桂平博物館館藏東漢雙耳銅甑鑄造工藝及其保護(hù)修復(fù)研究

黃獻(xiàn)源，劉彥琪，朱麗彬，盧 影，關(guān)曉武，吳世磊

(1. 復(fù)旦大學(xué)文物與博物館學(xué)系，上海 200433； 2. 北京大學(xué)考古文博學(xué)院，北京 100871；3. 廣西桂平博物館，廣西桂平 537200； 4. 中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所，北京 100190)

0 引 言

廣西桂平博物館藏東漢雙耳銅甑，于1980年征集于桂平蒙圩供銷社收購部，隨后組織自治區(qū)文化廳考古專家鑒定后確定為漢代器物，并入藏桂平市博物館。其造型為平沿深腹盆形，圈足，腹上部施一道寬棱，寬棱上有凸弦紋，腹兩側(cè)施獸面鋪首銜環(huán)，甑底有箅，如圖1所示。

該器物入藏后曾經(jīng)進(jìn)行過帶銹緩蝕保護(hù)，因此器物表面痕跡未被擾動(dòng)。從殘缺部位茬口觀察，可見器物礦化嚴(yán)重。利用X光無損分析了解器物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]，X光片的拍攝工作在桂平市人民醫(yī)院完成。該院配備了德國影美科思數(shù)字影像公司的0170 INTUITION數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)，管電壓150kV，管電流630mA，X射線管組件VARIANRAD14，旋轉(zhuǎn)陽極，焦點(diǎn)0.6/1.2，攝影時(shí)間范圍0.001～10s。由于該設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)射線計(jì)量的連續(xù)調(diào)節(jié)，而只具有胖子、瘦子、正常體型三種射線放射模式。因此檢測(cè)時(shí)根據(jù)器物壁厚和保存狀態(tài)選用相應(yīng)的放射模式，并結(jié)合調(diào)整放射時(shí)間來控制輻射劑量。青銅甑器壁較薄并且礦化嚴(yán)重， 因此選用該設(shè)備的“正常體型”模式，照射時(shí)間10s。經(jīng)觀察X射線影像了解各部位腐蝕狀況，局部已完全礦化，青銅基體已喪失，如圖2所示。由于廣西極為潮濕的環(huán)境條件，對(duì)于青銅器的保存、保管非常不利，對(duì)比入藏時(shí)的照片，該器物的腐蝕程度嚴(yán)重、腐蝕速度較快，亟須搶救性保護(hù)修復(fù)。

圖1 東漢銅甑

圖2 器物頂面的X射線成像照片

1 鑄造工藝研究

1.1 鑄造工藝

由于器物保存狀況較差，在修復(fù)過程中不宜對(duì)相應(yīng)部位銹蝕物進(jìn)行大面積清理，以免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的剝落甚至破碎，同時(shí)由于器物表面被硬結(jié)物覆蓋，無法觀察到器物表面的工藝痕跡等現(xiàn)象，相關(guān)器物研究也無從展開。為此，應(yīng)用X射線成像技術(shù)，采用不同強(qiáng)度的射線從不同角度對(duì)器物進(jìn)行拍照觀察。

依然采用前文所述設(shè)備，使用“正常體型”模式，照射10s，所得的X光照片如圖3所示，可知該件青銅甑為整體鑄造成形。

圖3 高強(qiáng)度X射線成像照片

在較高射線強(qiáng)度的“正常體型”模式下，器物上結(jié)構(gòu)疏松腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域被過量照射，該部位X光影像完全呈現(xiàn)黑色，無法觀察該部位結(jié)構(gòu)特征。射線的強(qiáng)度直接影響曝光量，從而決定底片的黑度。通常在確保能穿透器物材質(zhì)的情況下，不使用過高電壓來提高射線強(qiáng)度，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度下降，而應(yīng)該通過增加管電流或曝光時(shí)間來增加曝光量，從而獲得最佳的對(duì)比度[2]。同理，為了減少曝光量，需要減小管電流或縮短曝光時(shí)間。為了解器物該部位的結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)特征，采用上述設(shè)備的“瘦子”模式，照射5s，在同一角度下對(duì)器物進(jìn)行拍照觀察，如圖4所示，照片可見腹壁上的墊片痕跡及其分布狀況(向下箭頭標(biāo)示部位)，還可見上腹部寬棱上下緣各有一道凹槽痕跡(向上箭頭標(biāo)示部位)。

