试论馆藏铁质文物的保护

朱间珍

摘要：铁质文物在我国馆藏文物体系中占有重要地位，铁由于其化学性质较为活泼，容易与环境中的空气、盐、酸等发生化学反应，生成成分复杂、致密性差的铁锈，因此铁质文物在存放的过程中如果没有得到合理的保护，很容易腐朽甚至完全矿化。通过了解铁质文物的性质、腐蚀机理，从而探讨铁质文物的保护修复手段，研究铁质文物保护修复的方法，从而尽可能地减少馆藏铁质文物腐蚀，从而达到更好的保护馆藏铁质文物的目的。

关键词：铁质文物;腐蚀机理;修复保护

中国使用铁器的历史可以追溯到商代，北京平谷县刘家河商代中期墓葬中出土“商铁刃铜钺”及河南浚县商末周初的墓葬中出土的“铁援铜戈”可以作为例证，该时期主要利用的是自然铁即陨铁。春秋战国时期出现了炼铁技术，《左传》中记载链了晋国铸铁鼎。战国时期，铁器逐渐普及，农业迅速发展，手工业兴盛。到了秦汉时期，铁器得到了进一步的推广，到东汉铁器取代了青铜器。

铁质文物由于自身的特点，在内部条件及外部影响的不断作用下，产生各种铁的化合物。铁锈结构非致密性，导致锈蚀的发生不断深入铁器的内部。铁器是我国古代文物中的重要组成部分，博物馆中藏有大量的铁质文物，为研究古代经济、社会、生产水平、农业发展等提供着重要的参考和依据。只有研究铁器性质、锈蚀机理，从而得出修复保护的依据与方法，才能更好的保存保护馆藏铁质文物。

一、铁质文物的成分结构

一般的铁器均为铁碳合金。自然界的铁以化合物的形式存在，如磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeO（OH）·nH2O）、黄铁矿（FeS2）等。炼铁是通過利用碳的还原能力，对被氧化的铁化合物进行还原，从而得到金属铁。当含铁矿石在高温下呈熔融状态，碳与铁的化合物发生反应，还原出铁的熔融体。继续通入氧气把碳彻底氧化，即可生成铁水。碳在炼铁的过程中，提供还原反应的高温来源，同时C与氧气的不充分燃烧所产生CO，CO充当着反应的还原剂来还原铁矿石，最终充分反应生成CO2气体。在炼铁的过程中，碳还会溶解于铁水中，形成含碳量各异的渗碳体铁器，而含碳量的多少，也是判断铁的种类的依据。

含碳量、熔融温度、冷凝速度、器物的厚薄大小、锻打次数的差异，均使得铁器表现出不同的物理和化学性质。铁在结构上可以分为三类，即铁素体、铁素体与渗碳体的结合、铁素体与石墨体及渗碳体结合，这三类结果均为带有微孔的疏松结构，氧气、水分及地下水中的酸、碱、盐类均可不断通过微孔与铁发生反应，生成的铁锈化合物也是具有微孔的疏松结构，并不能阻止外界因素不断与铁器内部反应，导致铁器抗腐蚀能力差。根据含碳量的多少，可以将铁合金分为生铁、钢、熟铁，其中含碳量大于2.11%的为生铁，含碳量在0.02%-2.11%为钢，含碳量低于0.02%的为熟铁。根据制铁工艺及性能，可以分为块练铁、生铁、可锻铸铁和球墨铸铁。其中块炼铁通过锻打可以得到渗碳钢，生铁又分为白口铁、灰口铁和麻口铁。

二、铁质文物锈蚀机理

铁质文物不稳定的原因主要是铁器被腐蚀后难以形成致密的锈蚀。铁器的腐蚀主要分为三类，即化学腐蚀、电化学腐蚀、生物腐蚀。化学腐蚀是指铁器与其他化学物质直接发生化学反应，产生铁的化合物。铁器文物自身的多相组织会引起自身的电化学腐蚀，在大气中、土壤中、海水中、电解质溶液中可以发生电化学腐蚀。生物腐蚀是铁在铁器在铁细菌等微生物的作用下发生氧化反应，包括硫酸盐还原菌SRB引起的厌氧腐蚀;铁氧化菌、硫化菌和铁细菌等好氧菌引起的好氧腐蚀;黏稠性细菌膜生成菌引起的腐蚀;藻类、蕈类引起的生物腐蚀。

