(fù)工作主要針對(duì)鐵器的脆弱部位，根據(jù)鐵器文物的腐蝕損壞強(qiáng)度，可以選擇環(huán)氧樹(shù)脂和聚丙烯酸酯將斷鐵修復(fù)。根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇彌補(bǔ)缺失或不完整的部分。此外，鐵器文物受儲(chǔ)存環(huán)境影響很大，因此控制環(huán)境的溫度和濕度對(duì)于金屬文物的儲(chǔ)存非常重要。

（四）鐵器文物的封爐處理

作為鐵器文物維護(hù)的最后一步，也是最重要的一步，表面封爐可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵器文物的長(zhǎng)期有效維護(hù)。在鐵器封爐過(guò)程中，較好的鐵密封劑是有機(jī)硅類(lèi)物質(zhì)，它可以有效地將鐵與外界隔離，防止鐵的進(jìn)一步腐蝕。但此類(lèi)物質(zhì)的價(jià)格昂貴，而且處理后的鐵器文物外觀顏色會(huì)稍暗，一般會(huì)選擇氯仿或乙酸丁酯溶液來(lái)完成封爐工作。常用試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～5%。在通風(fēng)柜內(nèi)，用軟毛刷刷工件表面，將鐵器工件表面密封，即在鐵器上涂一層緩蝕劑，防止其與空氣接觸。此外，微晶白蠟也可用于密封，借助白蠟熱熔性、流動(dòng)性、耐水性、可逆性、無(wú)色透明、價(jià)格高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，保養(yǎng)鐵器文物表面。其中，具體方法是將微晶白蠟加熱融化，浸泡在儀器中，待泡沫消失后取出，或用刷子適當(dāng)加熱，將融化的微晶白蠟直接涂抹在儀器表面即可。

（五）鐵器文物的緩蝕技術(shù)

鐵器文物的腐蝕可以通過(guò)相應(yīng)的處理得到有效控制，但仍存在隱藏腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)措施延緩腐蝕。緩蝕技術(shù)是鐵制品常用的防腐技術(shù)，緩蝕劑主要用于鐵文物的表面，從而延緩鐵制品的腐蝕速度。下面詳細(xì)介紹一些最常用的緩蝕劑。

一是單寧酸絡(luò)合物緩蝕劑，主要是由適量的單寧酸和硅酸鈉以及乙醇胺混合而成的試劑，在鐵器文物表面形成一層穩(wěn)定均勻的薄膜，可有效提高鐵器文物的耐腐蝕性能，保持文物的外部形態(tài)和顏色不受影響。

二是復(fù)合氣相緩蝕劑，是緩蝕技術(shù)中最有效的一種試劑，可以在一定程度上將鐵器文物保持得很好，主要是因?yàn)樵噭┲械摩?FeOOH是高密度的，可以形成封閉性良好的保護(hù)膜，使得文物的抗氧化性更強(qiáng)。

三是硅酸鹽緩蝕劑，是由聚硅酸鹽組成的，試劑的酸堿值維持在中性范圍內(nèi)，可以有效控制鐵器文物的腐蝕。硅酸鹽緩蝕劑的原料來(lái)源相對(duì)于其他試劑來(lái)說(shuō)比較豐富，制作成本相對(duì)較低，受歡迎度也較高一些，可以用于各種鐵器品的緩蝕。

四是有機(jī)緩蝕劑，主要是利用一些高效低毒的有機(jī)材料來(lái)保護(hù)文物，常用的有機(jī)緩蝕劑有100多種，對(duì)環(huán)境的影響非常小，具有一定的生態(tài)價(jià)值。

（六）鐵器文物的磷化、鈍化

當(dāng)鐵銹緩慢溶解時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可溶性二價(jià)鐵離子，降低鐵制品的表面酸度，需要進(jìn)行鈍化保存。在鐵器文物的鈍化工作中，可選擇RP維護(hù)材料對(duì)廢棄鐵制品進(jìn)行包裝，在外部保留除氧劑，或?qū)⒊善访芊獬涞獌?chǔ)存。鐵器文物的鈍化可以將鐵的腐蝕速率降低到接近于零，形成鈍化膜，最終形成不溶性穩(wěn)定的磷酸鐵。鈍化膜是在鐵陽(yáng)極電化學(xué)腐蝕過(guò)程中形成的，其目的是抑制電化學(xué)反應(yīng)，從而有效阻斷鐵的進(jìn)一步腐蝕。另外，在鐵器文物磷化過(guò)程中，建議采用硝酸鈉作為催化劑，磷酸用于維持溶液的酸度，兩者相互配合完成鐵器的儲(chǔ)存。此外，當(dāng)濕度小于35%時(shí)，鐵相對(duì)穩(wěn)定。常溫下，推薦存放金屬文物的絕對(duì)濕度為15%～40%，推薦溫度為15～20 ℃。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代鐵制品是由鐵和碳組成的混合物或化合物，在外界環(huán)境的影響下，鐵器文物會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者受外界影響而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。久而久之，鐵器文物的表面會(huì)一層一層掉落，直至完全生銹，不利于我國(guó)對(duì)歷史文化的研究探討。然而，鐵器文物在腐蝕后可以通過(guò)一定的方法進(jìn)行修復(fù)。為修復(fù)后的鐵器文物提供有效的環(huán)境保護(hù)是穩(wěn)定修復(fù)結(jié)果的關(guān)鍵，是其在學(xué)術(shù)研討會(huì)、展覽中使用的基礎(chǔ)。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)增強(qiáng)對(duì)于鐵器文物的保護(hù)意識(shí)，使用安全可靠的保護(hù)設(shè)備和方法。

圖二 出土鐵器文物