铁质文物腐蚀与保护措施之浅析

2020-03-08刘明轩

文物鉴定与鉴赏 2020年24期

刘明轩

摘要：我国保存完整的铁质文物十分稀少，其原因是铁是极容易受到腐蚀的材料，化学性质不稳定导致其难以保存和修复。目前我国出土的铁质文物一般都难以完成保护和全面修复工作，再加上早期的冶铁技术不成熟，导致铁质文物的纯度低。文章通过对铁的性质及影响铁化学性质的各方面因素进行分析，找到铁易受腐蚀的原因，同时提出铁质文物的保护与修复措施。

关键词：冶铁;青铜器;化学性质;修复

0 引言

我国作为世界文明古国，拥有灿烂悠久的文明。在经历了几千年的发展后，我国社会进入到现代化发展的新时期，在经济发展的同时，历史文化的研究却渐行渐远。对古代铁质文物进行保护与修复，能够找到历史的痕迹，从而进行相关的历史文化研究。

1 铁质文物腐蚀的机理及因素解析

1.1 铁质文物腐蚀机理

在铁质文物出土前，其所处的墓葬或建筑内部环境处于恒定状态，如土壤的透气性、水含量、土壤电阻抗率、溶解离子种类等都处于稳定状态。在铁质文物出土后，其所处环境瞬间与外界大气环境发生融合交换，各类因素活跃度发生变化，大气中的水分等物质快速对铁质文物进行侵蚀，加快其内部结构的变化，从而导致腐蚀破坏。铁质文物的腐蚀是其内部原因与外界环境因素共同导致的。因此，决定铁质文物出土品质的因素不单一且难以预防，这导致铁质文物在我国文物组成中极其稀少。

1.2 腐蚀的内部因素

因为铁的稳定性差、化学性质活泼，所以铁质文物容易遭到腐蚀破坏。古代冶炼的铁与现代的铁是不一样的，古代铁器多是灰口铸铁，也就是其中的石墨是网状结构，并且分布于铁素体内，相对而言则产生了阴极，在一些特殊条件下就会发生铁的选择性腐蚀，从而产生多孔的石墨骨架，这样的质变就是常见的石墨化腐蚀。这样的腐蚀多发生于含有微量元素的水质以及土壤或酸性液体中。石墨化腐蚀过程缓慢，但持续时间长，其腐蚀速度主要是由受腐蚀的石墨烯遗留物密度决定的。随着腐蚀遗留物厚度的不断增加，铁的腐蚀有一个递增、递减的过程，而这并非整个腐蚀的过程，仅仅是腐蚀的开始。再到铁的内部结构，腐蚀遗留物与石墨发生反应不断进行腐蚀，从而造成腐蚀面积不断增大，腐蚀面积增大则腐蚀残留物密度增加，最终因为腐蚀物表面积过大而阻挡进一步的腐蚀质变。

1.3 腐蚀的外部因素

铁质文物腐蚀的外部因素要远远多于内部因素，因为环境的不同，各地的温度、土壤、湿度、酸碱度大不相同，不同地区出土的铁质文物所受到的影响程度也不尽相同。

1.3.1 大气腐蚀

金属材质的器具暴露在空气中发生的腐蚀变化就是大气腐蚀。在铁质文物的腐蚀因素中，大气腐蚀是最常见的一种。举例而言，出土后的铁质文物陈列在展柜里，在长期的大气腐蚀作用下颜色或者密度发生变化，这一现象就是常见的大气腐蚀。大气腐蚀的化学解释是铁器暴露在大气中产生氧化反应，而氧气的组成包括水质以及大气中的杂质等对铁进行共同侵蚀。所以，大气腐蚀虽然是铁质文物最常见的腐蚀方式，但只要做好与大气的隔离工作，修复工作也较为容易。

1.3.2 土壤腐蚀

出土的铁质文物最常见的腐蚀的就是土壤腐蚀。土壤腐蚀是电解质的化学腐蚀，土壤中包含着水分、盐分以及杂质与氧气，容易对铁造成腐蚀。尤其是有些地区的土壤受到过污染或酸雨等侵害，土壤为强酸性，这类土壤中的铁质文物会很大概率遭到严重腐蚀。相比于强酸性土壤环境中出土的铁质文物，普通土壤中的铁质文物腐蚀程度还是较低的。强酸土壤的腐蚀机制也是由于其外部环境与铁质内部元素发生化学反应导致的，因此难以控制和防范。我国国土面积大，并且古代陵墓的分布较散，各地区陵墓土壤酸碱度不同，也正是因此，全国各地出土铁质文物的腐蚀程度是不同的，而且后期的持续腐蚀现象也是不同的。

1.3.3 海水腐蚀

海水是一种含有多种盐类近中性电解质溶液。在日常生活中，通过很多渠道我们可以了解到海底宝藏，其实海底宝藏中就包括一些铁质文物，沉船或者自然灾害导致的铁质文物落入深海也屡见不鲜。海水对铁质的腐蚀是非常严重和迅速的。海水的含盐量大，其化学分子与铁质中的化学分子进行快速反应，造成大面积且深入的腐蚀。海水腐蚀其实是氧去极化的过程，而海水中含有大量的氯离子，相比于大气中的氯气含量，海水中的氯离子更多且密度更大，因此任何金属器具长期处在深海之中都会受到海水的严重腐蚀。海水还有大电导率的性质，而电阻性阻滞很小，在任何金属表面都会形成活性大的微电池与宏电池，造成金属的剧烈腐蚀，并且会持续很长一段时间。铁质器具在海水中还会发生石墨化腐蚀，同时海水的流速以及冲击等都会对金属造成局部腐蚀。

