廣西民族博物館館藏十五面銅鼓合金成分及顯微組織分析

覃椿筱,梁燕理,陳 嘉,黃 超

(1. 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049; 2. 中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所,北京 100190;3. 廣西民族博物館,廣西南寧 530028; 4. 暨南大學(xué),廣東廣州 510632)

0 引 言

銅鼓是一種廣泛分布于我國嶺南、我國西南及東南亞地區(qū)的器物,具有兩千多年的歷史,自春秋時(shí)期沿用至今,并隨著時(shí)代及分布地域的變化,演化為不同型式[1]。銅鼓作為禮樂重器,兼具精神象征意義及實(shí)用功能,是使用銅鼓族群的共同文化載體。分析銅鼓的源流演變,以及不同時(shí)代、地域銅鼓在文化因素及制作技術(shù)的異同,有助于研究歷史上使用銅鼓族群的遷徙及族群間的交流、聯(lián)系等問題。

關(guān)于銅鼓的歷史文獻(xiàn),最早見于南朝范曄《后漢書》馬援“于交趾得駱越銅鼓”記載[2]。此后相關(guān)文獻(xiàn)零散見諸史書、地方志書、雜記、詩詞歌賦、傳說故事等,內(nèi)容多為銅鼓出土、流通、使用情況等信息,對于銅鼓的制作技術(shù)幾乎沒有涉及。據(jù)清代屈大均《廣東新語》“廣州煉銅鼓師不過十余人,其法絕秘,傳于子而不傳女”[3]及西方學(xué)者對19世紀(jì)末20世紀(jì)初緬甸鑄銅師的調(diào)查材料[4],當(dāng)時(shí)銅鼓鑄造為家族絕技,秘不外傳。傳統(tǒng)銅鼓鑄造技術(shù)至清代已失傳,因而,對于鑄造技術(shù)的研究,主要從銅鼓本體著手。

本研究選取5種類型銅鼓進(jìn)行合金成分及顯微組織分析,以了解不同形制銅鼓的合金配比、加工工藝、顯微鑄造缺陷、夾雜物特征等信息,為進(jìn)一步開展銅鼓鑄造技術(shù)研究提供基礎(chǔ)資料。

1 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品采集

對15面銅鼓進(jìn)行采樣,其中麻江型7面、北流型3面、冷水沖型3面、靈山型1面、石寨山型1面,部分器在面、胸、足分別采樣,制成樣品26個(gè)。

采樣對象均為館藏破損較為嚴(yán)重、未編入藏品號的殘器、殘片,觀察表層銹蝕情況后,在金屬基體存留較多的殘破部位,使用手持切割機(jī)截取邊長2.5～6 mm不等樣品。

1.2 樣品制備及分析方法

以鼓壁截面為分析面,使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行鑲嵌,用400、800、1 200粒度碳化硅水磨砂紙由粗至細(xì)依次打磨樣品面,再用絨布拋光。

因部分樣品晶界腐蝕、夾雜物復(fù)雜,拋光后先用Leica DM6000M金相顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察;隨后使用Tescan VEGA3 XMU掃描電子顯微鏡進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察,并使用電鏡配備的Bruker XFlash 6能譜儀進(jìn)行基體及夾雜物成分定性分析,分析部位為避開銹蝕區(qū)域的金屬基體,分析參數(shù):電壓20 kV,工作距離15 mm,時(shí)間60 s;最后再重新拋光樣品面,使用5%的三氯化鐵鹽酸酒精溶液進(jìn)行浸蝕后再次進(jìn)行金相組織觀察。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 合金成分分析

合金成分分析結(jié)果見表1。以2%為主合金元素含量下限的界定標(biāo)準(zhǔn)[5],15面銅鼓中,2面為銅錫合金,13面為銅錫鉛合金。錫含量均在7%～17%之間,鉛含量在不同類型銅鼓之間有區(qū)別。

1面石寨山型鼓為銅錫合金,錫含量12%。

7面麻江型鼓,錫含量8.0%～16.2%,鉛含量1.3%～19.2%,鉛錫配比波動(dòng)較大,其中麻江型01、05、07為錫高鉛低,02、04錫略高于鉛,03、06錫低鉛高。存在同一器物不同部位成分不均勻現(xiàn)象,如麻江型04、06、07鼓不同部位鉛含量有1%～4%差值。麻江型03、06鼓鋅、鐵含量大于2%,但低于錫、鉛,不視為主要合金元素。

