春秋战国楚青铜箭镞的锈蚀机理的研究.pdfVIP

春秋战豳蔓，P铜箭镞的谤蚀审U曩月愧 259· 春秋战国楚青铜箭镞的锈蚀机理研究 黄宗玉1，潘春旭“2，倪婉2，陈官涛2 (1．武汉大学物理科学与技术学院，武汉2．武汉大学科技考古研究中心，武汉) 术从材料科学的角度对长江中游地区战国晚期古墓中出土地的青铜箭镞的锈蚀现象和锈蚀机理进行 了较垒面的研究和分析。发现虽然埋藏环境不同，形成的锈蚀产物不同，但箭镞横截面的组织结构 是一样的，印由完垂矿化层、中间过渡层和心部原始组织三部分组成，仅宽度有变化。首次观察到 锈蚀矿化组织呈针状向·0部扩展的形貌，并由此提出了新的青铜锈蚀机理。 关t词：楚墓青铜箭镟锈蚀显微组织结构电镜 l引 言 春秋战国时期战争频繁，考古发掘从楚墓中出土了大量Cu-Sn-Pb合金的青铜箭镞。由于箭 镞是一次性使用、制造量最大的一种的兵器，与要求甚高的青铜剑和青铜礼乐器等相比，在选 材和表面防锈与装饰处理等方面有很大的不同。因此研究青铜箭镞的锈蚀机理最能反映古代青 铜材料在经过2000多年后所发生变化，对于现在的青铜器保护具有非常重要的理论和实际指导 意义。 古代青铜器的腐蚀非常复杂，与化学成分、显微组织、加工工艺、腐蚀介质、以及埋藏环 境等因素有关“1。有关古代青铜器锈蚀机理的研究，多数是从化学反应的角度进行分析和讨论， 一般认为有电化学腐蚀机理、孔蚀型机理和晶问腐蚀机理等…，而从材料科学的角度对古代青铜 器的锈蚀情况进行研究的工作较少。本文利用现代材料分析测试技术对青铜箭镞的锈蚀机理进 行了较为全面的研究。 2实验样品和方法 实验所用的古代青铜箭镞残件，分别出土于长江中游地区湖北三峡官渡口墓(2件)、石首 铁剑岗墓(4件)、荆州雨台山墓(2件)、荆门记山黄付庙墓(2件)等地区的春秋战国时期的 古墓中。样品用扫描电镜(配有EDS能谱仪)、X-射线衍射仪(XRD)进行观察和测试。 3实验结果与讨论 众所周知，长期埋藏在地下墓葬中的古代青铜器的锈蚀与其所处环境有很大的关系，主要 是由于存在电化学不均匀性所以会产生电化学腐蚀。本实验选用的箭镞残件来自不同楚墓中，从 锈蚀颜色上看有明显的不同，但观察箭镞横截面组织结构却发现它们的基本特征是一样的，如 图1所示，即分为完全矿化层、中间过渡层和心部原始组织等三个特征组织区(层)。但是由于 外部环境的差异，各特征区(层)的宽度和锈蚀产物有所不同。粉末x-射线衍射(XRD)实验 结果显示它们的锈蚀产物也有较大差异，表I为锈蚀产物的物相组成。 ·260 文物保护与科技考古 图l 青铜箭镞的表层分层及裂纹的SEM形貌 表1青铜箭镞锈蚀样品外观特征与x射线粉末衍射分析 样品 样品外观 主要矿物组成 荆州箭镞 浅绿色 蓝铜矿、锡石、孔雀石、赤铜矿、铜锡合金13相 荆门箭镞 青灰色 锡石、赤铜矿、铜锅台金13相 三峡箭镞 绿色(有粉状锈粘附) 蓝铜矿、孔雀石、副氯铜矿、氯铜矿、赤铜矿、铜锡合 金D相 石首箭镞 青灰色 白铅矿、孔雀石、赤铜矿、铜锡合金13相 在上述锈蚀分层结构中，过渡层是一个从原始 材料向锈蚀物质转变的中间状态。深人研究和分 析过渡层的组织和化学成分特征，对于解释锈蚀 机理具有非常重要的意义。从图1可以看出+较 窄或不明显的过渡层对应于较少和较薄的锈蚀矿 化层，而较宽的过渡层则对应于宽的锈蚀矿化层。