遼寧省博物館館藏鐵錛文物的科學(xué)保護(hù)與修復(fù)

摘要：通過掃描電子顯微鏡及能譜分析儀（SEM—EDS）、激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀（LIBS）、二維X射線探傷等測試手段，對遼寧省博物館館藏的一件鐵錛文物進(jìn)行了詳細(xì)的科技分析。在全面病害調(diào)查和評估的基礎(chǔ)上，經(jīng)過充分的論證，制定出鐵錛文物的保護(hù)修復(fù)技術(shù)路線，遵循最小干預(yù)原則，通過清洗、脫鹽、緩蝕、封護(hù)等修復(fù)措施，恢復(fù)文物強(qiáng)度，滿足展覽需求，使之能夠長期保存下去。

關(guān)鍵詞：遼寧省博物館；鐵錛；保護(hù)修復(fù)

遼寧省博物館藏有一件高句麗時期的鐵錛（圖1），吉林集安十七號墓發(fā)掘出土，1952年入藏，現(xiàn)存于該館考古庫房，文物級別為三級，文物分類號為考160。鐵錛長10.9厘米，刃寬6厘米，褲寬4厘米，重214克。其褲部有腐朽木質(zhì)殘留物，銹蝕嚴(yán)重。2021年4月，遼寧省博物館館藏高句麗金屬文物保護(hù)修復(fù)項目啟動，因該件鐵錛文物是高句麗時期生產(chǎn)工具的典型代表且保存狀況堪憂，因此入選項目保護(hù)修復(fù)清單。鐵錛從庫房提取到文物保護(hù)部門后，完成基本信息采集，進(jìn)行詳細(xì)的病害評估和科技分析檢測，編制保護(hù)修復(fù)方案，方案通過專家評審后，正式開展鐵錛文物的科學(xué)保護(hù)修復(fù)工作。

一、鐵錛病害調(diào)查

根據(jù)鐵質(zhì)文物保護(hù)修復(fù)流程和操作規(guī)范，在對鐵錛文物本體保護(hù)修復(fù)前，要仔細(xì)記錄文物的保存現(xiàn)狀，進(jìn)行病害調(diào)查工作，全面了解鐵錛文物的病害種類和發(fā)展趨勢，按照金屬類文物可移動文物病害評估技術(shù)規(guī)程的要求，開展此件鐵錛文物的病害評估工作。通過目視觀察發(fā)現(xiàn)，這件鐵錛文物的保存狀況堪憂，如不加以保護(hù)修復(fù)則面臨消亡的危險。鐵錛表面可見之前技術(shù)人員封護(hù)留存的石蠟痕跡，由于時間較長，石蠟已基本崩裂脫落。鐵錛的褲部大部分已殘缺，殘留部分存在較大裂隙、斷裂和變形，層狀剝離和銹蝕非常嚴(yán)重，幾乎全部礦化，刃部大面積存在點腐蝕和表面硬結(jié)物。鐵錛文物的病害類型包括表面硬結(jié)物、點腐蝕、殘缺、斷裂、裂隙、變形、層狀剝離、礦化等，其中主要病害是礦化、點腐蝕和表面硬結(jié)物，次要病害是殘缺、裂隙和變形。根據(jù)病害調(diào)查情況和統(tǒng)計結(jié)果，繪制了鐵錛文物的詳細(xì)病害圖（圖2）二、鐵錛檢測分析

為全面了解鐵錛文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、本體腐蝕情況、銹蝕物元素成分和微觀形貌狀態(tài)，以便有針對性地制定科學(xué)合理的保護(hù)修復(fù)技術(shù)路線和措施，我們利用X射線無損檢測、激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析儀和掃描電子顯微鏡及能譜分析儀對鐵錛進(jìn)行了科學(xué)的分析。

（一）X射線無損檢測

在不影響鐵錛文物本體的情況下，利用多功能工業(yè)2D X射線成像系統(tǒng)Phoenix v|tome|x s對鐵錛進(jìn)行無損檢測分析，測試參數(shù)：電壓200KV，電流80μA，曝光時間20s。由于X射線在穿過鐵錛的過程中強(qiáng)度會發(fā)生衰減，因而在鐵錛的不同區(qū)域就會形成強(qiáng)度分布不均的圖像，所以X射線無損檢測可以發(fā)現(xiàn)肉眼無法識別的鐵錛內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息、整體腐蝕情況和礦化程度等。

通過X射線無損檢測照片（圖3）可知，鐵錛褲部可以清晰地觀察到制造時殘留的氣泡，以及大量細(xì)小的裂紋，能夠判斷褲部銹蝕非常嚴(yán)重。褲部以下至刃部區(qū)域整體較為致密，刃部邊緣較薄，適合生產(chǎn)作業(yè)，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用具的特征。