圖4 低強(qiáng)度X射線成像照片

隨后還需了解器表銹蝕物狀態(tài)并判斷是否需要對(duì)其進(jìn)行除銹，如果器表銹蝕物和沉積物有必要進(jìn)行清理，才有條件對(duì)器表痕跡進(jìn)行直接觀察并分析其成因，了解器物的制作工藝。

1.2 器物表面鑄造痕跡分析

銅甑鋪首部位被銹蝕物覆蓋，隱約可見鋪首表面的獸面紋飾，紋線纖細(xì)，如圖5所示。紋飾與器物一起鑄造還是鑄造后加工而成，還需做進(jìn)一步的觀察分析。此外，上述X射線成像中觀察到的凹陷痕跡，也被器表銹蝕物覆蓋，無法觀察。為此，對(duì)上述部位銹蝕層進(jìn)行局部清理，使相關(guān)鑄造工藝痕跡顯露。

1) 表面硬結(jié)物及銹蝕產(chǎn)物的清理

器物表面結(jié)構(gòu)疏松的附著物易于吸收水分而提高器物表面濕度，而疏松的附著物與空氣具有較大的接觸面積。這兩點(diǎn)因素會(huì)加速器物腐蝕劣化的速度，因此需要對(duì)器表銹蝕物予以去除。這樣也有利于觀察器表的工藝痕跡，如果所觀察到的局部痕跡已經(jīng)可以幫助了解器物的鑄造工藝，且銹層中并不含有有害于器物安全長久保存的成分就不應(yīng)對(duì)銹層進(jìn)行全面的清理[3]。對(duì)于清理方式的選擇，對(duì)銹層表面較厚的硬結(jié)物及土壤沉積物進(jìn)行清理時(shí)，可用手術(shù)刀或潔牙機(jī)等機(jī)械工具輔助完成，而對(duì)于接近器表的銹層，為了防止清理修復(fù)時(shí)機(jī)械工具在器表留下劃痕，應(yīng)首先使用去離子水對(duì)銹層進(jìn)行軟化，然后再用安裝著鬃毛刷的齒科打磨機(jī)對(duì)已軟化的銹層適度清理，使銹層下的痕跡顯現(xiàn)即可，如圖6所示。

圖5 銅甑的鋪首和凸棱部位

圖6 清理出的墊片痕跡

2) 清理后墊片表面現(xiàn)象的觀察分析

環(huán)氧值的測(cè)定[14]：采用鹽酸—異丙醇法測(cè)定CHSOS的環(huán)氧值。鹽酸和異丙醇的體積比為1∶40，用0.2 mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

將存在墊片部位的銹蝕物進(jìn)行局部清理，使墊片暴露出來(圖6中的黑色方框內(nèi)區(qū)域)。使用美國Thermo Fisher Scientific公司生產(chǎn)的XL3t950型便攜式X射線熒光光譜能譜儀(XRF)對(duì)墊片及其周圍基體合金成分進(jìn)行定性分析。墊片表面腐蝕產(chǎn)物測(cè)試結(jié)果為Sn 32%、Pb 23.7%、As 16.6%、Cu 19.8%，其它金屬元素7.9%；墊片周圍銅甑基體測(cè)試結(jié)果為Sn 18.4%、Pb 11.5%、Cu 54.6%、Fe 6%、其它金屬元素9.5%。對(duì)其它幾枚墊片和周圍基體部位進(jìn)行檢測(cè)，成分差異不大。

由上述檢測(cè)結(jié)果可知，墊片腐蝕產(chǎn)物的鉛錫含量相當(dāng)高而銅含量很低，墊片周圍的器身的腐蝕產(chǎn)物則是銅含量高而鉛錫含量低。青銅合金的鉛錫含量越高，熔點(diǎn)越低，如果墊片采用與基體相同的合金配比，會(huì)使其熔點(diǎn)顯著降低，在型腔內(nèi)澆注青銅熔液時(shí)，墊片邊緣易熔化而與器身熔接成一體。然而，通過觀察此件器物清理所得到的現(xiàn)象卻恰恰相反，墊片與器身銜接部位的邊緣清晰。由圖4的X射線照片也可觀察到墊片與器物銜接部位邊界明顯，靠近墊片的器身部位有冷隔狀的形態(tài)，說明型腔內(nèi)的金屬液在流動(dòng)到墊片周圍時(shí)溫度降低較快，流動(dòng)性變差。

