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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