（二）激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析

利用手持式激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)APL LIBSCAN25+對鐵錛是否含有氯元素進(jìn)行分析，測試條件：激光器波長1064nm，脈沖能量40—50mJ，脈寬4—6ns，6通道光譜儀，波長范圍185—900nm。通過鐵錛LIBS譜圖（圖4）中766.38nm的特征峰，可以定性地判斷鐵錛含有氯元素，氯離子是鐵錛不穩(wěn)定和銹蝕循環(huán)發(fā)生的主要因素[1]。因此，為了阻止鐵錛腐蝕進(jìn)一步發(fā)生，使其長久地保存下去，在保護(hù)修復(fù)時必須對鐵錛進(jìn)行脫鹽去氯處理。

（三） 掃描電子顯微鏡及能譜分析

利用飛納Phenom Pro-X電鏡能譜一體機(jī)對鐵錛表面進(jìn)行微觀形貌觀察和元素含量測定，測試條件：掃描電鏡為CeB6燈絲，加速電壓15KV及相應(yīng)電流，能譜儀分辨率Mn Kα≤137eV。

通過鐵錛掃描電鏡圖片（圖5）可知，鐵錛表面通體銹蝕，未見鐵質(zhì)的基體，表面被厚厚的銹蝕產(chǎn)物和土垢所覆蓋，銹蝕物呈疏松狀態(tài)并存在嚴(yán)重的龜裂現(xiàn)象。

通過鐵錛能譜分析結(jié)果（圖6）可知，鐵錛測試出的主要元素是鐵、氧、氯、硅、鋁、硫、磷等。鐵和氧元素的重量百分比超過90%，說明這件鐵錛制作時篩選的原料純度相對較高，所含雜質(zhì)較少，也從側(cè)面證明了高句麗時期人們已經(jīng)具備從采礦、提煉到鑄造和鍛打的全流程能力，其冶鐵技術(shù)已經(jīng)較為發(fā)達(dá)。氧元素的重量百分比較高，是因為空氣中游離的水分與鐵錛發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成的各類含鐵氧化物較多所致[2]，表明鐵錛本體銹蝕嚴(yán)重。硅、鋁、硫、磷等元素應(yīng)是鐵錛表面土垢所引入。此外，測試結(jié)果中氯元素的重量百分比為4.69%，與激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析所定性確認(rèn)氯元素存在的結(jié)論相符。

三、鐵錛保護(hù)修復(fù)工作

（一）技術(shù)路線

在病害調(diào)查和科技分析檢測工作的基礎(chǔ)上，本著最小干預(yù)、不改變文物原狀和保護(hù)修復(fù)材料可再處理三大原則，將現(xiàn)代保護(hù)修復(fù)理念與傳統(tǒng)金屬修復(fù)工藝流程相結(jié)合，通過充分論證，制定出科學(xué)合理的保護(hù)修復(fù)技術(shù)路線（圖7）。

（二）工具與材料

1.保護(hù)修復(fù)工具

保護(hù)修復(fù)使用的工具包括軟毛刷、電動打磨機(jī)、電熱風(fēng)槍、超聲波潔牙機(jī)、量筒、燒杯、藥匙、塑料箱、電子分析天平、體式顯微鏡、便攜式PH計、便攜式電導(dǎo)率儀等。

2.保護(hù)修復(fù)材料

保護(hù)修復(fù)使用的材料包括無水乙醇、丙酮、EDTA二鈉鹽、硝酸、硝酸銀、氫氧化鈉、單寧酸、聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸樹脂Paraloid B-72、去離子水、脫脂棉、硫酸紙、標(biāo)簽紙、聚乙烯薄膜、橡膠手套、防塵口罩等。

（三）主要步驟

1.清洗

由于鐵錛褲部的木質(zhì)殘留物腐朽得非常嚴(yán)重，在清洗鐵錛之前先用1%的Paraloid B-72丙酮溶液加固褲部腐朽的木質(zhì)殘留物，防止其清洗時碎裂脫落。按照無水乙醇、丙酮、去離子水體積比為1：1：1的比例，配置3A溶液，之后將鐵錛浸泡在3A溶液中，用小刷子輕輕刷洗鐵錛的表面，去除表面的浮塵。對于質(zhì)地堅硬的表面硬結(jié)物，取少量脫脂棉蘸取適量的5%EDTA二鈉鹽溶液覆蓋在表面硬結(jié)物區(qū)域，待表面硬結(jié)物完全浸潤軟化后，用超聲波潔牙機(jī)小心仔細(xì)地清理鐵錛表面的硬結(jié)物。