不同铁器的保存状况因其埋藏条件、处理方法的不同而各异。有些铁器尽管年代久远，由于埋藏条件很好，至今仍然保存良好;有些保存条件恶劣的铁器，出现了深度的腐蚀，基本完全矿化并酥解崩裂。保存状况良好的铁器表面常常有一层薄而致密的黑褐色的氧化物，起到防止铁器内部被锈蚀的作用;而保存状况欠佳的铁器，表面普遍有颗粒粗大的锈体，锈体疏松体积膨胀或发生片状剥离，并伴随不同程度的变形，铭文、花纹等重要信息也随之被破坏。

在湿度较高的环境中，铁器表面会形成一层水膜，铁器在水膜的作用下与氧气反应生成FeOOH。铁的化合物在水的作用下，也可以继续发生化学反应生成FeOOH及酸，产生的酸进一步氧化铁器，从而使得铁的氧化反应不断循环发生。如硫化铁（FeS）可以与在氧气和水的作用下生成稀硫酸（H2SO4），稀硫酸可以进一步氧化铁，生成Fe2+。

氯化铁（FeCl2）在水的作用下，生成盐酸（HCl），盐酸进一步与铁反应将铁氧化。

而三价铁离子亦可作为氧化剂与铁发生氧化反应，生成二价亚铁离子，二价铁离子在中性、酸性条件下进一步氧化生成三价铁离子。进而使得铁的氧化不断发生。

铁在中性或碱性环境的水溶液中腐蚀，发生如下反应：

Cl-、能影响铁器的反应，生成四方纤铁矿（β-FeOOH）、针铁矿（α-FeOOH）、纤铁矿（γ-FeOOH）等铁的化合物。同时，空气中的颗粒对会对铁器形成机械性摩擦损伤及化学反应氧化。

因此，铁器最佳保存环境应为无水、无氧、碱性、无酸性气体、无盐。其中铁的氧化还原反应必定与O2或H2O相关，所以在铁质文物的保存过程中，隔绝O2、H2O显得尤为重要。

三、铁质文物的保护修复

（一）铁质文物修复预处理

在进行铁质文物修复之前，需要先了解文物的信息。

需要对进行摄影、测量、记录器物的尺寸，进行三维扫描，记录修复前的原貌。对文物的病害进行描述，绘制文物病害图，文物病害包括断裂、残缺、表面硬结物、层状剥离、瘤状物及腐蚀等情况。利用显微镜、X射线探伤仪等来对铁器的材质构造、锈层进行记录分析。

通过取样，进行特定的化学反应来确定铁器锈蚀物中所包含可溶性盐。例如氯元素（Cl-）可以通过硝酸银滴定法，观察是否产生白色絮状物来判断;硫酸根离子（）可以通过往样本溶液中加入硝酸钡（Ba（NO3）2），如产生白色絮状物，且不溶于稀硝酸，则可以确定含有硫酸根离子。

（二）铁质文物的清洗与除锈

在进行除锈处理之前，可以通过清洗来除去铁质文物表面的杂质。清洗的方法包括水洗法、倍半碳酸钠溶液浸泡法、电泳法及用去离子水清洗法。在清除外层的污垢后，除去外层的疏松锈，保留内层锈，稳定强化其对铁基体的保护。对于一些已经通体矿化的铁器，如果全部去除疏松锈蚀，必定会影响到铁器原有的形制，一些被腐蚀的铭文、纹饰等信息也会被清除，需要对该区域进行渗透加固。

除锈的方法包括机械除锈法、化学除锈法和电化学除锈法。机械除锈法是使用机械工具如刀、凿、镊子等，去除铁器表面较厚的锈层或锈块。或采用高压喷砂清除器物表面的铁锈，配合无尘操作箱减少喷砂的粉尘污染。化学除锈法是利用醋酸、柠檬酸、草酸等弱酸化学试剂对铁质文物进行除锈处理，并用碱性的NaOH稀溶液中和过量的酸，最后用蒸馏水清洗干净。电化学除锈则适用于铁心完整，腐蚀程度较轻的铁器，可分为电化学还原法和电解还原法。