1.3.4 二次腐蚀

二次腐蚀是铁器在遭受腐蚀之后表面所形成的铁锈对其自身的腐蚀。铁锈分为有害和无害两个种类，最好的辨别方式是，铁锈的面积大于铁质本身，则属于有害铁锈。而另一种在土壤中形成的铁锈，没有较强的附着力，自身也没有致密的保护膜，因此不会对铁器造成二次腐蚀，甚至这种铁锈不仅不会腐蚀铁器，还会形成一层保护膜，防止铁质进一步被腐蚀。

2 保护措施

2.1 脫盐清洗

从铁质文物的腐蚀机理可以清楚地了解到，在铁质文物出土之后，主要是氯化物组成的盐类继续腐蚀铁质文物的剩余部分，同时在不断地分裂之后又会继续产生新的腐蚀。因此，铁质文物出土后的唯一保护办法就是完全隔绝空气、水及盐这三类物质中的一类。对出土的铁质文物要进行脱盐清洗处理，而目前的脱盐清洗方式包括以下几种。

2.1.1 蒸馏水浸泡

蒸馏水浸泡脱盐是一种常见的铁质文物脱盐手段，并且很早就运用到文物的出土工作之中。具体的方法是将出土的文物浸泡到蒸馏水内，保证蒸馏水完全没过文物，并且保持在一定的温度中持续浸泡多个小时，直到蒸馏水中盐的浓度稳定，继续重复一遍上述做法，直至蒸馏水中的盐浓度降到最低，即说明铁质文物的脱盐清洗完成。

2.1.2 碱性溶液浸泡

铁质文物从海水中脱离出来后，将其置于碱性的溶液之中，同样也要遵循浸泡的规则，在碱性溶液中，铁质文物表面腐蚀物的氯离子被另一种离子所取代，这种离子就是氢氧根离子。碱性溶液浸泡是一个平衡的过程，氯离子在碱性溶液中释放的量以及速度都是伴随着酸碱值的变化而变化的，并且随着碱性溶液中氯离子的浓度升高而减小。碱性溶液的种类很多，如NaOH溶液以及其他多种碱性溶液。碱性溶液浸泡的脱盐方法早在17世纪就已被证实是可行的。

2.1.3 其他方法

对于铁质文物的脱盐并非只有上述几种方法，煮沸法、蒸汽溶法、离子电泳法以及电解法等都可以完成铁质文物的脱盐。在所有的铁质文物脱盐工作中必须遵循的原则是：在浸泡完毕之后，务必使用蒸馏水对铁质文物进行漂洗，除去在浸泡过程中产生的残留化学药物。另外，将去离子水加热至80摄氏度对文物进行反复浸泡也可以达到清理作用。

2.2 干燥保存

通过上文的介绍，我们可以清晰地了解水对铁质文物的破坏性极强，因此在进行过各种有水参与的脱盐处理后，都必须进行干燥处理，防止水对铁质文物进行二次或多次腐蚀。干燥处理的办法有多种，如自然风干、鼓风风干、化學试剂干燥等，其中最好的干燥处理方法是电热箱烘烤或红外灯光照射。

2.3 外表保护

铁质文物要想进行长期的保存或展出，就要对器具进行表面的封护，其目的是隔断铁质表面与大气层之间的接触，具体的保护手段是在铁质文物表面涂刷缓蚀剂。在缓蚀剂的选择上，一般缓蚀剂都具有挥发性，因此要想长期保存防护，必须要选择合适的防护剂，从而对铁质文物进行较好的封护。在进行过优良的表面封护工作处理后，铁质文物的腐蚀速度降低。由于文物本身就是非常特殊的保护对象，所以在对文物进行保护过程中，除了封护剂、缓蚀剂的选择要慎重外，还要遵循相关原则，借鉴他人的优良之处，保障铁质文物的处理与保存。

①遵循“修旧如旧，保护原貌”原则，不造成文物原貌损坏，保证文物的真实完整性。

②利用现代科技手段，在文物保护中体现科学性。

③在材料的选择与替换中，做到材料性质一致性。

④为保证后期的可再修复，保护工作要具有可逆性。

⑤符合相关规定，办法合理，不会对环境造成大面积污染。

在当下，世界各国对铁质文物的保护材料总体分为有机与无机两种。无机保护材料主要包括无机缓蚀剂、磷酸盐保护法、鞣酸盐保护法等，有机材料则指适用于涂料的聚合物。

2.3.1 石蜡保护

现如今，为了保证文化传承质量，需要关注馆藏文物保护工作的有效开展。利用石蜡对文物进行保护与处理是早期最常见的封护保存方法。虽然石蜡具有一定的封护作用，但是其自身的化学性质不稳定，不耐高温且会让铁质文物的表面产生油腻感。

2.3.2 环氧树脂保护

这种文物保护剂的种类较多，其中最常用的是比酚A型环氧树脂。环氧树脂保护剂与固化剂相融合后，有着低温、低压下固化状态，因此其收缩率低，具有良好的物理性能以及绝缘性能。同时，这种保护剂具有优良的黏合力，因此对碱性介质稳定，并且可以与其他类试剂混合使用。

2.3.3 丙烯酸树脂保护

丙烯酸树脂由两种物质组合构成，即甲基丙烯酸甲酯+丙烯酸类衍生物。树脂具有对光、热、化学分解都稳定的特性，同时拥有良好的弹性。用丙烯酸树脂制成的试剂具有耐受性、耐老化、耐湿热环境以及其他特殊环境的特点，因此受到文物保护界的好评，得到广泛应用。