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铁器是继青铜器之后出现的，又一类极具历史标志性的器物。在我国，铁器最早出现于商代。但那时的铁质器物均是利用陨铁为原料制得的。真正出现人工炼铁的还是在西周时期(虢国墓“玉柄铁剑”)。春秋时期冶炼技术飞速进步。至迟在春秋晚期，工匠们已开始在较低温度下(约800～1000℃)用木炭还原铁矿石以得到单质铁，这就是最早的块炼铁。这之后岩铁技术又经历了战国初期的白口铁、可锻铸铁，战国中晚期的麻口铁、块炼钢，西汉中期的灰口铁、百炼钢，东汉的炒钢、铸铁脱碳钢，最后到南北朝的灌钢等一系列变革。但无论冶炼技术如何改变，它们的本质都是用碳还原铁矿石以得到单质铁。不同时代引入碳量的不同，决定了我国古代铁器结构的不同。 纵观我国古代的各类铁器，其结构大致可分为三种：其一，只含铁素体，即含碳量很低的铁碳固溶体，如最早的块炼铁；其二，由铁素体和渗碳体(FeC3)组成。这种铁器的耐蚀能力较好，因为渗碳体多分布于器表而渗碳体的耐蚀力又比较强。如战国初期的白口铁；其三，由铁素体和游离的碳组成(有时也含有少量的渗碳体)。如战国早期的可锻铸铁及西汉中期的灰口铁等。但无论是抗蚀力较好的白口铁还是抗蚀力较差的可锻铸铁，在历经了上千年的漫长岁月后，都不可避免地会受到不同程度的腐蚀，有些甚至已经濒临毁灭。阻止这些珍贵历史遗物的进一步毁坏，是我们文物保护工作者一项艰巨的任务。在决定用什么方法去做之前，先让我们来了解一下它的腐蚀机理。 铁器的腐蚀按介质不同主要分为三种——土壤腐蚀、大气腐蚀及海水腐蚀。其中，土壤腐蚀是铁器出土前的主要腐蚀方式。当铁器埋藏于地下时，铁直接与土壤、水份接触，发生如下电化学反应： 阳极：Fe → Fe2++ 2e 阴极： O2 + H2O + 2e → 2OH- 或 2H ++ 2e →H2(PH＜4的土壤) 铁器被逐渐腐蚀掉。但铁在土中的腐蚀决不是仅此一种形式，还有一种很重要的形式就是细菌的作用。其中在含氧环境下，铁器上会出现一种好氧菌——铁细菌，这种细菌会氧化水中溶解的和金属微电池腐蚀出来的亚铁为高铁化合物。高铁化合物覆盖了部分金属表面造成氧浓度的梯度，形成氧差电池。高铁化合物沉积覆盖下的缺氧区为腐蚀电池的阳极区(金属溶解区)，其表面周围氧浓度高的部分为阴极区(电子传递处)。如此腐蚀，最终形成一个个大的锈瘤。这就是我们所常说的铁器的发泡锈。发泡锈是铁器锈蚀中最具破坏性的一种，它会导致铁器严重酥粉、变形，完全失去原本的形态，特别是对有花纹或铭文的铁器，发泡会导致花纹或铭文完全消失，器物失去其原有的艺术价值。除此之外，还有一类厌氧菌——硫酸盐还原菌。它广泛存在于PH值在6-9之间的土壤、淡水、淤泥中。当铁器埋藏于地下，它在无氧的环境下会分解含硫的有机物生成H2S，它还可以把自然界中的硫酸盐还原成硫化物，这种硫化物会与铁器反应，最终生成黑色的FeS，逐渐把铁器残蚀掉。但若在硫酸盐还原菌作用前，铁器表面非常光滑，则硫酸盐还原菌将在铁器表面形成一个FeS的黑色锈蚀层。这种锈层在无氧或缺氧的长期地下作用后，晶格会重新排列，形成一层致密的、稳定的黑色保护膜，反而保护了铁器，阻止了其进一步的锈蚀。 