淺談鐵質(zhì)文物的腐蝕與防護(hù)技術(shù)

摘要：我國的鐵器文明博大精深，在我國的社會文明發(fā)展過程中，有著舉足輕重的作用。經(jīng)考古研究發(fā)現(xiàn)，大部分的鐵質(zhì)文物都含有部分氯化物，該氯化物作為一種電解質(zhì)，一旦遇到空氣就會立即與空氣中的介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鐵質(zhì)文物受到嚴(yán)重的損害。本文從鐵質(zhì)文物的腐蝕機(jī)理、鐵質(zhì)文物的腐蝕影響因素以及鐵質(zhì)文物腐蝕的防護(hù)處理技術(shù)出發(fā)，探討鐵質(zhì)文物的保護(hù)方法，以期為鐵質(zhì)文物的防腐蝕及保護(hù)工作提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鐵質(zhì)文物;防護(hù)技術(shù);腐蝕機(jī)理;影響因素

中圖分類號：TG178????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

從考古學(xué)的發(fā)展來看，在青銅器之后出現(xiàn)的很多的鐵器都是鐵和碳的合金，這標(biāo)致著人類社會又出現(xiàn)了一次質(zhì)的飛躍。鐵器最早被大多數(shù)中國人使用，比如商代就開始使用鐵援銅戈，鐵器在促進(jìn)社會的生產(chǎn)力方面做了重要的貢獻(xiàn)，起到了及其重要的推動(dòng)作用，從挖掘的眾多文物中，鐵質(zhì)文物為研究其他古代社會提供了非?？煽考爸匾膶?shí)物資料。鐵質(zhì)文物的主要成分是鐵，鐵的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，放在空氣中更容易被腐蝕。很多的鐵質(zhì)文物被埋在地下的時(shí)間很長，當(dāng)被挖掘出來時(shí)已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕，而且有些文物由于周圍環(huán)境的惡劣變化，當(dāng)被挖出來很短的時(shí)間內(nèi)鐵質(zhì)文物就會變得面目全非。導(dǎo)致文物受損程度很大，所以必須研究出科學(xué)合理的鐵質(zhì)文物保護(hù)方案。

傳統(tǒng)的鐵質(zhì)文物保護(hù)程序一般是首先進(jìn)行鐵質(zhì)文物的清潔，然后對鐵質(zhì)文物的表面進(jìn)行清理，接下來進(jìn)行脫鹽處理，最后進(jìn)行鐵質(zhì)文物的干燥以及粘結(jié)加固。為了提高鐵質(zhì)文物的耐腐蝕性，現(xiàn)代提出的鐵質(zhì)文物的保護(hù)方法最好是對其加一層防護(hù)層。由于古代冶煉鐵質(zhì)物品的技術(shù)不發(fā)達(dá)，在冶煉鐵的過程中，鐵器本身內(nèi)部就含有很多的不均勻雜質(zhì)，整個(gè)鐵質(zhì)文物的穩(wěn)定性十分差，經(jīng)過歷史的變遷以及周圍環(huán)境的影響，導(dǎo)致鐵質(zhì)文物更加容易受到腐蝕，為了保護(hù)鐵質(zhì)文物的整體完整性，采取必要的防腐措施顯得尤為重要，因此未來研究鐵質(zhì)文物的防腐機(jī)理以及防腐措施對文物的整體完好保護(hù)具有十分重要的意義，也是未來鐵質(zhì)文物保護(hù)的發(fā)展方向。

