由銻元素在雕母銅材中的應用分析雕母的制作工藝

巴達拉

摘 要：文章通過銻元素在古錢幣中的應用，分析了銻元素對制作雕母及鑄母幣的影響，并得出通過銻元素的應用可以解決雕母切削表面的光滑度和鑄母幣表面的光滑度問題，在印范時可以達到錢局要求的印范不掛沙的目的。

關鍵詞：銻元素;雕母;切屑;切削表面;粗糙度;精美度

我們通過對古錢幣銅材的金屬成分檢測分析，發現一枚明崇禎通寶錢幣的黃銅成分中含有銻元素。銻元素是一種金屬元素，這種元素質堅而脆，容易粉碎，無延展性，在冶金中主要用于制造合金，加入黃銅中可以合成易切削銻黃銅。那么，古人為什么會在錢幣的黃銅中加入銻元素呢？銻元素的應用會對古錢幣制作產生什么影響呢？我們通過雕母的制作來分析銻元素對制作古錢幣的影響。

1 黃銅中加入銻元素的背景分析

據清代錢幣收藏家鮑康所著的《大錢圖錄》記載：“每改元鑄新錢時，先選至潔之象牙刻做樣錢呈‘錢法堂侍郎鑒定，然后以精銅鑿成祖錢（惟老啟盛齋頂戴鋪精此技，印范不掛沙），其穿口（局呼金口）非錢局人不能鑿，再用祖錢翻砂鑄母錢。以后開鑄，則悉用母錢印范，頒發各省者亦謂之母錢，外省呈進者為樣錢”，由此可知，雕母表面應具備印范不掛沙功能。根據雕母印范掛沙的原因可將其表面分為雕母打鑿表面和雕母切削表面。雕母打鑿表面掛沙主要是因為外力擠壓其與錢范中對應沙面導致粘連造成的。在制作錢幣時，可以通過選用黃銅和采用冷鍛加工制作錢體坯子的方法提高其光滑度，達到印范不掛沙的目的。雕母切削表面掛沙主要是因為其表面刀痕接觸錢范沙面導致粘連造成的，而雕母切削表面光滑度在古代出現黃銅雕母后很長一段時間內都無法得到提高，且無法達到錢局要求的印范掛沙程度。即便提高雕刻匠人的雕刻技術、改進雕刻刀具以及去除刀痕等方法都無法達到錢局的要求。因此，黃銅雕母切削表面的印范掛沙問題成了一直無法突破的難題。

2 雕母切削表面出現印范掛沙的原因分析

雕母錢文是由雕刻匠人用刀具在錢幣模型錢體上通過切削方法雕刻完成的。然而雕刻匠人用刀具在銅材上雕刻錢文時必然會在切削表面留下刀痕，而這些刀痕通過包括提高雕刻匠人的雕刻技術、改進雕刻刀具以及雕刻完錢文后再去除刀痕等方法都無法達到消除刀痕的目的。因為在錢幣模型表面雕刻文字時其黃銅（早期雕母黃銅是一種易切削的鉛黃銅）切屑呈現細長的短針狀，而這種細長短針狀切屑會導致切削表面不平整，甚至會出現因切屑未斷裂而形成的毛刺狀表面。其不平整或毛刺等狀況很難通過上述方法達到光滑平整，使錢幣模型切削表面變得粗糙（表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離很小，一般在1毫米以下，它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小，則表面越光滑）。而這種粗糙的切削表面在印制錢范的過程中接觸到錢范中的沙面時很容易出現粘連掛沙現象，影響錢范的精美度。所以，雕母切削表面出現掛沙是因為雕刻雕母錢文時由刀痕導致其切削表面粗糙造成的，且切削表面越粗糙越容易掛沙，反之則會減少掛沙概率。