以上X射線成像的分析結(jié)果說明這件器物墊片的熔點(diǎn)較高且鑄型可能并未經(jīng)過高溫預(yù)熱。古代鑄工制作器物時(shí)使用了含銅量較高的材料制作墊片，以提高其熔點(diǎn)。而這和器表腐蝕產(chǎn)物的定性分析結(jié)果相矛盾，究其原因，可能是在埋藏環(huán)境的長期腐蝕作用下，高銅低錫的合金配比使得墊片較易腐蝕，銅優(yōu)先于鉛和錫流失到土壤中而使得XRF檢測(cè)結(jié)果中的銅含量較低；而澆鑄器物時(shí)使用含錫量較高的青銅，器身的耐腐蝕性能提高[4]，因此銅的流失較少，因而XRF定性分析中銅元素的相對(duì)含量反而較高。

3) 寬棱及弦紋表面痕跡分析

如圖7所示，黑色方框區(qū)域可見寬棱上緣有一道凹槽痕跡(放大圖紅色箭頭所指)，痕壁平滑，并非在器物表面刻畫而成，也不可能是在范上加工形成，而是制作器物鑄型時(shí)，在器物泥模上形成痕跡的反應(yīng)。紅色方框區(qū)域可見表面擦劃痕跡，線痕互相平行而有彎變(放大圖紅色曲線所示)。而圖中黑線所示為寬棱和弦紋表面的擦劃痕跡，且痕線彎變形態(tài)與寬棱以下的器表一致，說明器身泥模用完整器物造型的刮板刮制而成，器身與紋飾同時(shí)刮出。由于泥模在輪盤上轉(zhuǎn)動(dòng)，刮板定位不穩(wěn)，細(xì)微的抖動(dòng)便可在轉(zhuǎn)動(dòng)的器物泥模上形成擦劃痕跡的彎變。另外，寬棱形狀并不規(guī)整，上緣平直而下緣有波浪狀的彎變(圖中器物寬棱上下緣的紅色三角所指)。寬棱彎變的形態(tài)表明，刮板采用了具有彈性的薄板材料。上述痕跡是刮板形態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映。

1.3 鋪首表面痕跡分析

為了解鋪首鑄造工藝，對(duì)其表面銹蝕物清理后，進(jìn)行痕跡分析。為確保鑄造痕跡的原真性，需避免除銹過程中在紋飾上留下機(jī)械工具的擦劃痕跡，首先利用鋅粉和氫氧化鈉糊狀物對(duì)銹蝕層軟化[5]，再用安裝棕毛刷的齒科打磨機(jī)清理銹蝕物，使鋪首紋飾顯露。應(yīng)用日本KEYENCE公司生產(chǎn)的VHX-1000超景深體視顯微鏡觀察并對(duì)圖像進(jìn)行三維重建，可見紋線痕壁呈波浪形起伏，是刻刀在較硬材料上鏨刻形成，如圖8所示。紋線的痕止緣有金屬材料塑性滑移現(xiàn)象，如圖9所示。據(jù)以上現(xiàn)象可以判斷鋪首紋飾是在鑄成的器物上鏨刻加工而成。

圖7 銅甑的器表痕跡

圖8 鏨刻痕跡

如圖10所示，鋪首與寬棱及弦紋銜接部位可見塑性材料堆積的痕跡(向左箭頭所指)，以及寬棱被按壓變形的痕跡(向上箭頭所指部位)，鋪首周圍(圖10向下箭頭所指部位) 及邊緣(圖11箭頭所指部位)可見纖細(xì)的刻畫痕跡。據(jù)以上現(xiàn)象可以判斷，在器身泥模尚處塑性階段，切去部分寬棱和弦紋紋飾，然后貼泥片，再用工具刻畫出鋪首的邊緣輪廓。