1鐵質(zhì)文物的腐蝕機(jī)理

我國古代的鐵質(zhì)文物種類繁多，造型十分獨(dú)特，而且很多文物上面都有很美的修飾方案，同時(shí)圖案上還帶有優(yōu)美的銘文圖案，具有很高的藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值。被挖掘出的鐵質(zhì)文物歷史悠久，由于周圍復(fù)雜的環(huán)境影響，導(dǎo)致鐵質(zhì)文物的受損十分嚴(yán)重。而挖掘出的鐵質(zhì)文物受到周圍環(huán)境的影響，會受到腐蝕，鐵質(zhì)文物的腐蝕對鐵質(zhì)文物的完整性及價(jià)值產(chǎn)生了重要影響。鐵與空氣中的水和空氣發(fā)生反應(yīng)，生成了氯化鐵或者三氯化鐵。鐵質(zhì)文物的腐蝕是在鐵質(zhì)文物的表面產(chǎn)生一些鮮艷的綠色狀銹，鐵銹的整體結(jié)構(gòu)比較疏松，特別容易吸收空氣中的水分，一旦產(chǎn)生鐵銹，整體鐵質(zhì)文物吸收空氣中水的能力就越來越強(qiáng)，其腐蝕的速度就會加快，其面積越來越大，最后造成整個(gè)鐵質(zhì)文物的瓦解，更為嚴(yán)重的是鐵質(zhì)文物的銹斑會沾染給其他的鐵質(zhì)文物^[1]。

2鐵質(zhì)文物的腐蝕影響因素

鐵質(zhì)文物的機(jī)理了解后，分析鐵質(zhì)文物的腐蝕影響因素更加有助于保護(hù)鐵質(zhì)文物的完整性。鐵質(zhì)文物的腐蝕影響因素有內(nèi)因和外因兩種。從化學(xué)周期表中可以看到，鐵的化學(xué)位置在銅的前面，其化學(xué)性質(zhì)比銅要活潑，所以在實(shí)際的文物保護(hù)工作中，鐵質(zhì)文物的保護(hù)要比銅質(zhì)文物難得多。古代獲得鐵是靠高溫熔煉鐵礦石，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，熔煉得到的鐵本身就處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，很容易受周圍環(huán)境比如水、氧氣、鹽等外界因素的影響，使鐵質(zhì)文物產(chǎn)生礦化，即鐵質(zhì)文物會產(chǎn)生生銹的現(xiàn)象，也就是文物工作者常說的金屬腐蝕現(xiàn)象。鐵質(zhì)文物被挖掘前，土壤中的土壤的透氣性、土壤的酸堿程度以及土壤中含有的有機(jī)物質(zhì)都會對鐵質(zhì)文物的腐蝕性產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)文物工作者的多年經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，鐵質(zhì)文物腐蝕的原因主要有以下三點(diǎn)：首先鐵質(zhì)文物本身的金相結(jié)構(gòu)存在差異，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很強(qiáng)的電化學(xué)腐蝕，這是造成鐵質(zhì)文物腐蝕的最主要的內(nèi)因;其次，土壤的透氣性也會影響鐵質(zhì)文物腐蝕性能;最后，鐵質(zhì)文物受到周圍環(huán)境的影響，在潮濕的環(huán)境中鐵質(zhì)文物中的Fe-C極易形成一種原電池，同時(shí)該種條件下也很容易形成吸氧腐蝕。整個(gè)鐵質(zhì)文物的反應(yīng)方程式如下：

3鐵質(zhì)文物腐蝕的防護(hù)處理技術(shù)

3.1分析檢測

按照鐵質(zhì)文物有效的保護(hù)原則，必須盡可能最小地干預(yù)文物并且保持文物的原狀。在進(jìn)行鐵質(zhì)文物的防腐蝕處理過程前，需要登記文物的相關(guān)信息，做好修復(fù)前后照片的對比。在進(jìn)行檢測時(shí)首先需要做好腐蝕鐵質(zhì)文物的表面腐蝕物的分析檢測，采用X射線衍射儀進(jìn)行全方位的對鐵質(zhì)文物進(jìn)行檢查，對不同文物材料進(jìn)行相關(guān)定性的分析。以某館藏的4件鐵質(zhì)文物為研究對象，對其進(jìn)行檢測分析，其檢測的結(jié)果如表1所示。從圖中的數(shù)據(jù)可以看出，四件鐵質(zhì)文物的都存在一些銹斑，銹腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重^[2]。