3 錢局對雕母切削表面光滑度的要求分析

我們知道，在任何物體上進行雕刻時都會留下刀痕，而且這些刀痕是無法完全消除掉的，有些刀痕雖然肉眼看不見，但在顯微鏡下觀察還是能看到的。而制作雕母及鑄母幣刀痕導致的粗糙表面會在印范時出現掛沙現象。雖然雕母切削表面的掛沙現象不會嚴重影響翻鑄錢幣的清晰度，但會影響翻鑄錢幣的精美度。所以，在制作錢幣過程中為了盡量減少印范掛沙程度，錢局會要求錢幣制作匠人把雕母切削表面因刀痕導致的粗糙情況盡量去除掉。但是，既然物體上的刀痕無法完全消除掉。那么，在制作雕母時，錢局要求把切削表面出現的刀痕消除到什么程度呢？又要求其粗糙度需要控制在什么標準的呢？

其實，錢局對雕母表面不同部位光滑度的要求是不一樣的。因為，雕母打鑿表面的印范不掛沙情況決定錢范文字等凸出表面輪廓的完整度，決定翻鑄錢幣文字的清晰度，是識別錢幣的硬性指標。所以，錢局對其光滑度要求應該是印范時絕對不掛沙，但是雕母切削表面的光滑度在一般情況下不會左右錢范文字的清晰度，只是決定翻鑄錢幣的精美度，是感性認識的軟性指標，且不同時期的技術條件并不一樣，雕母切削表面可以達到的光滑度也不一樣。所以，錢局對雕母切削表面光滑度的要求是允許出現一定的印范掛沙情況。從明代出現黃銅雕母初始，因技術條件所限，錢局對雕母切削表面光滑度的要求僅是以不破壞錢文整體立體形狀的原則為基礎，允許其有一定的粗糙度，對翻鑄錢幣的精美度會通過精修錢范來適當提高。而隨著科技的發展，冶煉出了性能更優異的黃銅，可以雕刻出更光滑的切面，錢局也會隨之相應提高了對雕母切削表面光滑度的要求。我們得出結論：黃銅切削表面光滑度會隨著科技進步而不斷提高，錢局對雕母切削表面光滑度的要求也會相應提高。所以，錢局對雕母切削表面光滑度的要求是根據當時技術條件下能夠達到的光滑度上限為依據的。在當時技術條件下，雕母切削表面的光滑度越好，在印范時就越不易掛沙，對錢范的精修工序就越少，翻鑄的錢幣也就越精美。又因雕母切削表面光滑度影響的是翻鑄錢幣的精美度，并不直接影響錢文的清晰度。所以，對切削表面光滑度的要求也沒有打鑿表面那樣高。在制作錢幣時，錢局對雕母打鑿表面光滑度的要求最高，而對切削表面的光滑度要求相對低一些，其中地章光滑度對翻鑄錢幣精美度的影響要大于切削側壁。因為人們觀察錢幣時一般會重點關注錢幣的文字、內外郭和地章等部位的表面精美度，不會刻意關注錢幣切削側壁，尤其對外郭內側壁光滑度要求更低一些。因為人們觀察錢幣時不僅對外郭內側壁關注度低，即便需要精修錢范中的外郭內側壁，也屬于錢范中比較容易修改的部位。所以，古錢幣中會出現雕母外郭內側壁沒有鑄幣規整的現象。

綜上，在制作雕母時錢局對其表面不同部位的光滑度要求是不同的，雕母打鑿表面的光滑度影響錢范的清晰度，所以錢局對其光滑度要求最高。雕母切削表面的光滑度僅影響錢范的精美度，所以錢局對其光滑度要求次之，而對雕母地章的光滑度要求高于側壁。另外，不同時期錢局對雕母切削表面光滑度的要求也是不同的，其要求是以當時的技術條件下能夠達到的切削表面光滑度的上限為依據的。

4 解決雕母切削表面光滑度的方法分析

雖然錢局對雕母切削表面光滑度的要求相對低一些，但其光滑度畢竟影響翻鑄錢幣的精美度和精修錢范的煩瑣工序。所以，錢局在錢幣制造的發展過程中會始終督促雕母制作方，促使其雕刻出更光滑的雕母切面。雕母制作方在錢局的督促要求下也會不斷想辦法提高雕母切削表面的光滑度，而且在雕刻錢幣的過程中發現了不同的物體也會影響切削表面的粗糙度。這是因為不同物體的切屑形狀不同，會導致其切削表面的光滑度也不同。例如，在削鉛筆時，無論什么人用什么刀具采用什么方法或力度切削鉛筆，其木桿和鉛芯的切削表面粗糙度都不一樣，這是因為兩種物體的切屑不同導致的。從而推斷出，不同性能黃銅的切屑若不同，其切削表面光滑度也會不同。所以，通過改變黃銅的性能來改善黃銅切屑以提高其切削表面的光滑度成了解決雕母切削表面掛沙問題的重要攻關技術項目。

