遼寧省博物館館藏鐵錛文物的科學保護與修復

摘要：通過掃描電子顯微鏡及能譜分析儀（SEM—EDS）、激光誘導擊穿光譜儀（LIBS）、二維X射線探傷等測試手段，對遼寧省博物館館藏的一件鐵錛文物進行了詳細的科技分析。在全面病害調查和評估的基礎上，經過充分的論證，制定出鐵錛文物的保護修復技術路線，遵循最小干預原則，通過清洗、脫鹽、緩蝕、封護等修復措施，恢復文物強度，滿足展覽需求，使之能夠長期保存下去。

關鍵詞：遼寧省博物館；鐵錛；保護修復

遼寧省博物館藏有一件高句麗時期的鐵錛（圖1），吉林集安十七號墓發掘出土，1952年入藏，現存于該館考古庫房，文物級別為三級，文物分類號為考160。鐵錛長10.9厘米，刃寬6厘米，褲寬4厘米，重214克。其褲部有腐朽木質殘留物，銹蝕嚴重。2021年4月，遼寧省博物館館藏高句麗金屬文物保護修復項目啟動，因該件鐵錛文物是高句麗時期生產工具的典型代表且保存狀況堪憂，因此入選項目保護修復清單。鐵錛從庫房提取到文物保護部門后，完成基本信息采集，進行詳細的病害評估和科技分析檢測，編制保護修復方案，方案通過專家評審后，正式開展鐵錛文物的科學保護修復工作。

一、鐵錛病害調查

根據鐵質文物保護修復流程和操作規范，在對鐵錛文物本體保護修復前，要仔細記錄文物的保存現狀，進行病害調查工作，全面了解鐵錛文物的病害種類和發展趨勢，按照金屬類文物可移動文物病害評估技術規程的要求，開展此件鐵錛文物的病害評估工作。通過目視觀察發現，這件鐵錛文物的保存狀況堪憂，如不加以保護修復則面臨消亡的危險。鐵錛表面可見之前技術人員封護留存的石蠟痕跡，由于時間較長，石蠟已基本崩裂脫落。鐵錛的褲部大部分已殘缺，殘留部分存在較大裂隙、斷裂和變形，層狀剝離和銹蝕非常嚴重，幾乎全部礦化，刃部大面積存在點腐蝕和表面硬結物。鐵錛文物的病害類型包括表面硬結物、點腐蝕、殘缺、斷裂、裂隙、變形、層狀剝離、礦化等，其中主要病害是礦化、點腐蝕和表面硬結物，次要病害是殘缺、裂隙和變形。根據病害調查情況和統計結果，繪制了鐵錛文物的詳細病害圖（圖2）二、鐵錛檢測分析

為全面了解鐵錛文物的內部結構強度、本體腐蝕情況、銹蝕物元素成分和微觀形貌狀態，以便有針對性地制定科學合理的保護修復技術路線和措施，我們利用X射線無損檢測、激光誘導擊穿光譜分析儀和掃描電子顯微鏡及能譜分析儀對鐵錛進行了科學的分析。

（一）X射線無損檢測

在不影響鐵錛文物本體的情況下，利用多功能工業2D X射線成像系統Phoenix v|tome|x s對鐵錛進行無損檢測分析，測試參數：電壓200KV，電流80μA，曝光時間20s。由于X射線在穿過鐵錛的過程中強度會發生衰減，因而在鐵錛的不同區域就會形成強度分布不均的圖像，所以X射線無損檢測可以發現肉眼無法識別的鐵錛內部結構信息、整體腐蝕情況和礦化程度等。

通過X射線無損檢測照片（圖3）可知，鐵錛褲部可以清晰地觀察到制造時殘留的氣泡，以及大量細小的裂紋，能夠判斷褲部銹蝕非常嚴重。褲部以下至刃部區域整體較為致密，刃部邊緣較薄，適合生產作業，符合農業生產用具的特征。

