試論館藏鐵質文物的保護

朱間珍

摘要：鐵質文物在我國館藏文物體系中占有重要地位，鐵由于其化學性質較為活潑，容易與環境中的空氣、鹽、酸等發生化學反應，生成成分復雜、致密性差的鐵銹，因此鐵質文物在存放的過程中如果沒有得到合理的保護，很容易腐朽甚至完全礦化。通過了解鐵質文物的性質、腐蝕機理，從而探討鐵質文物的保護修復手段，研究鐵質文物保護修復的方法，從而盡可能地減少館藏鐵質文物腐蝕，從而達到更好的保護館藏鐵質文物的目的。

關鍵詞：鐵質文物;腐蝕機理;修復保護

中國使用鐵器的歷史可以追溯到商代，北京平谷縣劉家河商代中期墓葬中出土“商鐵刃銅鉞”及河南浚縣商末周初的墓葬中出土的“鐵援銅戈”可以作為例證，該時期主要利用的是自然鐵即隕鐵。春秋戰國時期出現了煉鐵技術，《左傳》中記載鏈了晉國鑄鐵鼎。戰國時期，鐵器逐漸普及，農業迅速發展，手工業興盛。到了秦漢時期，鐵器得到了進一步的推廣，到東漢鐵器取代了青銅器。

鐵質文物由于自身的特點，在內部條件及外部影響的不斷作用下，產生各種鐵的化合物。鐵銹結構非致密性，導致銹蝕的發生不斷深入鐵器的內部。鐵器是我國古代文物中的重要組成部分，博物館中藏有大量的鐵質文物，為研究古代經濟、社會、生產水平、農業發展等提供著重要的參考和依據。只有研究鐵器性質、銹蝕機理，從而得出修復保護的依據與方法，才能更好的保存保護館藏鐵質文物。

一、鐵質文物的成分結構

一般的鐵器均為鐵碳合金。自然界的鐵以化合物的形式存在，如磁鐵礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）、褐鐵礦（FeO（OH）·nH2O）、黃鐵礦（FeS2）等。煉鐵是通過利用碳的還原能力，對被氧化的鐵化合物進行還原，從而得到金屬鐵。當含鐵礦石在高溫下呈熔融狀態，碳與鐵的化合物發生反應，還原出鐵的熔融體。繼續通入氧氣把碳徹底氧化，即可生成鐵水。碳在煉鐵的過程中，提供還原反應的高溫來源，同時C與氧氣的不充分燃燒所產生CO，CO充當著反應的還原劑來還原鐵礦石，最終充分反應生成CO2氣體。在煉鐵的過程中，碳還會溶解于鐵水中，形成含碳量各異的滲碳體鐵器，而含碳量的多少，也是判斷鐵的種類的依據。

含碳量、熔融溫度、冷凝速度、器物的厚薄大小、鍛打次數的差異，均使得鐵器表現出不同的物理和化學性質。鐵在結構上可以分為三類，即鐵素體、鐵素體與滲碳體的結合、鐵素體與石墨體及滲碳體結合，這三類結果均為帶有微孔的疏松結構，氧氣、水分及地下水中的酸、堿、鹽類均可不斷通過微孔與鐵發生反應，生成的鐵銹化合物也是具有微孔的疏松結構，并不能阻止外界因素不斷與鐵器內部反應，導致鐵器抗腐蝕能力差。根據含碳量的多少，可以將鐵合金分為生鐵、鋼、熟鐵，其中含碳量大于2.11%的為生鐵，含碳量在0.02%-2.11%為鋼，含碳量低于0.02%的為熟鐵。根據制鐵工藝及性能，可以分為塊練鐵、生鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。其中塊煉鐵通過鍛打可以得到滲碳鋼，生鐵又分為白口鐵、灰口鐵和麻口鐵。

二、鐵質文物銹蝕機理

鐵質文物不穩定的原因主要是鐵器被腐蝕后難以形成致密的銹蝕。鐵器的腐蝕主要分為三類，即化學腐蝕、電化學腐蝕、生物腐蝕?；瘜W腐蝕是指鐵器與其他化學物質直接發生化學反應，產生鐵的化合物。鐵器文物自身的多相組織會引起自身的電化學腐蝕，在大氣中、土壤中、海水中、電解質溶液中可以發生電化學腐蝕。生物腐蝕是鐵在鐵器在鐵細菌等微生物的作用下發生氧化反應，包括硫酸鹽還原菌SRB引起的厭氧腐蝕;鐵氧化菌、硫化菌和鐵細菌等好氧菌引起的好氧腐蝕;黏稠性細菌膜生成菌引起的腐蝕;藻類、蕈類引起的生物腐蝕。