3面北流型鼓,鉛錫含量分布較為集中,錫含量在11%左右,鉛含量在16%左右。因鼓胸、腰壁較薄,表現(xiàn)出樣品面不同區(qū)域成分不均勻現(xiàn)象,鉛、錫含量值局部偏高或偏低。如北流型09鼓胸樣品兩個(gè)面掃區(qū)域,錫鉛含量分別為錫7.1%、鉛28.9%和錫13.2%、鉛15.5%,鉛含量較高區(qū)鐵含量2.6%,是由于含鐵夾雜物較多聚集于鉛顆粒周圍。

3面冷水沖型鼓,與北流型鼓的錫、鉛含量分布區(qū)間接近,錫含量在10.9%～13.7%,鉛含量在16.4%～22.4%。

1面靈山型鼓錫含量8.8%,鉛含量13.7%。

北流型、冷水沖型、靈山型鼓,均表現(xiàn)出鉛含量較高、錫含量略低于鉛的合金配比特征,錫、鉛含量分布區(qū)間集中。這三類鼓均壁厚較薄、體量大、合金配比規(guī)律相似,或許與澆注性能有關(guān),反映出三類鼓范鑄技術(shù)上存在的聯(lián)系。

2.2 顯微組織分析

金相組織分析結(jié)果(圖1～15)顯示,僅石寨山型12鼓局部有滑移帶及再結(jié)晶組織,麻江型03、06鼓局部見滑移帶,其余銅鼓樣品均為鑄造組織。

1) 麻江型01鼓面,鑄態(tài)組織(圖1a),α固溶體枝晶偏析,大量(α+δ)共析體連成網(wǎng)狀,細(xì)小鉛顆粒及微小硫化物夾雜(Cu-Fe-S-Se,Cu-As-Fe-S-Sb,Cu-As-Fe-S),較多縮松分布于截面中部。

鼓足,鑄態(tài)組織。顯微組織特征與鼓面相似。外壁一側(cè)邊緣反偏析密集分布(α+δ)共析體(圖1b)。

圖1 麻江型01鼓顯微組織

2) 麻江型02鼓面,鑄態(tài)組織(圖2),α固溶體細(xì)枝晶偏析,大量(α+δ)共析體連成網(wǎng)狀,微小硫化物夾雜(Cu-S,部分含少量鐵),大量不規(guī)則鉛顆粒,基體固溶微量砷、鐵。縮松、氣孔主要分布于樣品面中部。

圖2 麻江型02鼓面金相組織

3) 麻江型03鼓面,鑄態(tài)組織(圖3a),α固溶體晶粒細(xì)小且晶內(nèi)偏析不明顯,或許與成分中含有的鐵、鋅、磷等元素可細(xì)化晶粒及減少晶內(nèi)偏析有關(guān)。局部邊緣組織變形,晶內(nèi)有滑移帶,推測因鼓損壞形成,非鑄后冷加工痕跡。大量夾雜物不均勻分布(淺藍(lán)色Cu-Fe-P、深藍(lán)色Cu-Zn-Fe-S、藍(lán)黑色Cu-Fe-S),含鐵量83%～94%的Cu-Fe-P富鐵相呈區(qū)域性密集分布(圖3b)。少量(α+δ)共析體,主要零散分布于富鐵相較少區(qū)域。大量不規(guī)則灰黑色鉛顆粒?？s松、氣孔主要分布于樣品面中部。鼓腰、足顯微組織與鼓面相似。

圖3 麻江型03顯微組織

4) 麻江型04鼓面,鑄態(tài)組織(圖4a),α固溶體枝晶偏析明顯,細(xì)小(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。少量硫化物夾雜。鉛顆粒不規(guī)則狀分布。大量縮松。

鼓腰、鼓足顯微組織特征同鼓面,僅縮松減少、變小(圖4b)。鼓腰大量小縮松。鼓足部分縮松分布于鼓內(nèi)壁側(cè)?？s松在不同部位的差異,可能是由于壁厚差異,鼓面厚于胸及腰,后凝固形成較大縮松。

5) 麻江型05鼓面,鑄態(tài)組織。α固溶體枝晶偏析明顯(圖5a),未浸蝕狀態(tài)下枝晶中心區(qū)域呈淡銅紅色,銅含量約95%,枝晶周邊黃色區(qū)域銅含量約88%。細(xì)小(α+δ)共析體連成網(wǎng)狀。微小硫化物夾雜和鉛顆粒分布于枝晶間隙及共析體內(nèi)。大量不規(guī)則縮松。