根據現代金屬加工行業，把塑性金屬切屑主要分為帶狀切屑、節狀切屑（擠裂切屑）和粒狀切屑（單元切屑）。

帶狀切屑是最常見的一種切屑，它的內表面是光滑的，外表面是毛茸狀的。如用顯微鏡觀察，在側面上也可以看到剪切面的條紋，但每個層片薄，肉眼看起來大體是平整的。在加工塑性金屬材料時，切屑厚度較小，切削速度較快，刀具前角較大，得到的往往是這類切屑。其切削過程比較平穩，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。節狀切屑是外弧表面成鋸齒形，內弧表面有時有裂紋，這種切屑大都在切削速度較低、切屑厚度較大的情況下產生。粒狀切屑是當切屑形成時，如果整個剪切面上剪切應力超過了材料的破裂強度，則整個單元被切離，成為梯形的粒狀切屑，由于各粒形狀相似，所以又叫“單元切屑”。三種切屑中帶狀切屑的切屑厚度較小，切削速度較快，切削過程比較平穩，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。所以，當塑性金屬切屑形成帶狀切屑時已加工表面最光滑。結合舒學鵬、肖來榮、易丹青、覃靜麗、張路懷、張喜民等人于2008年在《鑄造》期刊第一期中發表的《銻黃銅組織與性能的研究》記載：“無鉛銻黃銅和鉛黃銅HPb59-1合金的切屑中，兩種合金切屑的尺寸都較小。鉛黃銅HPb59-1合金的切屑細長，呈短針狀，無鉛銻黃銅的切屑為碎片狀，它的內表面呈光滑狀;無鉛銻黃銅的切削過程較平穩，波動較小，已加工的合金表面光滑，表面粗糙度較小，可初步認定切削性能與鉛黃銅HPb59-1相當。在鉛黃銅中，鉛不溶于黃銅，呈游離態均勻分布，切削時在刀頭與屑的接觸局部受熱而瞬間熔化（熱脆），這有助于改變切屑的形狀，并起到潤滑工具的作用，故其切削性能良好。無鉛銻黃銅中分布有含銻脆性化合物第二相粒子，與刀刃接觸時在剪切應力的作用下易于破碎，斷口處接觸的金屬發生應力集中，很容易萌生裂紋并擴展，使切屑很快斷裂而不連續長大，減小切屑的尺寸，從而提高了無鉛銻黃銅的切削性能”。由此可見，銻元素可以改善黃銅的切屑。加入銻元素的黃銅切削過程平穩，波動較小，其切屑容易斷裂破碎，從而減小切屑尺寸并使其呈碎片狀，使黃銅切削表面呈光滑狀。可以推斷明代末期，人們在黃銅錢幣中加入適量銻元素是為了提高其切削表面的光滑度。

從明崇禎通寶中檢測出銻元素來看，明代晚期開始人們對銻元素的合金性能已經有了較好的了解。已經通過在黃銅中加入適量銻元素，冶煉出了可以改善切屑的含銻黃銅。含銻黃銅的切削表面相較無銻的鉛黃銅有更好的光滑度。用含銻黃銅制作雕母可以改善其切屑形狀，顯著提高雕母切削表面的光滑度，可以明顯減少雕母切削表面在印范時的掛沙程度。我們從含有銻元素崇禎通寶的切削表面可以看出，其相較不含銻元素的同版黃銅錢幣的切削表面明顯更光滑。說明古人在黃銅中加入銻元素是為了提高雕母切削表面的光滑度，也為了減少錢局對錢范精修的煩瑣工序。當然，雕母黃銅中加入銻元素也并不能完全消除刀痕，因為即使用現代先進的拋光技術也無法將刀痕完全消除掉，何況古代消除刀痕技術相對落后，對雕母切削表面光滑度的提高也是有限的。所以，古人在雕刻錢文時還會把側壁刀痕切削方向與拔模方向雕刻成一致的方向，就是因為拔模時與拔模同向的刀痕受到的阻力小，可以減少印范掛沙量，在一定程度上彌補無法完全消除刀痕的缺陷。