大气腐蚀主要是对出土后陈列或者库藏的铁器发生的。当相对湿度＜60%时，以化学反应为主，电化学反应几乎不发生，大气腐蚀速度最慢，当相对湿度在65%以上时，电化学反应与化学反应共同作用，大气腐蚀速度将产生一个高峰，而当相对湿度接近100%时，空气中的水气将在铁器表面形成一层厚度＞1μ的水膜，该水膜的形成有效地阻止了氧气的扩散，使腐蚀以纯电化学腐蚀的方式进行，而使大气腐蚀速度将界于前二者之间。由此可见，要控制大气腐蚀只要控制博物馆环境即可。 海水腐蚀一般在田野考古及博物馆陈列中很少发生。但却是水下考古中文物出水前的主要腐蚀方式。 经过对铁器腐蚀的研究可以看出，铁器是很容易腐蚀的。特别是刚刚出土的铁器，若没有立即得到一定的保护处理，它将会很快的进一步腐蚀生锈。因此，文物的现场保护越来越受到文物保护工作者的重视。下来，就谈一谈铁器的现场保护。对于刚刚出土的铁器，首先应立即对其进行强制性干燥，使铁器本身完全失水。理论上应采取恒温干燥箱在105℃条件下干燥2小时。或用紫外灯控温在105℃干燥。(若铁器上有木纤维等附着物时，应将温度适当降低，控制在40℃～60℃缓缓干燥)。但在实际工作中一般无法如此操作。应根据实际情况选择合适的干燥法。如在天气较好的日子，可将铁器直接置于阳光下曝晒，以达到强制干燥之效果。强制干燥以后，铁器基本处于稳定，然后就可以根据实际情况对器物做进一步处理了。 若铁器本体保存较完好，只在表面有部分锈蚀，则可立即采取清洗、去氯、除锈。一般情况下，氯离子用倍半碳酸钠的溶液浸泡，每隔三十天换一次溶液即可。至于除锈，现在应用较为广泛的是磷酸浸泡法。它是现今应用的最方便、快捷、有效、经济的一种去锈方法。磷酸只与铁质文物表面的氢氧化物、疏松的含水氧化铁以及土锈等杂质反应，而对高价铁锈几乎不发生作用。因此，铁的高价氧化物被还原的程度小，文物的古铁锈层不会受到破坏，处理后的铁器外观不失古雅之色。而且磷酸还可直接与铁作用，生成致密的Fe2(PO4)3，对铁器起保护作用。一般使用20%的磷酸溶液进行处理。但应注意的是，磷酸有毒且为酸性，故在处理结束后应将器物浸入Na2CO3或NaHCO3溶液中以中合磷酸。还可以用醋酸溶液浸泡除锈的方法，即用10%浓度的醋酸浸泡器物。但该法的速度较磷酸慢且无法形成Fe2(PO4)3的保护膜。优点是该法对操作人绝对安全，醋酸无毒。处理后浸器于Na2CO3溶液以中和酸性即可。 若铁器本体已完全消失或本体已无原本的形状。则应对铁锈进行保留，不可进行去锈处理。应只做一些表面泥污的去除工作即可。 经过上述步骤后，无论是保存较好的还是锈蚀严重的铁器，紧接着面临的就是加固、封护。现今实用中，较好的铁器封护材料是有机硅类物质。它可以有效地将铁器与外界隔离开，阻止铁器的进一步锈蚀。特别是对于防止水份的进入有较好的功效。该法的缺点就是有机硅价格十分昂贵，且处理后器物表面颜色略有加深。当然，还有一种方便、经济、实用的方法，即用微晶石蜡对铁器进行涂刷。具体方法是将微晶石蜡加热溶化后，把器物浸入，待不再冒气泡后，取出器物，或用毛笔将融溶的微晶石蜡直接涂刷于适当加热后的铁器表面。最后用带石墨粉的硬毛刷反复刷铁器表面以消炫光。这种方法最大的好处就是其可逆性在现有的所有封护剂中最好，而且石蜡非常便宜。