鼓胸、鼓足顯微組織與鼓面相似,亦有大量縮松分布于鼓壁截面中間區(qū)域,兩側(cè)組織致密(圖5b)?？s松尺寸自鼓面至鼓腰、鼓足依次減小,可能與壁厚差異及澆注方式有關(guān)。

圖4 麻江型04顯微組織

鼓足外壁側(cè)分布大量自由銅顆粒(圖5c)。自由銅分布區(qū)域可見藍(lán)色氧化亞銅顆粒,部分氧化亞銅與自由銅共生。未浸蝕金狀態(tài)下部分自由銅顆粒邊緣與基體無銹蝕邊界線。

6) 麻江型06鼓面,鑄態(tài)組織(圖6a),基體固溶少量鋅及微量鐵,α固溶體晶粒小且晶內(nèi)偏析不明顯,原因同前文對麻江型03鼓所述。少量(α+δ)共析體。大量淺藍(lán)色花朵狀Cu-Fe-P,深藍(lán)色Cu-Zn-Fe-S,藍(lán)黑色Cu-Fe-S。Cu-Fe-P富鐵相在局部區(qū)域密集。大量不規(guī)則鉛顆粒、縮松、氣孔。

圖5 麻江型05顯微組織

鼓胸顯微組織特征及夾雜物類型同鼓面。局部區(qū)域Cu-Fe-S夾雜呈圓形大顆粒分布,部分顆粒內(nèi)或邊緣分布不規(guī)則Cu-Zn-Fe-S夾雜(圖6b)?？s松、氣孔分布于截面中部。

鼓足,鑄態(tài)組織(圖6c),α固溶體晶粒小于鼓面及鼓胸,偶見微小(α+δ)共析體。夾雜物類型同鼓面,小顆粒狀Cu-Fe-P富鐵相性聚集分布于局部區(qū)域。氣孔、縮松分布于截面中部。

面、胸、足均局部晶內(nèi)有滑移帶,但晶粒及夾雜物無變形痕跡,滑移帶可能因使用或鼓損壞形成,非鑄后冷加工痕跡。

圖6 麻江型06顯微組織

7) 麻江型07鼓腰,鑄態(tài)組織(圖7),α固溶枝晶偏析,枝晶細(xì)小,(α+δ)共析體連成網(wǎng)狀。細(xì)小鉛顆粒和少量Cu-Fe-S夾雜。小縮松分布于枝晶間隙。

鼓足,顯微組織特征同鼓腰,小縮松集中分布于截面中部區(qū)域。

圖7 麻江型07鼓腰顯微組織

8) 北流型08鼓足,鑄態(tài)組織(圖8)。α固溶體枝晶偏析,(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。大量鉛顆粒。大小不一自由銅顆粒彌散分布。部分銅紅色小區(qū)塊彌散分布于枝晶中,與基體無邊界線,為含錫2%左右的銅錫固溶體。浸蝕前可見少量淡銅紅色區(qū)域與鉛共生,電鏡能譜分析為銅、鉛元素,含銅10%左右,浸蝕后變鉛灰黑色。夾雜物細(xì)小且多樣,灰藍(lán)色Cu-S夾雜、灰黑色Cu-Fe-S夾雜、少量淺藍(lán)色Cu-As-Fe夾雜?；w固溶微量鐵、砷。大氣孔與小縮松散布。

圖8 北流型08鼓足金相組織

9) 北流型09鼓足,鑄態(tài)組織(圖9a)。α固溶體枝晶偏析,大量(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。圓形、橢圓形大鉛顆粒及不規(guī)則形小鉛顆粒密布?；宜{(lán)色Cu-S夾雜,灰黑色Cu-As-Fe-S-Ag、Cu-Fe-S夾雜(隨著Fe含量增加,顏色從灰藍(lán)過渡到灰黑)。少量細(xì)小銅紅色銅鉛共生顆粒?；w固溶少量鐵、砷。少量小縮松。

鼓胸,鑄態(tài)組織(圖9b)。截面中間有縱向鉛帶,鉛帶兩側(cè)鉛顆粒、含鐵夾雜物、共析體分布差異較大。一側(cè)為大量大小不一鉛顆粒、淺藍(lán)色高鐵相Cu-As-Fe,少量(α+δ)共析體,另有灰藍(lán)色Cu-S、灰黑色Cu-Fe-S夾雜;一側(cè)為大面積網(wǎng)狀(α+δ)共析體,伴有鉛顆粒及Cu-S、Cu-Fe-S夾雜。兩側(cè)均局部區(qū)域密布麻點(diǎn)狀微小鉛粒,基體固溶微量鐵、砷。取樣部位無鑄接或焊接痕跡,分析面兩側(cè)顯微組織差異,可能為澆注銅液成分不均勻或凝固過程中偏析所致。