（二）激光誘導擊穿光譜分析

利用手持式激光誘導擊穿光譜系統APL LIBSCAN25+對鐵錛是否含有氯元素進行分析，測試條件：激光器波長1064nm，脈沖能量40—50mJ，脈寬4—6ns，6通道光譜儀，波長范圍185—900nm。通過鐵錛LIBS譜圖（圖4）中766.38nm的特征峰，可以定性地判斷鐵錛含有氯元素，氯離子是鐵錛不穩定和銹蝕循環發生的主要因素[1]。因此，為了阻止鐵錛腐蝕進一步發生，使其長久地保存下去，在保護修復時必須對鐵錛進行脫鹽去氯處理。

（三） 掃描電子顯微鏡及能譜分析

利用飛納Phenom Pro-X電鏡能譜一體機對鐵錛表面進行微觀形貌觀察和元素含量測定，測試條件：掃描電鏡為CeB6燈絲，加速電壓15KV及相應電流，能譜儀分辨率Mn Kα≤137eV。

通過鐵錛掃描電鏡圖片（圖5）可知，鐵錛表面通體銹蝕，未見鐵質的基體，表面被厚厚的銹蝕產物和土垢所覆蓋，銹蝕物呈疏松狀態并存在嚴重的龜裂現象。

通過鐵錛能譜分析結果（圖6）可知，鐵錛測試出的主要元素是鐵、氧、氯、硅、鋁、硫、磷等。鐵和氧元素的重量百分比超過90%，說明這件鐵錛制作時篩選的原料純度相對較高，所含雜質較少，也從側面證明了高句麗時期人們已經具備從采礦、提煉到鑄造和鍛打的全流程能力，其冶鐵技術已經較為發達。氧元素的重量百分比較高，是因為空氣中游離的水分與鐵錛發生電化學反應生成的各類含鐵氧化物較多所致[2]，表明鐵錛本體銹蝕嚴重。硅、鋁、硫、磷等元素應是鐵錛表面土垢所引入。此外，測試結果中氯元素的重量百分比為4.69%，與激光誘導擊穿光譜分析所定性確認氯元素存在的結論相符。

三、鐵錛保護修復工作

（一）技術路線

在病害調查和科技分析檢測工作的基礎上，本著最小干預、不改變文物原狀和保護修復材料可再處理三大原則，將現代保護修復理念與傳統金屬修復工藝流程相結合，通過充分論證，制定出科學合理的保護修復技術路線（圖7）。

（二）工具與材料

1.保護修復工具

保護修復使用的工具包括軟毛刷、電動打磨機、電熱風槍、超聲波潔牙機、量筒、燒杯、藥匙、塑料箱、電子分析天平、體式顯微鏡、便攜式PH計、便攜式電導率儀等。

2.保護修復材料

保護修復使用的材料包括無水乙醇、丙酮、EDTA二鈉鹽、硝酸、硝酸銀、氫氧化鈉、單寧酸、聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸樹脂Paraloid B-72、去離子水、脫脂棉、硫酸紙、標簽紙、聚乙烯薄膜、橡膠手套、防塵口罩等。

（三）主要步驟

1.清洗

由于鐵錛褲部的木質殘留物腐朽得非常嚴重，在清洗鐵錛之前先用1%的Paraloid B-72丙酮溶液加固褲部腐朽的木質殘留物，防止其清洗時碎裂脫落。按照無水乙醇、丙酮、去離子水體積比為1：1：1的比例，配置3A溶液，之后將鐵錛浸泡在3A溶液中，用小刷子輕輕刷洗鐵錛的表面，去除表面的浮塵。對于質地堅硬的表面硬結物，取少量脫脂棉蘸取適量的5%EDTA二鈉鹽溶液覆蓋在表面硬結物區域，待表面硬結物完全浸潤軟化后，用超聲波潔牙機小心仔細地清理鐵錛表面的硬結物。

