鐵器文物腐蝕與保護的幾個問題

郭 星（鄭州二七紀念館，河南 鄭州 450000）

中國作為世界古國，有著源遠流長的文明，經過幾千年的發展，中國社會進入了新時代，對歷史文明的研究也越發重視。相關文獻記載，青銅器之后的許多鐵器是鐵和碳的合金。那個時代，中國普遍使用鐵器進行農業和手工業的生產，是人類社會又一次質的飛躍。我國出土的鐵器文物，由于長期埋在地下，損壞嚴重，即使在挖掘之后，由于周圍條件的影響，內部腐蝕也會繼續，難以保持其完整性。創新保護鐵器文物完整性的方法，發掘古跡，開展相關歷史文化研究，采取必要的防腐措施，對現代鐵器文物的維護和修復尤為重要。鐵器文物的傳統維護程序通常是先將鐵器文物清洗干凈，再對鐵器文物表面進行處理，然后經過一系列工藝達到最終的效果。因此，研究鐵器文物的防腐機理和防腐方法對于維護文物的完整性非常重要，這也是今后鐵器文物保護的發展目標。

一、鐵器文物腐蝕的原因

由于鐵的化學性質比較活潑，在自然條件下，鐵比青銅更難儲存，而影響鐵器文物腐蝕的因素有鐵器內因和外因兩大類。化學元素周期表顯示，鐵的位置比較靠前化學性質活潑，導致鐵器文物的后期保養工作格外困難。在古代，鐵是通過低溫熔煉鐵礦石而獲得的，冶煉得到的鐵本身就處于不穩定狀態，一旦遇到外界環境的刺激很容易發生變化，并且對水、氧和鹽等物質敏感。鐵器文物生銹現象，常被文物工作者稱為金屬腐蝕，影響鐵制品腐蝕的因素是復雜的，大致分為以下幾個方面。

一是，鐵器的內部結構容易受到嚴重的電化學腐蝕，白口鑄鐵有滲碳體膜，但松散的氣孔會使腐蝕性物質滲入鑄鐵，引發化學反應。

二是，鐵是一種易氧化、易腐蝕的活性金屬，如果土壤透氣性好，土壤內的含氧量就很高，對鐵器文物的腐蝕性很強，而土壤滲透性差且含氧量非常低，土壤對金屬的腐蝕會較慢。土壤是由多種成分組成的，包含固體、液體。大多數土壤的pH為中性，但也有pH高于7.5的堿性土壤和pH小于7的酸性土壤。土壤的pH因地區而異，水、鹽、氧、微生物的含量不同，因此鐵器文物的腐蝕程度也不同。酸性土壤的腐蝕性更強，產氫的陰極反應可以在pH較低（pH<4）的土壤中進行。

三是，鐵器文物在大氣儲存中出現腐蝕現象，大氣腐蝕是最常見的鐵腐病類型，一些長期存放在展廳和博物館中的鐵制品腐蝕被歸為大氣腐蝕。大氣腐蝕與濕度、溫度、灰塵和鹽分等因素的影響密切相關。其中，干空氣腐蝕是指鐵器文物表面沒有水或水膜時的一種空氣腐蝕，而濕空氣腐蝕又稱干氧化和低濕腐蝕，是在鐵器文物表面形成一層薄薄的水膜時形成的。鐵器文物上的水膜層是肉眼看不見的，其是由于毛細作用、吸附或化學冷凝作用而在金屬表面形成的，在發生腐蝕反應時表現為濕度增加，會有一些污染物附著在文物上。另外，隨著濕度的增加，化學反應速度加快，鐵器文物的腐蝕速率也隨之加快。

二、鐵器文物的保護方法

（一）鐵器文物表面清潔、除銹處理

除銹就是盡可能修復鐵制品的腐蝕部位，其目標是去除外層的松散銹跡，保持內層的結構嚴重，并不斷增強鐵基體的穩定力。其中，易碎鐵器的清洗和除銹主要采用機械方法，當與鉆器結合使用時，可用竹刀或手術刀等工具去除表面的污垢和其他沉積物，并去除外層的松散銹跡。如果鐵器文物不完整，可以用化學試劑或電化學方法對文物進行清洗，常用的有磷酸鹽和檸檬酸。工作人員在除銹前應做好一定的記錄，包括測量文物尺寸、文物修復前后攝影、X射線銹層分析等程序，再用小刀或皮卡等專用工具對生銹區域進行剝離、雕刻、去除表面較厚的銹層和大部分銹塊。在大多數情況下，人們使用酸性溶液和酸洗緩蝕劑來進行連貫的除銹處理，將少量酸性溶液加入大量水中，并在其中浸入鐵銼以處理淺銹。

圖一 鐵器文物腐蝕

（二）鐵器文物的脫鹽處理

脫鹽任務的主要目的是去除鐵制品表面和內部的污垢。因為，文物上的污垢會加快鐵的腐蝕，影響后期的維護工作，應及時處理。在脫鹽處理過程中，用去離子水超聲波清洗或用5%的碳酸氫鈉進行超聲波清洗，通過冷熱置換去除可溶性鹽類，并定期更換溶液，直到檢測溶液中氯離子的濃度在4毫克/升以下。在脫鹽過程中，可以將文物上的污漬煮沸，用蒸餾水洗滌，然后在堿性溶液中浸泡，并在脫鹽后用去離子水反復洗滌，用乙醇溶液浸泡，進行脫水，自然干燥。根據中國鐵器文物的腐爛情況分析，蒸餾水是最好的洗滌劑，反復洗滌鐵器文物可以徹底去除油污和可溶性鹽類，并注意將清洗后的鐵器文物進行及時烘干。