圖9 北流型09顯微組織

10) 北流型15鼓腰,鑄態(tài)組織(圖10a)。α固溶體枝晶偏析,網(wǎng)狀(α+δ)共析體部分銹蝕。大量鉛顆粒。夾雜物復(fù)雜多樣,淺藍(lán)色Cu-As-Fe、灰藍(lán)色Cu-S、藍(lán)黑色及灰黑色Cu-Fe-S(鐵含量7%～12%)、黑色Cu-Pb-As-Fe-Cl-O。自由銅、銅鉛共生顆粒呈銅紅色,零散分布或與藍(lán)紫色Cu-O顆粒、夾雜物伴生,部分自由銅浸蝕前與基體間無銹蝕邊界線(圖10a)。較多大氣孔。

圖10 北流型15顯微組織

11) 冷水沖型10鼓足,鑄態(tài)組織(圖11a)。α固溶體枝晶偏析,(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。大量鉛顆粒,呈圓形、橢圓形大顆?；虼笮〔灰徊灰?guī)則形分布?；宜{(lán)色Cu-S、深藍(lán)色Cu-Fe-S夾雜。浸蝕前局部區(qū)域可見微小銅紅色顆粒分布于枝晶間隙或與共析體、鉛顆粒、硫化物夾雜共生(圖11b),銅紅色顆粒成分分析含銅、鉛兩種元素,銅含量16%～23%。浸蝕后,原銅紅色顆粒顆粒顏色變成與鉛顆粒相同的灰黑色(圖11c)。少量顯微縮松。

12) 冷水沖型13鼓足,鑄態(tài)組織(圖12a)。α固溶體枝晶偏析,(α+δ)共析體部分銹蝕。不規(guī)則顆粒狀灰藍(lán)色Cu-S、細(xì)小藍(lán)黑色Cu-Fe-S(微量)夾雜。大量圓形、近圓形大鉛顆粒及不規(guī)則小鉛顆粒,部分Pb-Ag共生。局部有Cu-O大顆粒。自由銅顆粒與硫化物夾雜、鉛顆粒、共析體共生或分布于枝晶間隙,部分自由銅浸蝕前與基體間無銹蝕邊界(圖12b)。少量顯微縮松。

圖12 冷水沖型13鼓顯微組織

13) 冷水沖型14鼓足,鑄態(tài)組織(圖13a)。α固溶體枝晶偏析,(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。細(xì)小藍(lán)黑色Cu-Fe-S夾雜。少量小顆粒自由銅。浸蝕前可見大量銅紅色含鉛、銅元素顆粒(銅含量7%～17%)零散分布于枝晶間隙或與共析體、鉛顆粒、硫化物夾雜共生(圖13b),浸蝕后變?yōu)榕c鉛顆粒相同的灰黑色。大量近圓形大鉛顆粒及不規(guī)則小鉛顆粒。少量氣孔及顯微縮松。

14) 靈山型11鼓足,鑄態(tài)組織(圖14)。α固溶體枝晶偏析,(α+δ)共析體分布于枝晶間隙。大量不規(guī)則鉛顆粒?；宜{(lán)色Cu-S、深藍(lán)色Cu-Fe-S夾雜。少量小氣孔及顯微縮松。

圖14 靈山型11鼓足金相組織

15) 石寨山型12鼓胸。α固溶體枝晶偏析,分布于枝晶間隙的(α+δ)共析體多已銹蝕(圖15a)?；宜{(lán)色Cu-S、藍(lán)黑色Cu-Fe-S夾雜,藍(lán)紫色Cu-O、Cu-O-Cl。大量自由銅顆粒,獨(dú)立分布或與硫化物夾雜共生。另有銅紅色區(qū)塊分布于(α+δ)共析體周圍或枝晶內(nèi),與基體無銹蝕邊界線,固溶1%～3%錫(圖15b)。少量顯微縮松。樣品面邊緣局部區(qū)域有細(xì)小再結(jié)晶等軸晶及孿晶(圖15c),枝晶偏析未消失,可能在變形后經(jīng)歷受熱,但加熱溫度較低或受熱時(shí)間短。石寨山12樣品取自土280鼓殘片,該鼓被從胸腰之際鋸成兩半作為葬具使用,局部組織變形及晶內(nèi)滑移帶推測為損壞造成。