圖11 鋪首邊緣刻畫痕跡

1.4 合金成分分析

圖12 器物樣品金相

進(jìn)一步采用日本日立公司生產(chǎn)的掃描電鏡對(duì)樣品上的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行面掃描分析，如圖13所示?；w部位的組成Cu 84.21%、Sn 10.75%、Pb 5.04%。銹層部位的組成Cu 18.43%、Sn 1.22%、Pb 80.35%，如圖14所示?；w的含銅量較高而鉛錫含量低，銹層的鉛錫含量高而含銅量極低。這可能是因?yàn)槠魑锔g過程中，與土壤接觸的銹層中的銅大量流失而鉛較為穩(wěn)定，留存在銹層中，從而使銹層中的相對(duì)鉛含量提高[7]，這與對(duì)墊片部位檢測(cè)分析結(jié)果一致。

圖13 樣品基體的掃描電鏡分析

圖14 樣品銹層的掃描電鏡分析

2 模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了避免研究受到主觀經(jīng)驗(yàn)判斷的限制，進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)考古對(duì)所做分析進(jìn)行驗(yàn)證。通過觀察—分析—檢驗(yàn)痕跡物證這一過程，最終得出較為合理的研究結(jié)論，使分析研究建立在客觀的物證基礎(chǔ)上[8]。用銅板制成刮板，將粘土堆塑在輪盤(L)上，刮板(G)底邊放置在輪盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤將泥模(M)刮制成形，如圖15所示。刮板受到來自輪盤的摩擦阻力(f)，以及來自泥模表面的摩擦阻力(f’)，刮板定位困難。持握刮板的鑄工用力(F)推壓刮板而使其發(fā)生彈性變形。刮板上有寬棱及弦紋凹陷的部位是最薄弱的位置，刮板從此處彎折到虛線所示位置。刮板上的寬棱部位間距變窄而形成縱向振幅，又因輪盤進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，在這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的協(xié)同作用下，泥模的寬棱下緣出現(xiàn)猶如正弦曲線的紋線彎變，如圖16所示。另外，泥模表面擦劃痕跡的形態(tài)也與器表痕跡一致，驗(yàn)證了此前的判斷。

圖15 刮板造型及受力分析

圖16 紋線彎變及擦劃痕跡

完成整個(gè)器物泥模的造型后，待其陰干到皮革硬度(黏土在干燥過程中，要經(jīng)過一個(gè)階段，叫做皮革硬度階段，此階段黏土仍然是潮濕的，但是已經(jīng)沒有可塑性，此時(shí)再做擠捏，黏土便會(huì)破裂。如果繼續(xù)干燥，所有的可塑水分全部脫去，黏土達(dá)到骨干程度[9])，便可用泥模翻制器物外范，鋪首獸鼻部位在范上修出(K)并配置泥芯(X)預(yù)留穿孔，如圖17所示。

圖17 獸鼻部位成形

箅部表面銹蝕物清理后的細(xì)節(jié)特征，如圖18所示。據(jù)此可判斷箅部范塊制作過程是用器身模(M)翻制器身范(F)后脫模，將器身模的圈足部分(Z)切下。如圖19所示軸線左側(cè)為用模翻范的結(jié)構(gòu)，軸線右側(cè)為刮模成芯后的鑄型結(jié)構(gòu)。然后在圈足泥模上刻出箅部造型，如圖20所示。由于此時(shí)泥模已達(dá)皮革硬度而無塑性，用工具刻出的凹槽難以平滑，于是鑄后器物的箅部出現(xiàn)圖18所示的表面粗糙且粗細(xì)不均的形態(tài)。

圖18 箅部形態(tài)

如圖19，將箅部模側(cè)壁刮薄一部分制成底范(Z’)，器身模(M)刮薄一層制成芯(X)，與外范(F)組裝在一起并安置墊片(D)制成鑄型。

圖19 箅部范塊制作過程

圖20 箅部范塊的刻制

3 保護(hù)修復(fù)

因器物礦化嚴(yán)重，保存狀況很差，需通過補(bǔ)全提高器物的整體穩(wěn)定性。但補(bǔ)全材料的密度、硬度不應(yīng)大于器物本體，而且材料應(yīng)具有一定彈性，以免補(bǔ)全材料受到外力擠壓時(shí)，因其自身強(qiáng)度太高而危及器物本體的安全，造成本體開裂甚至破碎?；谏鲜鲆?，選用安特固高分子膠劑作為補(bǔ)全材料。

