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铁质文物病害分析与保护研究
作者:陈淑英
来源:《文物世界》2012年第4期
陈淑英
一、引言
本文就考古发掘出土的西汉中前期铁质文物作为科学检测对象,进行文物专项保护修复研
究。由于大部分铁器年代久远,已经锈结,质地较为脆弱,处理操作具有一定难度。为此,首
先需要对铁质文物保存现状进行评估(表1),其次侧重对铁质文物做科学分析研究,再次拟
定技术路线,确定保护处理方案,选择保存环境条件等。
由于不同类型铁器状况及病害有所区别,故此每一类铁器的保护处理方案也应分别对待。
现结合具体工作实践,有针对性地开展铁质文物病害分析与有效保护方面的探讨,具有现实意
义。本文以铁器个案、铜铁复合体、整批铁器的分析研究思路进行梳理,归纳如下:
二、铁器个案的分析研究
(一)实验样品
在这批铁质文物中,基于铁剑数量较多,故以铁剑为例。剑是一种可刺可砍的两用短兵器,
有着悠久的历史,早在人类石器时代就有原始雏形。在西汉时期,剑主要用于格斗和佩带,它
是冷兵器时代的典型兵器。
铁剑作为个案实验样品,首先要对具有代表性、普遍性的病害部位进行采集,并进行了科
学系统的检测与分析,力求得到铁器腐蚀状况的信息,展开保护方案的研究,其次对铁器本体
进行清洗,除锈,封护和粘接的保护修复工作。
(二)显微激光Raman光谱分析检测
该仪器为美国ThermoNicolet公司生产的Almega型号共聚焦显微激光Raman光谱仪,序
列号-AFD0200155,配备Olympus显微镜,测试条件为目镜10X,物镜50X,激光器532nm线或
780nm线,空间分辨率为1-2μm,仪器分辨率为1cm-1,控制样品表面的激光功率为5mw左右,
光栅672lines/mm,采集信号时间为10s,扫描次数为8次,进行无损原位分析。样品源自文物
编号819-1-2铁剑,选择有代表性的检测部位,其检测结果(表2)。
观察分析多层锈蚀产物的物相结构,按照四个检测点采集显微激光Raman分析光谱谱图
(图一,1~4),确定化学组成成分。
在这些铁器锈蚀物中,Fe3O4(尖晶石型晶体结构)、α-Fe2O3(三方结构)、α-
FeOOH(正方或斜方结构)等腐蚀产物相对较为稳定,为无害锈,γ-FeOOH(立方晶格)不能
形成致密保护膜,附着力弱,会向相对稳定的α-FeOOH或Fe3O4转变,属于有害锈,需予以
去除;方解石CaCO3可能来自于土壤中。锈蚀物主要物相的稳定性由强到弱为Fe3O4α-
Fe2O3α-FeOOHγ-FeOOH,其检测结果可为除锈程度提供参考依据[1]。由于未检测出
腐蚀产物四方纤铁矿(β-FeOOH),说明器物中不含有破坏作用的氯,不需进行脱盐处理。故
对于已通体矿化、基本无铁基体的铁剑而言,也不必进行缓蚀操作。
(三)病害分析
通常导致铁器全面腐蚀、通体矿化的内在因素是内部组织结构决定的。在门捷列夫元素周
期表中,铁元素位于第3周期第Ⅷ族,原子序数为26,价电子层构型为3d64S2,最外层4S轨
道上有2e-,次外层3d轨道上有6e-。由于Fe3+离子的外电子层构型为3d5半充满稳定结构,
所以它的氧化态+3最稳定,其次是+2。铁的原子结构决定它具有很强的化学活泼性。古代钢铁
为铁、碳等多种元素形成的混合物,易受外界环境因素影响,而发生化学腐蚀和电化学腐蚀。
从金相分析可看出,铁碳合金多带有疏松微孔结构成为腐蚀物侵入的最好载体,铁器表面不同
的金相组织,会引起电化学腐蚀。
样品剑身有大量漆皮和少量瘤状物,并出现层状剥落现象,剑柄处有许多硬结物即白色沉
积物(如方解石)附着于表面。铁剑已显现通体矿化、全面腐蚀、表面硬结物、瘤状物、层状
剥离等典型病害。经综合考量,进一步提升了对文物病害状况的科学认知度。依照上述情况,
绘制铁剑819-1-2病害标识线图(图二,1~2)。
(四)修复方案与操作要点
1.文物依次编号采集影像资料
首先对文物进行系列编号,拍照,对带有漆皮、瘤状物、白色覆盖物和霉菌典型病害等通
常特征的文物,用手术刀取样。利用共聚焦显微激光Raman光谱仪对样品进行成分分析检测等。
2.剥离操作
使用各类雕刻刀等工具进行剥离操作。用物理方法分
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