但用它处理过的铁器，表面会出现较为明显的颜色加深。我们就曾用该法做过一批宋代的铁钱。结果，铁钱表面颜色明显加深，失去原有光泽，处理后的铁钱略有失真。另一类实践中经常使用的方法是用聚丙烯酸酯乳液对文物进行加固。其具体作法是：先用器表擦上七、八层吸水性很强的滤纸(防炫光)，而后用30%的聚丙烯酸酯乳液或浸渗或喷淋或涂刷。处理完后将铁器于干燥环境中放置2～3天，待聚丙烯酸酯乳液固化后，用小刀切开并剥去外层裱纸即可。 我们前一阵就实际处理了一柄秦代的铁剑。该剑通长104.5厘米。剑头部残损，后人于其上作伪，在断面上粘接了一段长6厘米的伪剑头。剑柄长18.5厘米，剑格为青铜所制，已被铁锈覆盖，宽5.2厘米，有嵌金，剑身宽2.6(最窄处)～4厘米(最宽处)。剑厚1.0(最薄处)～1.7厘米(最厚处)，剑身包裹了一层已糟朽的木质剑鞘，该剑整体保存较完好，剑形保存较好，但剑身已完全锈蚀，几乎无本体存在。对于该剑就已无法进行除锈处理了。我们采用的方法是在用电热吹风强制干燥后，在显微镜下，以乙醇为松土剂，用钢针清除剑身上的泥污及青铜剑格上的铁锈。在清除的过程中，我们发现剑身上有一块特别细致的布纹痕迹，于是，立即用502快干胶进行了布纹的局部加固。当铁剑清理干净后，就应立即进行加固封护。在进行加固封护前应再对铁剑进行一次强制干燥，由于我们无法找到一长104.5厘米的恒温干燥箱，故我们用电热吹风代替，对铁器实行热微风干燥。处理完毕后，我们采用2.5%的有机硅丙酮溶液涂刷处理。在铁器上，我们先后将其涂刷了四次(有机硅的累积浓度达10%时，它的聚合效果最好)。后一次涂刷在前一次的溶液将干而未干时进行。最后，将其放置24小时，以水珠浸渗检测其聚合情况。若水珠无下渗，则证明聚合情况较好。 另外，若铁器有所破裂或残缺则在入库或陈列前，还应进行一些粘接、补配工作。铁器的粘接一般用一些502胶、环氧树脂等即可。值得一提的是，有一些技艺较好的修复专家把焊接引入了铁器粘接中，效果不错。至于对残缺部分的修复，笔者们一向并不赞成。对一件已缺损的文物，无论进行何种修复，无论再好的修复技术，也会给文物本身引入一种个人的信息。这种信息的引入会直接影响文物原有的历史信息，抑制后来人想象力的发挥，这种作法不是保护而是破坏文物。试想给西方的维娜斯加上双臂，还会有现有之价值吗? 经历了以上种种环节之后，一件铁器的保护看似已经结束。实则不然，文物保护是一项长期、持久的工作。若对文物只进行以上一些工作而不顾其保存环境。文物必将再次走向腐蚀。故而，文物库房及博物馆环境的控制在文物保护过程中起着相当重要的作用。而在实际工作中，我们所真正做到的也恰恰是控制环境。铁器的保存环境应在温度：14～20℃，相对湿度＜50%，最好在20%～30%之间。若条件允许，最好在铁器陈列时采取密封充N2等技术。 我国有着五千年的文明史，无数的文化瑰宝现今都面临或即将面临毁灭。所以，文物保护任重而道远。 参考文献： ［1］王丽琴：《无机质文物保护》 ［2］马淑琴：《文物霉害的防治》，科学出版社，1997 ［3］宋迪生：《文物与化学》，四川教育出版社，1992 (作者单位：西北大学文博学院) (责任编辑：admin) |