圖15 石寨山型12鼓胸顯微組織

3 討 論

3.1 合金配比

古代銅器的合金配比,通常受礦料資源條件、冶鑄技術(shù)、器物功能等諸多因素影響。前人對銅鼓合金成分的分析,多側(cè)重于歸納各類型銅鼓合金配比的演變規(guī)律,進(jìn)而討論礦源特征、冶鑄技術(shù)變化、合金性能等相關(guān)問題[6-8]。

此次分析的15面鼓,西漢時(shí)期石寨山型鼓為錫青銅,銅含量較高;漢至唐時(shí)期,冷水沖型、靈山型、北流型鼓鉛錫較高且配比相對穩(wěn)定;明清時(shí)期麻江型鼓錫含量均高,鉛含量波動(dòng)較大。與前人總結(jié)的合金成分演變規(guī)律有相對應(yīng)之處,但亦存在一些需關(guān)注及進(jìn)一步探討的現(xiàn)象。

1) 石寨山型銅鼓。石寨山型鼓自戰(zhàn)國早期延續(xù)至東漢初期,主要分布于三個(gè)區(qū)域:滇東高原及鄰近的川南、黔西地區(qū);馱娘江-右江-郁江水系;禮社江-元江-紅河水系[9]。

石寨山型12鼓樣品采自西林土280鼓胸殘片(土280鼓現(xiàn)藏廣西壯族自治區(qū)博物館,鼓胸殘片于2007年隨一批銅鼓殘片撥交至廣西民族博物館)。土280鼓鼓身截面梯形,鼓足矮,幾何紋飾為三角鋸齒紋,屬石寨山系鼓。鼓胸船紋、鼓腰鹿紋及面徑尺寸則呈現(xiàn)地域特征:此類船體細(xì)長、船上設(shè)臺(tái),人物頭戴羽冠手執(zhí)羽仗似在舉行祭祀活動(dòng)的船紋,主要分布于滇東、桂西及越南北部[10];鹿紋罕見于石寨山系銅鼓及滇文化青銅器,但見于越南東山文化青銅器諸如玉縷Ⅰ號鼓、廟門Ⅰ號鼓鼓面及合明提筒、斧;面徑77.5 cm,屬石寨山型鼓中體型較大者。中國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的73面石寨山型銅鼓,面徑在10～86 cm之間,多為20～50 cm[11]。面徑大于65 cm的鼓5面,均出土于云南文山州廣南縣、廣西西林縣,胸飾船紋。廣南阿章鼓形制、尺寸、船紋樣式與土280鼓相似,合金成分亦為無鉛的銅錫合金,錫含量接近[12],反映出兩者在產(chǎn)地來源上的關(guān)聯(lián)性。據(jù)考證,廣南與西林一帶為古句町族活動(dòng)中心,土280鼓的出土墓葬被認(rèn)為與句町族首領(lǐng)有關(guān)[13]。出土廣南阿章鼓的臺(tái)地,考古勘探初步推斷為戰(zhàn)國至西漢時(shí)期句町王族墓地[14]。其余幾面鼓因公布資料有限,尚難以進(jìn)一步論述。但已可大致窺見句町活動(dòng)中心區(qū)域內(nèi),特定類型銅鼓的生產(chǎn)、分配、流通。

已公布的石寨山型銅鼓合金類型多樣(紅銅、錫青銅、鉛青銅、鉛錫青銅)[15],歸納分析時(shí)除了綜合的時(shí)代演變規(guī)律,還需考慮產(chǎn)地及流通地域差異。越南[16]及泰國[17]分別于城址、居住遺址出土具當(dāng)?shù)劂~鼓紋飾特征的鑄鼓陶范,呈現(xiàn)出不同地域黑格爾Ⅰ型銅鼓的分散生產(chǎn)模式。中國南方石寨山型銅鼓分布區(qū)內(nèi)未見鑄鼓陶范,可能與考古發(fā)現(xiàn)以墓葬為主、少見居址有關(guān)。

2) 冷水沖型、北流型、靈山型銅鼓。冷水沖型、北流型、靈山型銅鼓流行年代相當(dāng)(均興起于漢代,冷水沖型年代下限至南朝,北流型、靈山型至唐代),分布地域相鄰(冷水沖型主要分布于越南北部紅河下游地區(qū)、廣西邕江及左右江流域、潯江流域;北流型主要出土于廣西東南部、廣東西南部及海南;靈山型分布中心為六萬大山西側(cè)至郁江橫縣段兩岸)[1],多單鼓出土,少有伴出物作為斷代參考。這三類鼓均有體量大、器壁薄、鉛錫含量高的特點(diǎn),鼓高與鼓徑比值波動(dòng)較小[18],并普遍使用印模制紋,反映鑄造技術(shù)的發(fā)展成熟,并形成規(guī)范化生產(chǎn)模式。