不同鐵器的保存狀況因其埋藏條件、處理方法的不同而各異。有些鐵器盡管年代久遠，由于埋藏條件很好，至今仍然保存良好;有些保存條件惡劣的鐵器，出現了深度的腐蝕，基本完全礦化并酥解崩裂。保存狀況良好的鐵器表面常常有一層薄而致密的黑褐色的氧化物，起到防止鐵器內部被銹蝕的作用;而保存狀況欠佳的鐵器，表面普遍有顆粒粗大的銹體，銹體疏松體積膨脹或發生片狀剝離，并伴隨不同程度的變形，銘文、花紋等重要信息也隨之被破壞。

在濕度較高的環境中，鐵器表面會形成一層水膜，鐵器在水膜的作用下與氧氣反應生成FeOOH。鐵的化合物在水的作用下，也可以繼續發生化學反應生成FeOOH及酸，產生的酸進一步氧化鐵器，從而使得鐵的氧化反應不斷循環發生。如硫化鐵（FeS）可以與在氧氣和水的作用下生成稀硫酸（H2SO4），稀硫酸可以進一步氧化鐵，生成Fe2+。

氯化鐵（FeCl2）在水的作用下，生成鹽酸（HCl），鹽酸進一步與鐵反應將鐵氧化。

而三價鐵離子亦可作為氧化劑與鐵發生氧化反應，生成二價亞鐵離子，二價鐵離子在中性、酸性條件下進一步氧化生成三價鐵離子。進而使得鐵的氧化不斷發生。

鐵在中性或堿性環境的水溶液中腐蝕，發生如下反應：

Cl-、能影響鐵器的反應，生成四方纖鐵礦（β-FeOOH）、針鐵礦（α-FeOOH）、纖鐵礦（γ-FeOOH）等鐵的化合物。同時，空氣中的顆粒對會對鐵器形成機械性摩擦損傷及化學反應氧化。

因此，鐵器最佳保存環境應為無水、無氧、堿性、無酸性氣體、無鹽。其中鐵的氧化還原反應必定與O2或H2O相關，所以在鐵質文物的保存過程中，隔絕O2、H2O顯得尤為重要。

三、鐵質文物的保護修復

（一）鐵質文物修復預處理

在進行鐵質文物修復之前，需要先了解文物的信息。

需要對進行攝影、測量、記錄器物的尺寸，進行三維掃描，記錄修復前的原貌。對文物的病害進行描述，繪制文物病害圖，文物病害包括斷裂、殘缺、表面硬結物、層狀剝離、瘤狀物及腐蝕等情況。利用顯微鏡、X射線探傷儀等來對鐵器的材質構造、銹層進行記錄分析。

通過取樣，進行特定的化學反應來確定鐵器銹蝕物中所包含可溶性鹽。例如氯元素（Cl-）可以通過硝酸銀滴定法，觀察是否產生白色絮狀物來判斷;硫酸根離子（）可以通過往樣本溶液中加入硝酸鋇（Ba（NO3）2），如產生白色絮狀物，且不溶于稀硝酸，則可以確定含有硫酸根離子。

（二）鐵質文物的清洗與除銹

在進行除銹處理之前，可以通過清洗來除去鐵質文物表面的雜質。清洗的方法包括水洗法、倍半碳酸鈉溶液浸泡法、電泳法及用去離子水清洗法。在清除外層的污垢后，除去外層的疏松銹，保留內層銹，穩定強化其對鐵基體的保護。對于一些已經通體礦化的鐵器，如果全部去除疏松銹蝕，必定會影響到鐵器原有的形制，一些被腐蝕的銘文、紋飾等信息也會被清除，需要對該區域進行滲透加固。