（三）铁质文物的修补、加固与做旧

铁质文物的黏结需要根据铁质文物残缺锈蚀程度的差别而采用不同的粘接手法。当铁器呈碎块时，可以利用硝酸纤维素、碳纤维布、环氧树脂拼对粘接。为了确保器物各部分不发生位移和变形，可以选择在沙箱内进行操作，直至粘接部位完全固化再將修复的铁器取出。腐蚀较轻、基体较好的可以用焊接法。铁器腐蚀严重的，可以通过丙烯酸酯类树脂溶液对剥落的铁片进行粘接。对于器物上的裂缝，可以用原器物上的无害锈进行填充，再用聚丙烯酸酯类溶液进行滴渗修补加固，最后把断裂面黏结。

出于恢复文物原貌、便于展览的目的，对有缺失的铁质文物，可以根据标准器型或利用几何知识将残缺部分补齐，利用酒精漆片调和矿物颜料对器物补配、粘接过的地方进行做旧，通过上色、做旧尽可能恢复铁器的原貌。

（四）铁质文物的封护

由于铁自身化学性质较为活泼，很容易与氧气、水及其他有害气体发生化学反应而再次被腐蚀，因此应当对铁器表面进行封护处理。可采用金属缓蚀剂、磷化处理、涂蜡法、高分子材料等方法对器物进行表面封护。金属缓蚀剂分为天然植物提取物、离子液体、氨基酸类缓蚀剂。磷化处理是利用磷酸盐与铁器反应生成一层致密的保护膜覆盖在铁器表面。鞣酸是一种强抗氧剂，与金属反应生成一层不溶性保护膜。封护的渗透材料有微晶石蜡、氟碳树脂丙酮溶液及三甲树脂甲苯溶液。为保持铁器的原貌进行表面封护以后，还需要进行消光技术处理。

四、铁质文物的预防性保护

经过封护等修复保护处理后的铁质文物虽然具有一定的防腐能力，但是还需要通过后续的保护工作来确保铁质文物的安全。目前使用的各类文物保护材料由于其自身使用寿命的限制，最后会产生老化的现象， 失去对铁器保护的能力。因此需要对经过修复保护处理的铁质文物进行定期跟踪调查，通过调查档案，详细记录文物的变化情况，如果发现再次腐蚀的现象，应当及时对其进行文物保护修复处理。

另外，还需要通过控制环境条件来尽可能地延长铁器文物保护修复效果的寿命，其中包括库房环境及展厅环境。尽可能将铁质文物存放在无氧、干燥、密闭的环境中，同时隔绝铁器与有害物质接触的可能性。铁质文物的最适宜保存温度为15-20℃、相对湿度为40%以下，且环境的日温差少于5℃、环境鈤湿度差少于5%。

五、小结

对馆藏铁质文物进行研究保护，是更好的保护历史，研究历史的体现。铁质文物因其具有成分含量、制造工艺、器形纹饰等信息，通过把铁质文物作为实物载体，进而可以帮助我们了解古代社会的生产水平、金属冶炼工艺、文化艺术观念、宗教信仰、社会生活等方方面面的内容。

馆藏铁质文物的来源可分为出土、出水、传世等，铁质文物自身不同的结构成分、冶炼工艺及不同的保存环境，导致铁器的保存状况各有差异。保存环境好的铁质文物依旧保留着较为完整的器型、纹饰铭文也较为清晰可辨;但保存环境恶劣的铁器，则已经腐朽成碎片，器型、纹饰等信息均已无可判断。

通过对被腐蚀的铁质文物进行数据测量、成分检测，分析出铁质文物的受损情况，从而做出合理的修复方案，才能更好地实现更好保护保存铁质文物的目的，发挥好博物馆的收藏、保管功能。

参考文献：

[1]王宏钧.中国博物馆学基础[M].上海：上海古籍出版社，2001.

[2]姬志峰，姚香勤.论铁器保护[J].文物修复与研究，2007（00）：23-25.

[3]王紫色.铁质文物的土壤腐蚀机理与保护方法研究[D].北京化工大学，2008.

[4]王蕙贞.文物保护学[M].北京：文物出版社，2009.

[5]袁一媛.刍议中国古代早期铁器制作工艺[J].咸阳师范学院学报，2013，28（4）：81-85.