2.脫鹽

使用0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液對鐵錛進行脫鹽去氯處理。在塑料槽里配制0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液，將鐵錛浸入溶液，用便攜式電導率儀測試溶液電導率的變化，用PH計測試溶液的PH值。期間定期更換脫鹽溶液，待溶液電導率值不變且為弱堿性時，用硝酸銀滴定法測試脫鹽溶液中是否還含有氯離子。若硝酸銀溶液無白色絮狀物沉淀，則表明溶液中氯離子去除干凈，結束脫鹽進程。脫鹽結束后將鐵錛從塑料槽取出，用去離子水反復沖洗干凈，徹底烘干。

3.緩蝕

緩蝕的目的是延緩鐵錛的腐蝕進程[3]，使用傳統的單寧酸對鐵錛進行緩蝕處理，單寧酸會與鐵原子形成配合物大分子保護層，從而延緩腐蝕反應的發生。配制0.5%的單寧酸緩蝕溶液，用軟毛刷蘸取單寧酸緩蝕溶液對鐵錛表面進行涂刷，第一遍涂刷鐵錛表面自然干燥后，沿著垂直方向進行第二遍刷涂，涂刷過程要求力度保持一致以求緩蝕膜的厚度均勻，同時注意涂刷過程中不要傷到鐵錛的本體。涂刷兩遍之后用去離子水反復漂洗鐵錛，避免緩蝕溶液的殘留，清洗后將鐵錛放入烘箱內徹底烘干，干燥后取出鐵錛，緩蝕工作完成。

4.表面封護

表面封護的目的是阻止空氣中游離的水分子、氧氣與鐵錛表面發生電化學反應，延緩鐵錛的壽命[4]。使用耐老化性及耐熱性好且化學性能穩定的聚乙烯醇縮丁醛高分子聚合物對鐵錛進行封護處理，配制3%的聚乙烯醇縮丁醛無水乙醇溶液，然后用軟毛刷蘸取聚乙烯醇縮丁醛溶液對鐵錛表面進行涂刷，要保證鐵錛表面全部被刷到，涂刷完成后將鐵錛放入塑料盒內，用聚乙烯薄膜封蓋，使溶劑緩慢蒸發，最后形成均勻的保護膜。

（四）保護修復檔案編制

鐵錛保護修復完成后（圖8），應嚴格按照館藏金屬文物保護修復檔案記錄規范的要求[5]，編制鐵錛保護修復檔案。要全面記錄鐵錛的保護修復基本信息、鐵錛保存狀況、分析檢測結果、保護修復記錄和保護修復日志，確保上述信息的完整準確。

四、預防性保護建議

鐵錛本體的保護修復只是延緩鐵錛壽命的一種急救措施，要確保鐵錛長久穩定地保存下去，還需對其采取預防性的保護手段。鐵錛保護修復后，應獨立地保存在無酸紙制作的囊匣中，保存環境的溫度應控制在20℃左右，相對濕度在35%以下。

參考文獻：

[1]顧來沅，葉琳，呂國瓊.重慶三峽地區考古出土鐵器的脫鹽保護[J].腐蝕與防護，2023，44（09）：76-82.

[2]馬清林，沈大媧，永昕群.鐵質文物保護技術[M].北京：科學出版社，2011：27-31.

[3]郭星.鐵器文物腐蝕與保護的幾個問題[J].收藏與投資，2022，13（11）：110-112.

[4]梁萍，李王程.鐵質文物保護中的材料選擇——從一件抗戰鐵刀的保護說起[J].文物鑒定與鑒賞，2020（20）：76-79.

[5]全國文物保護標準化技術委員會.館藏金屬文物保護修復檔案記錄規范：WW/T 0010-2008[S].北京：中國國家博物館，2009.

作者簡介：

栗榮賀（1982—），男，漢族。碩士研究生，文博副研究館員，研究方向：可移動文物分析檢測及金屬類文物保護修復。