石英17%，斜長石15%，微斜長石35%，副氯銅礦15%，氯銅礦11%，氯鉛礦7%。

戰(zhàn)國長葉形圓骹單系

石英49%，斜長石19%，微斜長石3%，云母14%，綠泥石3%，綠銅鉀石12%。

戰(zhàn)國長葉刃鴨嘴形骹雙系

石英43%，斜長石22%，微斜長石4%，云母3%，綠泥石5%，纖鐵礦7%，白云石11%，方解石6%。

戰(zhàn)國五牛蓋

石英60%，斜長石21%，微斜長石11%，云母3%，綠泥石5%。

3.2鐵質(zhì)文物腐蝕防護(hù)處理技術(shù)

（1）機(jī)械除銹。采用錘子、刻刀及鑿子等工具剔除鐵質(zhì)文物表面的銹層，接下來就是利用空氣壓縮機(jī)中的空氣壓力將金剛砂噴注到鐵質(zhì)文物的表面的銹層上，這樣可以方便于除去表面的各種銹，最后利用超聲波振動(dòng)儀也可以去除掉鐵質(zhì)文物表面的有害銹。機(jī)械除銹的缺點(diǎn)就是僅僅可以利用機(jī)械方法去除鐵質(zhì)文物表面上的一些銹，對于鐵質(zhì)文物深層鐵銹物質(zhì)將很難去除掉，并且由于機(jī)械除銹的工藝很難掌握，很容易造成對鐵質(zhì)文物的損壞。（2）化學(xué)除銹。鐵質(zhì)文物上的銹斑在實(shí)際的去除過程中，應(yīng)用比較多的還是化學(xué)除銹法。一般化學(xué)除銹法主要包括氧化銀局部封閉法、離子交換樹脂法、已腈法、草酸混合溶液法、過氧化氫法、鋅粉封閉置換法、局部電蝕法。氧化銀局部封閉法一般是先采用機(jī)械除銹的方法將鐵質(zhì)文物表面的腐蝕銹斑給清除掉，然后將純乙醇調(diào)制的濃度較高的氧化銀填充在鐵質(zhì)文物上面的腐蝕銹斑位置，使為被機(jī)械除銹剔除干凈的氯化亞銅與糊在上面的氧化銀充分接觸，從而阻止空氣及原來鐵質(zhì)文物中的氯離子的作用，防止整個(gè)鐵質(zhì)文物進(jìn)一步被腐蝕，從而提高整個(gè)鐵質(zhì)文物的穩(wěn)定性。離子交換樹脂法就是將被腐蝕的鐵質(zhì)文物放在離子水中反復(fù)浸泡，離子交換樹脂法中所采用的離子液中沒有包含有氯離子，整個(gè)除銹的過程比較快速，同時(shí)在整個(gè)除銹的過程中樹脂可以再生，整個(gè)過程成本很低，該種除銹方法在處理小件文物的銹斑時(shí)比較受歡迎。倍半碳酸鈉浸泡法是指用半碳酸長時(shí)間浸泡整個(gè)鐵質(zhì)文物的銹斑部位，直到整個(gè)鐵質(zhì)文物表面的銹斑為綠色為止。使半碳酸溶液中的半碳酸根離子置換出銹斑中的氯離子，該種方法除銹的時(shí)間比較長，一般需要兩年左右，且在處理的過程中整個(gè)鐵質(zhì)文物會周圍環(huán)境的影響而受到腐蝕，所以該種方法在實(shí)際的除銹應(yīng)用過程中應(yīng)用較少。已腈法就是采用濃度為5%的已腈水溶液去除掉腐蝕物中物質(zhì)。該種方法比倍半碳酸鈉溶液和離子交換樹脂法能夠更快地去除掉鐵質(zhì)文物內(nèi)部的氯離子。但是由于該種方法使鐵質(zhì)文物浸泡在溶液中的時(shí)間過長，會使整個(gè)鐵質(zhì)文物變色。同時(shí)已腈蒸汽中含有中等成分的毒性，對于鐵質(zhì)文物完整性產(chǎn)生一定破壞作用。草酸混合溶液法是利用草酸本身就是一種弱酸，能夠清除鐵質(zhì)文物中的有害物質(zhì)，去除掉整個(gè)鐵質(zhì)文物中腐蝕部分的氯離子。