2.脫鹽

使用0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液對鐵錛進(jìn)行脫鹽去氯處理。在塑料槽里配制0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液，將鐵錛浸入溶液，用便攜式電導(dǎo)率儀測試溶液電導(dǎo)率的變化，用PH計測試溶液的PH值。期間定期更換脫鹽溶液，待溶液電導(dǎo)率值不變且為弱堿性時，用硝酸銀滴定法測試脫鹽溶液中是否還含有氯離子。若硝酸銀溶液無白色絮狀物沉淀，則表明溶液中氯離子去除干凈，結(jié)束脫鹽進(jìn)程。脫鹽結(jié)束后將鐵錛從塑料槽取出，用去離子水反復(fù)沖洗干凈，徹底烘干。

3.緩蝕

緩蝕的目的是延緩鐵錛的腐蝕進(jìn)程[3]，使用傳統(tǒng)的單寧酸對鐵錛進(jìn)行緩蝕處理，單寧酸會與鐵原子形成配合物大分子保護(hù)層，從而延緩腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。配制0.5%的單寧酸緩蝕溶液，用軟毛刷蘸取單寧酸緩蝕溶液對鐵錛表面進(jìn)行涂刷，第一遍涂刷鐵錛表面自然干燥后，沿著垂直方向進(jìn)行第二遍刷涂，涂刷過程要求力度保持一致以求緩蝕膜的厚度均勻，同時注意涂刷過程中不要傷到鐵錛的本體。涂刷兩遍之后用去離子水反復(fù)漂洗鐵錛，避免緩蝕溶液的殘留，清洗后將鐵錛放入烘箱內(nèi)徹底烘干，干燥后取出鐵錛，緩蝕工作完成。

4.表面封護(hù)

表面封護(hù)的目的是阻止空氣中游離的水分子、氧氣與鐵錛表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，延緩鐵錛的壽命[4]。使用耐老化性及耐熱性好且化學(xué)性能穩(wěn)定的聚乙烯醇縮丁醛高分子聚合物對鐵錛進(jìn)行封護(hù)處理，配制3%的聚乙烯醇縮丁醛無水乙醇溶液，然后用軟毛刷蘸取聚乙烯醇縮丁醛溶液對鐵錛表面進(jìn)行涂刷，要保證鐵錛表面全部被刷到，涂刷完成后將鐵錛放入塑料盒內(nèi)，用聚乙烯薄膜封蓋，使溶劑緩慢蒸發(fā)，最后形成均勻的保護(hù)膜。

（四）保護(hù)修復(fù)檔案編制

鐵錛保護(hù)修復(fù)完成后（圖8），應(yīng)嚴(yán)格按照館藏金屬文物保護(hù)修復(fù)檔案記錄規(guī)范的要求[5]，編制鐵錛保護(hù)修復(fù)檔案。要全面記錄鐵錛的保護(hù)修復(fù)基本信息、鐵錛保存狀況、分析檢測結(jié)果、保護(hù)修復(fù)記錄和保護(hù)修復(fù)日志，確保上述信息的完整準(zhǔn)確。

四、預(yù)防性保護(hù)建議

鐵錛本體的保護(hù)修復(fù)只是延緩鐵錛壽命的一種急救措施，要確保鐵錛長久穩(wěn)定地保存下去，還需對其采取預(yù)防性的保護(hù)手段。鐵錛保護(hù)修復(fù)后，應(yīng)獨立地保存在無酸紙制作的囊匣中，保存環(huán)境的溫度應(yīng)控制在20℃左右，相對濕度在35%以下。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧來沅，葉琳，呂國瓊.重慶三峽地區(qū)考古出土鐵器的脫鹽保護(hù)[J].腐蝕與防護(hù)，2023，44（09）：76-82.

[2]馬清林，沈大媧，永昕群.鐵質(zhì)文物保護(hù)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2011：27-31.

[3]郭星.鐵器文物腐蝕與保護(hù)的幾個問題[J].收藏與投資，2022，13（11）：110-112.

[4]梁萍，李王程.鐵質(zhì)文物保護(hù)中的材料選擇——從一件抗戰(zhàn)鐵刀的保護(hù)說起[J].文物鑒定與鑒賞，2020（20）：76-79.

[5]全國文物保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.館藏金屬文物保護(hù)修復(fù)檔案記錄規(guī)范：WW/T 0010-2008[S].北京：中國國家博物館，2009.

作者簡介：

栗榮賀（1982—），男，漢族。碩士研究生，文博副研究館員，研究方向：可移動文物分析檢測及金屬類文物保護(hù)修復(fù)。