規(guī)范化生產(chǎn)的器物,可從鑄造技術(shù)細(xì)節(jié)特征、紋飾印模對器物進(jìn)行分類,在形制、紋飾特征之外增加技術(shù)區(qū)分,探討銅鼓在傳播演化路線上技術(shù)細(xì)節(jié)的傳承及演變。日后循此思路進(jìn)一步開展工作,或?qū)⒂兄接懼T如冷水沖型銅鼓的分式及各式之間的演化聯(lián)系[19];部分兼具北流型及靈山型特征的鼓的屬類劃分[1]102-103;冷水沖型鼓與粵式鼓的關(guān)系[20]等存爭議或尚待深入探討的問題。

3) 麻江型銅鼓。麻江型銅鼓分布地域廣(云南、貴州、四川、重慶、廣西、廣東、湖南、海南及越南北部),存世數(shù)量多,現(xiàn)今依然為苗、瑤、壯、侗、布衣、水、黎、彝等族使用于節(jié)慶、婚喪嫁娶等場合。傳統(tǒng)銅鼓鑄造技術(shù)在清末已失傳,現(xiàn)代民間使用銅鼓主要為傳世品及20世紀(jì)90年代之后的仿鑄鼓。清末以前鑄造的銅鼓,年代上限為南宋末,部分鼓鑄有紀(jì)年、銘文、印章,可作為斷代參考[1]116-117。

前人據(jù)合金成分分析結(jié)果,認(rèn)為麻江型鼓多高錫低鉛,與銅鼓的社會(huì)功能演變有關(guān),麻江鼓更世俗化,注重實(shí)用音響功能,降低鉛含量可提高銅鼓音質(zhì)[12]。關(guān)于錫、鉛含量與銅合金響器聲學(xué)特性的關(guān)系,葉學(xué)賢等在曾侯乙編鐘的復(fù)制工作中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)錫含量顯著影響鐘的基頻,鉛則對鐘聲阻尼和衰減有明顯作用,含錫12%～16%、鉛<3%時(shí)鐘的綜合性能最佳[21]。

綜合前人的分析數(shù)據(jù)[6]250,[8]138-144,[12],麻江型鼓主要合金元素為銅、錫、鉛,并有鐵、鋅、砷、銻、硫、磷等雜質(zhì)元素,部分鼓鋅、鐵、砷含量超過2%。錫含量多集中在8%～16%范圍內(nèi),接近編鐘12%～16%的最佳錫含量范圍,表明工匠對于鑄造銅合金響器的適宜錫含量可能已有較為定式的認(rèn)識(shí)。鉛含量波動(dòng)較大、雜質(zhì)元素多樣,部分鼓中某些雜質(zhì)元素略高,可能是由于工匠獲取原料、成本等因素的影響。

已公布數(shù)據(jù)中,自春秋時(shí)期萬家壩鼓至明清麻江型鼓,8類鼓皆發(fā)現(xiàn)有含少量鋅、鐵現(xiàn)象,多低于2%,僅少數(shù)幾面靈山、西盟、麻江型鼓鋅高于2%,但均不超4.1%。通常認(rèn)為此兩元素為共生礦原料帶入合金的雜質(zhì)。據(jù)考證,中國在明嘉靖前后方煉得單質(zhì)金屬鋅[22]。西盟型、麻江型鼓年代范圍在宋至清代,部分明代之后的鼓,或許工匠已有意識(shí)加入鋅作為原料。然當(dāng)前已公布成分?jǐn)?shù)據(jù)的麻江型銅鼓僅幾十面,在存世超2 000面的麻江鼓中占比甚微。麻江型03、06鼓鋅、鐵含量均大于2%的現(xiàn)象,尚屬首見,是為工匠有意識(shí)加入,或?yàn)楂@取原料不純造成的偶然現(xiàn)象,因可參考材料有限,尚難展開討論。