但是由于草酸本身就是一種弱酸，對鐵質(zhì)文物會產(chǎn)生腐蝕作用，所以在用草酸去除其鐵質(zhì)文物表面的銹斑時(shí)需要在草酸里面加入硫脲作制劑，加入硫脲的作用就是調(diào)節(jié)草酸對鐵質(zhì)文物銹斑的配合作用，同時(shí)硫脲也可以與鐵質(zhì)文物混合使氯離子釋放出來，可以有效方便地去除掉鐵質(zhì)文物表面的銹斑。過氧化氫除銹法就是將過氧化氫作為一種氧化劑，將鐵質(zhì)文物中的氯離子去除掉，所以過氧化氫溶液具體的濃度需要根據(jù)整個(gè)銹蝕文物的腐蝕程度。溶液中多余的過氧化氫可以通過加熱的方法將其全部去除掉，對整個(gè)鐵質(zhì)文物不會產(chǎn)生影響。過氧化氫除銹法整個(gè)過程比較簡單，處理的時(shí)間較短，并且該種方法能夠把氯離子去除的比較徹底，在實(shí)際的除銹的過程中，該種方法應(yīng)用比較多。鋅粉封閉置換法就是利用鋅粉將鐵質(zhì)文物中的氯離子置換出來，然后再鐵質(zhì)文物的表面生成一層牢固和穩(wěn)定的氧化鋅保護(hù)膜，使空氣中的水分很難滲透到整個(gè)鐵質(zhì)文物中，起到一個(gè)屏障的作用。局部電蝕法適用于鐵質(zhì)文物表面具有嚴(yán)重銹蝕的鐵質(zhì)文物，但是由于電蝕筆頭無法接觸到整個(gè)銹層底下及夾縫中的有害物質(zhì)，導(dǎo)致該種方法在除銹的過程中受到一定的局限性。（3）緩蝕，封護(hù)材料的應(yīng)用。在實(shí)際的鐵質(zhì)文物表面除銹過程中，可以將苯并三氮唑處理鐵質(zhì)文物表面的銹斑，經(jīng)過苯并三氮唑處理過后的鐵質(zhì)文物表面會形成一種絡(luò)合保護(hù)膜，這層絡(luò)合保護(hù)膜會緊密地覆蓋在鐵質(zhì)文物的表面，且該種保護(hù)膜不溶于水和大多數(shù)的有機(jī)溶劑，會進(jìn)一步的阻止鐵質(zhì)文物的進(jìn)一步腐蝕。緩蝕封護(hù)除銹的優(yōu)點(diǎn)就是在處理文物的過程中能夠保證文物的顏色基本保持不變，但是苯并三氮唑處理過程中不能夠有效地去除掉有害銹以及整個(gè)鐵質(zhì)文物中的氯離子，只是將整個(gè)鐵質(zhì)文物封護(hù)起來，而鐵質(zhì)文物中殘留的有害銹及氯離子對整個(gè)鐵質(zhì)文物是有害的，會進(jìn)一步地破壞覆蓋層，使整個(gè)鐵質(zhì)文物進(jìn)一步受到腐蝕，所以在實(shí)際采用苯并三氮唑處理鐵質(zhì)文物表面的時(shí)間不宜過長^[3]。

4 結(jié)語

整個(gè)社會的進(jìn)步需要依靠科學(xué)技術(shù)，文物保護(hù)同樣需要科學(xué)技術(shù)的支持。反過來，我們愈加注重文物保護(hù)的需求也會促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。建立科學(xué)的文物保護(hù)制度，需要廣大文物工作者和全社會的共同努力，將我國燦爛的文物文明世世代代傳承下去。

參考文獻(xiàn)

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[3] 傅英毅，范敏，廉衛(wèi)珍，等.鐵質(zhì)文物防腐工藝初步研究[J].廣東化工，2017（18）：69-70.

收稿日期：2019-07-12

作者簡介：陳志芬（1965—），女，河北滄州人，本科，畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)，研究方向：金屬文物的保護(hù)修復(fù)。