殘缺的口沿和箅部，用油泥在器物上的完整部位復(fù)制出造型，將油泥造型襯托在殘缺部位，將安特固填補(bǔ)在油泥造型內(nèi)，膠劑凝固并去掉油泥即完成補(bǔ)全。由于器物制作時(shí)采用了刮板造型工藝，為使補(bǔ)全的寬棱和弦紋與原器物形態(tài)一致，也采用刮板制作補(bǔ)全部位的紋飾，如圖21所示。

圖21 殘缺寬棱與弦紋的補(bǔ)全

使用酒精漆片汁和礦物顏料粉對(duì)補(bǔ)全部位進(jìn)行做舊處理，使其與器物整體的色澤與質(zhì)感相協(xié)調(diào)，做舊后的補(bǔ)全部位要具有辨識(shí)性。修復(fù)后的器物如圖22和圖23所示。

圖22 修復(fù)后狀態(tài)(俯視圖)

4 討 論

修復(fù)前對(duì)青銅器鑄造工藝的研究與分析，充分認(rèn)識(shí)其所賦存的痕跡信息，是進(jìn)行科學(xué)修復(fù)的前提。修復(fù)的目的一是提高文物的穩(wěn)定性， 二是揭示文物所隱含的諸多制作工藝信息，挖掘器物深層次的內(nèi)涵和價(jià)值。修復(fù)的核心理念，是在現(xiàn)有研究手段和認(rèn)識(shí)水平下，最大限度地做到完整而真實(shí)的認(rèn)識(shí)器物，進(jìn)而解決考古學(xué)或文物學(xué)的問題，因此修復(fù)與研究同時(shí)進(jìn)行至關(guān)重要[10]。修復(fù)不應(yīng)該過度進(jìn)行，應(yīng)使不得已而為之的修復(fù)行為控制在最低限度，做到最小干預(yù)，以盡量多地保存器物上的信息，甚至是銹蝕物，以便其他研究者可以再次在器物上發(fā)掘信息。這樣，修復(fù)方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)是有利于真實(shí)完整的觀察、提取、分析那些有關(guān)器物研究的重要現(xiàn)象和信息，并使修復(fù)對(duì)器物的干預(yù)降到最低程度。另外，還應(yīng)使發(fā)掘出的信息得以展示和妥善保存。

圖23 器物修復(fù)后狀態(tài)(鋪首部位)

通過對(duì)這件殘破銅甑的修復(fù)研究，并通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明古代生產(chǎn)這件器物時(shí)使用了輪制技術(shù)、刮板造型工藝以及鑄后刻紋的工藝。修復(fù)不但提高了器物的穩(wěn)定性，而且通過修復(fù)，對(duì)這件器物所蘊(yùn)含的古代鑄工的工藝行為有了較為直觀的認(rèn)知，一定程度上通過這件作為靜態(tài)考古資料的器物，復(fù)原出帶有動(dòng)態(tài)的歷史文化圖景，做到透物見人，使這件器物的潛在價(jià)值得以發(fā)掘和認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)論與建議

1) 桂平博物館館藏東漢銅甑為整體鑄造成形。

2) 器物鑄造時(shí)使用了輪制技術(shù)、刮板造型工藝以及鑄后刻紋的工藝。

3) 箅部范塊制作過程是用器身模翻制器身范后脫模，將器身模的圈足部分切下，然后在圈足泥模上刻出箅部造型。

4) 遵循最低限度干預(yù)原則，通過除銹、修補(bǔ)等保護(hù)修復(fù)措施后，不但提高了器物的整體穩(wěn)定性，而且達(dá)到了可以展陳的要求。

5) 文物修復(fù)保護(hù)后，仍然要重視預(yù)防性保護(hù)。需要對(duì)文物保存環(huán)境實(shí)施有效的管理、檢測(cè)和控制，抑制各種環(huán)境因素對(duì)文物的危害作用，使文物處于穩(wěn)定、潔凈的保存環(huán)境，才能有效延緩文物的物理和化學(xué)性質(zhì)的劣化，達(dá)到安全、長久保存館藏文物的目的。

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