據(jù)田野調(diào)查資料,明清時(shí)期還存在工匠流動(dòng)至各地村落鑄造的生產(chǎn)模式[23],部分原料可能在鑄造地附近就地取材。受到工匠技術(shù)、地域材料差異等因素影響,不同工坊、同一工坊不同時(shí)期的產(chǎn)品必然存在一定的差異。麻江型銅鼓已形成規(guī)范化生產(chǎn),紋飾制作為外范刻劃或模印,鼓形、尺寸趨于統(tǒng)一(面徑多在43～55 cm,高多在25～30 cm)[24],可能鼓形亦已有模制者。在一些具有技術(shù)傳承、使用模印紋飾或模制鼓形的銅鼓上,綜合分布地域、形制、尺寸、紋飾、成分、金相、鑄造工藝細(xì)節(jié)特征等因素進(jìn)行分析,或可歸納出產(chǎn)自同一家族工坊或者某一時(shí)期內(nèi)同一批工匠制作的器物。

3.2 縮松

有觀點(diǎn)認(rèn)為,古代青銅器鑄造中加入一定量的鉛可以提高銅液流動(dòng)性、增加流滿率,減少鑄造缺陷及枝晶間的顯微縮孔[5]71。此次分析結(jié)果則顯示,不同鉛含量的麻江型鼓均有較多縮松,尺寸及數(shù)量與壁厚變化呈正相關(guān),隨著厚度增加而增大、增多;鉛含量高且壁厚薄的北流型、靈山型、冷水沖型鼓僅見少量小縮松;無鉛的石寨山型鼓少量顯微縮松位于樣品面中部。羅泊灣漢墓出土的M1:11石寨山型鼓,亦為無鉛錫青銅,顯微組織與石寨山型12鼓相似,少缺陷、鑄造質(zhì)量佳[5]30。因而,鉛的加入,并不能必然減少顯微鑄造缺陷,還需考慮次要合金元素及雜質(zhì)元素、合金結(jié)晶溫度范圍、壁厚、鑄型材料、鑄型預(yù)熱及保溫溫度、冷卻速度、澆口澆道及冒口設(shè)置、澆注方式等諸多因素影響[25]。

3.3 夾雜物、鉛顆粒、自由銅

1) 15面銅鼓均含有灰藍(lán)色硫化物夾雜,分布于枝晶間隙或與鉛顆粒、自由銅等共生。部分硫化物夾雜含鐵,夾雜物顏色隨鐵含量增加而加深。硫化物夾雜普遍見于云南、廣西及廣東出土的銅鼓中,可能是使用了硫化銅礦為原料[26]。

麻江型03、06鼓鐵含量達(dá)2%～3.8%,含鋅2.8%～3.3%。鐵、鋅多分布于夾雜物中,少量固溶于基體。鐵主要與磷結(jié)合形成富鐵相夾雜。在現(xiàn)代鑄造中,含鐵銅合金加入磷能有效進(jìn)行脫氧,同時(shí)添加鋅可提高材料強(qiáng)度、穩(wěn)定合金性能。鐵、磷結(jié)合形成的Fe2P或Fe3P從基體中析出,可凈化銅基體,使晶粒細(xì)化、阻止再結(jié)晶發(fā)生。鋅可減輕錫青銅晶內(nèi)偏析程度[25]41,153-154。此兩面鼓的金相組織,相應(yīng)顯示出晶粒相對細(xì)小、晶內(nèi)偏析不明顯的特征。

此外,部分銅鼓夾雜物還含有硒、銻、砷、銀等元素,可能來自冶煉銅礦、錫礦、鉛礦時(shí)混入的共生礦[27]。反映出不同類型、地域銅鼓使用礦料及冶煉技術(shù)的多樣性。

2) 鉛顆粒在枝晶間隙不規(guī)則狀、小麻點(diǎn)狀分布或呈圓、橢圓的球形大顆粒分布,球形大鉛顆粒僅見于冷水沖型、北流型鼓。存在鉛的比重偏析現(xiàn)象,麻江型04、06、07鼓面、腰、足不同部位鉛含量有差異。北流型09鼓胸樣品,在同一樣品面上(α+δ)共析體與大鉛顆粒、富鐵夾雜物分別分布于兩側(cè)。

3) 麻江型05鼓足、北流型08鼓足、北流型15鼓腰、冷水沖型13鼓足、石寨山型12鼓胸發(fā)現(xiàn)有自由銅顆粒,電鏡能譜成分為純銅,金相顯微鏡下呈銅紅色,浸蝕后周邊形成黑色晶界線,未浸蝕狀態(tài)下部分自由銅顆粒的局部與周邊基體無銹蝕邊界線。