（三）鐵器文物的加固和修復處理

鐵器文物維護過程中，采用加固方法保持鐵制品的原有外觀和完整性，防止鐵器裂紋部位擴大。矯形主要是一種通過矯正器械對形狀變化的部位進行矯正處理，主要是由于外力的擠壓或裂縫造成的鐵器文物損傷。修復工作主要針對鐵器的脆弱部位，根據鐵器文物的腐蝕損壞強度，可以選擇環氧樹脂和聚丙烯酸酯將斷鐵修復。根據實際情況，可以選擇彌補缺失或不完整的部分。此外，鐵器文物受儲存環境影響很大，因此控制環境的溫度和濕度對于金屬文物的儲存非常重要。

（四）鐵器文物的封爐處理

作為鐵器文物維護的最后一步，也是最重要的一步，表面封爐可以實現對鐵器文物的長期有效維護。在鐵器封爐過程中，較好的鐵密封劑是有機硅類物質，它可以有效地將鐵與外界隔離，防止鐵的進一步腐蝕。但此類物質的價格昂貴，而且處理后的鐵器文物外觀顏色會稍暗，一般會選擇氯仿或乙酸丁酯溶液來完成封爐工作。常用試劑的質量分數為1%～5%。在通風柜內，用軟毛刷刷工件表面，將鐵器工件表面密封，即在鐵器上涂一層緩蝕劑，防止其與空氣接觸。此外，微晶白蠟也可用于密封，借助白蠟熱熔性、流動性、耐水性、可逆性、無色透明、價格高等獨特優勢，保養鐵器文物表面。其中，具體方法是將微晶白蠟加熱融化，浸泡在儀器中，待泡沫消失后取出，或用刷子適當加熱，將融化的微晶白蠟直接涂抹在儀器表面即可。

（五）鐵器文物的緩蝕技術

鐵器文物的腐蝕可以通過相應的處理得到有效控制，但仍存在隱藏腐蝕的風險，必須采取相應措施延緩腐蝕。緩蝕技術是鐵制品常用的防腐技術，緩蝕劑主要用于鐵文物的表面，從而延緩鐵制品的腐蝕速度。下面詳細介紹一些最常用的緩蝕劑。

一是單寧酸絡合物緩蝕劑，主要是由適量的單寧酸和硅酸鈉以及乙醇胺混合而成的試劑，在鐵器文物表面形成一層穩定均勻的薄膜，可有效提高鐵器文物的耐腐蝕性能，保持文物的外部形態和顏色不受影響。

二是復合氣相緩蝕劑，是緩蝕技術中最有效的一種試劑，可以在一定程度上將鐵器文物保持得很好，主要是因為試劑中的γ-FeOOH是高密度的，可以形成封閉性良好的保護膜，使得文物的抗氧化性更強。

三是硅酸鹽緩蝕劑，是由聚硅酸鹽組成的，試劑的酸堿值維持在中性范圍內，可以有效控制鐵器文物的腐蝕。硅酸鹽緩蝕劑的原料來源相對于其他試劑來說比較豐富，制作成本相對較低，受歡迎度也較高一些，可以用于各種鐵器品的緩蝕。

四是有機緩蝕劑，主要是利用一些高效低毒的有機材料來保護文物，常用的有機緩蝕劑有100多種，對環境的影響非常小，具有一定的生態價值。

（六）鐵器文物的磷化、鈍化

當鐵銹緩慢溶解時，會產生可溶性二價鐵離子，降低鐵制品的表面酸度，需要進行鈍化保存。在鐵器文物的鈍化工作中，可選擇RP維護材料對廢棄鐵制品進行包裝，在外部保留除氧劑，或將成品密封充氮儲存。鐵器文物的鈍化可以將鐵的腐蝕速率降低到接近于零，形成鈍化膜，最終形成不溶性穩定的磷酸鐵。鈍化膜是在鐵陽極電化學腐蝕過程中形成的，其目的是抑制電化學反應，從而有效阻斷鐵的進一步腐蝕。另外，在鐵器文物磷化過程中，建議采用硝酸鈉作為催化劑，磷酸用于維持溶液的酸度，兩者相互配合完成鐵器的儲存。此外，當濕度小于35%時，鐵相對穩定。常溫下，推薦存放金屬文物的絕對濕度為15%～40%，推薦溫度為15～20 ℃。

三、結束語

現代鐵制品是由鐵和碳組成的混合物或化合物，在外界環境的影響下，鐵器文物會發生化學反應或者受外界影響而發生化學反應。久而久之，鐵器文物的表面會一層一層掉落，直至完全生銹，不利于我國對歷史文化的研究探討。然而，鐵器文物在腐蝕后可以通過一定的方法進行修復。為修復后的鐵器文物提供有效的環境保護是穩定修復結果的關鍵，是其在學術研討會、展覽中使用的基礎。因此，相關工作人員應增強對于鐵器文物的保護意識，使用安全可靠的保護設備和方法。

圖二 出土鐵器文物