綜上，古人在制作錢幣時，為了印制出規整精美的錢范，簡化對錢范中雕刻瑕疵的煩瑣精修工序，通過在黃銅中加入適量銻元素的方法，冶煉出了一種可以改善切屑的含銻黃銅。用含銻黃銅制作雕母可以進一步提高雕母的切削表面光滑度，減少雕母切削表面在印范時的掛沙程度，可以進一步提高雕母及鑄幣的精美度并減少精修錢范的煩瑣工序。

5 古人在黃銅錢幣中加入銻元素的意義分析

明代末期銻元素在黃銅錢幣中的應用說明，從那時開始人們對銻元素的冶煉技術和合金性能已經有了較好的掌握和了解，且已經開始探索雕母黃銅切屑的種類以及其對切削表面光滑度的影響，并開始根據改善切屑形狀的方法逐步提高雕母切削表面的光滑度，為以后能夠制作出更精美的雕母奠定了基礎。

我們知道鑄母幣也是用來印制錢范的，而在翻鑄母幣的過程中其表面會出現鑄痕導致的粗糙表面，這種粗糙表面在印范過程中也會出現掛沙現象，也會破壞錢范。但是通過在鑄母幣的黃銅中加入適量銻元素可以改善鑄母幣的切屑。當鑄母幣表面出現影響印范的粗糙表面時可以通過加刀處理，提高鑄母幣表面的光滑度，并在印范時減少掛沙情況。可見銻元素在古錢幣制造中的應用不僅可以改善雕母切削表面的光滑度，還可以改善鑄母幣表面的光滑度，并通過改善雕母切削表面和鑄母幣表面的光滑度可以印制出更規整光滑的錢范，減少精修兩種錢范的煩瑣工序，為翻鑄更精美流通幣創造了條件。

由此可見，銻元素的應用對于古錢幣制作非常重要，在古錢幣制造的發展過程中具有里程碑的意義。如果說在我國古錢幣制造中，鋅元素的應用解決了用銅質雕母直接印制清晰錢范的問題，銻元素的應用則是解決了用黃銅雕母印制精美錢范的問題。當然，在古代，鋅元素并不是提高雕母打鑿表面光滑度的唯一合金元素，銻元素也不是提高雕母切面光滑度的唯一合金元素。這是因為錢幣制造屬于每個國家或地區的機密工藝，錢幣的制作工藝技術不會隨意泄露出去。所以各個國家或地區的錢幣制作工藝技術都有所不同。例如，古代日本也用翻砂鑄幣法制造錢幣，但其冶煉的雕母銅材技術和我國的并不一樣。日本雕母的銅材中并不含鋅元素和銻元素，而是用銅元素和鐵元素冶煉出了一種銅鐵合金，這種合金結合了銅和鐵的優點，具有較好的切削性，也有良好的延展性和表面光滑度，他們用這種銅材制作雕母，也可以達到錢局要求的印范不掛沙功能。

6 結論

銻元素在古錢幣制造中的應用開啟了人們對金屬切屑形狀的探索，掌握了切屑形狀對金屬切面的影響，并解決了雕母切面光滑度的問題和鑄母幣表面因鑄痕導致的粗糙問題，減少了對錢范的精修工序。為之后可以制作出更精美的雕母和鑄母幣奠定了基礎。所以，銻元素的應用在古錢幣制造的發展過程中具有劃時代的意義。

參考文獻

[1]鮑康.大錢圖錄[M].北京：北京大學出版社，1989.

[2]舒學鵬，肖來榮，易丹青，等.銻黃銅組織與性能的研究[J].鑄造，2008（1）：59-62.