石寨山型12鼓胸樣品中有分布于枝晶中及銹蝕共析體周邊的銅紅色區(qū)域,北流型08鼓足少量彌散分布于枝晶中的銅紅色小顆粒,浸蝕前后與基體均未見明顯分界,電鏡能譜分析顯示為含少量錫的銅錫固溶體。

北流型08鼓足、北流型09鼓足、冷水沖型10鼓足、冷水沖型14鼓足在未浸蝕狀態(tài)下有不規(guī)則形銅紅色夾雜物,電鏡能譜分析含銅、鉛元素,浸蝕后銅紅色消失,呈現(xiàn)鉛顆?；液谏?。銅、鉛不固溶,此類現(xiàn)象可能是因?yàn)樯倭孔杂摄~與鉛共生,電鏡分析后再次磨光并進(jìn)行浸蝕過程中,自由銅損耗僅留下鉛顆粒。

Scott認(rèn)為,自由銅是青銅(α+δ)共析體優(yōu)先腐蝕的產(chǎn)物[28]。沉積的銹蝕產(chǎn)物赤銅礦(Cu2O),在保存環(huán)境的緩慢變化中,轉(zhuǎn)化為自由銅[5]152-161。麻江型05鼓足、北流型15鼓腰、冷水沖型13鼓足與自由銅共生或獨(dú)立分布的Cu2O顆粒,以及上述部分銅鼓組織中的銅紅色銅錫固溶區(qū)、富銅顆粒,推斷與自由銅形成過程有關(guān)。

4 結(jié) 論

本研究對廣西民族博物館藏15面銅鼓進(jìn)行合金成分和顯微組織分析,并結(jié)合前人相關(guān)研究成果展開討論,結(jié)論如下。

1) 在合金成分上,石寨山型12(土280)鼓完全無鉛的銅錫合金配比、面徑尺寸大、兼具滇系及東山系紋飾等特點(diǎn),可能為特定時(shí)代古句町活動(dòng)中心區(qū)域內(nèi)高等級墓葬銅鼓特征。北流型、靈山型、冷水沖型三類大型薄壁鼓鉛錫配比較為接近,鼓高與鼓徑比值波動(dòng)小,且使用印紋模,反映鑄造技術(shù)發(fā)展成熟并形成規(guī)范化生產(chǎn),或可通過劃分此三類鼓的技術(shù)細(xì)節(jié)序列,探討技術(shù)傳承及演變。麻江型銅鼓錫含量多與銅響器較佳聲學(xué)性能錫含量接近,表明工匠對于錫含量可能已形成定式認(rèn)識(shí);鉛含量波動(dòng)較大,可能與生產(chǎn)模式礦料來源多渠道有關(guān)。

對比前人公布的銅鼓成分?jǐn)?shù)據(jù),銅鼓合金成分變化有一定的時(shí)代、地域演變規(guī)律,但同類型鼓內(nèi)亦有差異。在討論銅鼓鑄造技術(shù)時(shí),需在共性規(guī)律之外關(guān)注這種差異現(xiàn)象,探討這些因素所反映的技術(shù)特征及產(chǎn)地信息。

2) 在顯微組織上,石寨山型12(土280)鼓局部有滑移帶及受熱再結(jié)晶組織;麻江型03、06鼓局部見滑移帶,可能因器物損壞形成;其余鼓為鑄態(tài)組織。夾雜物以硫化物夾雜為主,部分硫化物夾雜含鐵,鐵含量較高器物內(nèi)存在富鐵相夾雜,部分夾雜物含微量硒、銻、砷、銀等元素,可能使用了硫化銅礦作為原料,并在冶煉銅礦、錫礦、鉛礦時(shí)混入共生礦。

3) 麻江型銅鼓均有較多縮松集中于截面中部,并隨壁厚增厚而增多、增大,鉛含量較高的鼓亦不例外;北流型、靈山型、冷水沖型銅鼓零星分散小縮松;不含鉛的石寨山型銅鼓組織較為致密。不同于前人關(guān)于加入鉛可減少顯微縮孔的觀點(diǎn),需更多考慮不同類型鼓鑄型制作、澆注系統(tǒng)、澆注工序、鑄范冷卻速度、原料雜質(zhì)元素、合金結(jié)晶溫度范圍、壁厚等差異因素對鑄造質(zhì)量的影響。

4) 5面銅鼓內(nèi)發(fā)現(xiàn)有自由銅顆粒,部分自由銅顆粒浸蝕前與基體無銹蝕分界線。部分樣品基體內(nèi)的Cu2O顆粒、銅紅色銅錫固溶區(qū)及富銅顆粒,可能為自由銅形成過程中的產(chǎn)物。