除銹的方法包括機械除銹法、化學除銹法和電化學除銹法。機械除銹法是使用機械工具如刀、鑿、鑷子等，去除鐵器表面較厚的銹層或銹塊。或采用高壓噴砂清除器物表面的鐵銹，配合無塵操作箱減少噴砂的粉塵污染。化學除銹法是利用醋酸、檸檬酸、草酸等弱酸化學試劑對鐵質文物進行除銹處理，并用堿性的NaOH稀溶液中和過量的酸，最后用蒸餾水清洗干凈。電化學除銹則適用于鐵心完整，腐蝕程度較輕的鐵器，可分為電化學還原法和電解還原法。

（三）鐵質文物的修補、加固與做舊

鐵質文物的黏結需要根據鐵質文物殘缺銹蝕程度的差別而采用不同的粘接手法。當鐵器呈碎塊時，可以利用硝酸纖維素、碳纖維布、環氧樹脂拼對粘接。為了確保器物各部分不發生位移和變形，可以選擇在沙箱內進行操作，直至粘接部位完全固化再將修復的鐵器取出。腐蝕較輕、基體較好的可以用焊接法。鐵器腐蝕嚴重的，可以通過丙烯酸酯類樹脂溶液對剝落的鐵片進行粘接。對于器物上的裂縫，可以用原器物上的無害銹進行填充，再用聚丙烯酸酯類溶液進行滴滲修補加固，最后把斷裂面黏結。

出于恢復文物原貌、便于展覽的目的，對有缺失的鐵質文物，可以根據標準器型或利用幾何知識將殘缺部分補齊，利用酒精漆片調和礦物顏料對器物補配、粘接過的地方進行做舊，通過上色、做舊盡可能恢復鐵器的原貌。

（四）鐵質文物的封護

由于鐵自身化學性質較為活潑，很容易與氧氣、水及其他有害氣體發生化學反應而再次被腐蝕，因此應當對鐵器表面進行封護處理。可采用金屬緩蝕劑、磷化處理、涂蠟法、高分子材料等方法對器物進行表面封護。金屬緩蝕劑分為天然植物提取物、離子液體、氨基酸類緩蝕劑。磷化處理是利用磷酸鹽與鐵器反應生成一層致密的保護膜覆蓋在鐵器表面。鞣酸是一種強抗氧劑，與金屬反應生成一層不溶性保護膜。封護的滲透材料有微晶石蠟、氟碳樹脂丙酮溶液及三甲樹脂甲苯溶液。為保持鐵器的原貌進行表面封護以后，還需要進行消光技術處理。

四、鐵質文物的預防性保護

經過封護等修復保護處理后的鐵質文物雖然具有一定的防腐能力，但是還需要通過后續的保護工作來確保鐵質文物的安全。目前使用的各類文物保護材料由于其自身使用壽命的限制，最后會產生老化的現象， 失去對鐵器保護的能力。因此需要對經過修復保護處理的鐵質文物進行定期跟蹤調查，通過調查檔案，詳細記錄文物的變化情況，如果發現再次腐蝕的現象，應當及時對其進行文物保護修復處理。

另外，還需要通過控制環境條件來盡可能地延長鐵器文物保護修復效果的壽命，其中包括庫房環境及展廳環境。盡可能將鐵質文物存放在無氧、干燥、密閉的環境中，同時隔絕鐵器與有害物質接觸的可能性。鐵質文物的最適宜保存溫度為15-20℃、相對濕度為40%以下，且環境的日溫差少于5℃、環境鈤濕度差少于5%。

五、小結

對館藏鐵質文物進行研究保護，是更好的保護歷史，研究歷史的體現。鐵質文物因其具有成分含量、制造工藝、器形紋飾等信息，通過把鐵質文物作為實物載體，進而可以幫助我們了解古代社會的生產水平、金屬冶煉工藝、文化藝術觀念、宗教信仰、社會生活等方方面面的內容。

館藏鐵質文物的來源可分為出土、出水、傳世等，鐵質文物自身不同的結構成分、冶煉工藝及不同的保存環境，導致鐵器的保存狀況各有差異。保存環境好的鐵質文物依舊保留著較為完整的器型、紋飾銘文也較為清晰可辨;但保存環境惡劣的鐵器，則已經腐朽成碎片，器型、紋飾等信息均已無可判斷。

通過對被腐蝕的鐵質文物進行數據測量、成分檢測，分析出鐵質文物的受損情況，從而做出合理的修復方案，才能更好地實現更好保護保存鐵質文物的目的，發揮好博物館的收藏、保管功能。

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