浅谈铁质文物的腐蚀与防护技术

摘要：我国的铁器文明博大精深，在我国的社会文明发展过程中，有着举足轻重的作用。经考古研究发现，大部分的铁质文物都含有部分氯化物，該氯化物作为一种电解质，一旦遇到空气就会立即与空气中的介质发生电化学反应，导致铁质文物受到严重的损害。本文从铁质文物的腐蚀机理、铁质文物的腐蚀影响因素以及铁质文物腐蚀的防护处理技术出发，探讨铁质文物的保护方法，以期为铁质文物的防腐蚀及保护工作提供一定的参考价值。

关键词：铁质文物;防护技术;腐蚀机理;影响因素

中图分类号：TG178    文献标识码：A    文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

从考古学的发展来看，在青铜器之后出现的很多的铁器都是铁和碳的合金，这标致着人类社会又出现了一次质的飞跃。铁器最早被大多数中国人使用，比如商代就开始使用铁援铜戈，铁器在促进社会的生产力方面做了重要的贡献，起到了及其重要的推动作用，从挖掘的众多文物中，铁质文物为研究其他古代社会提供了非常可靠及重要的实物资料。铁质文物的主要成分是铁，铁的化学性质较为活泼，放在空气中更容易被腐蚀。很多的铁质文物被埋在地下的时间很长，当被挖掘出来时已经被严重腐蚀，而且有些文物由于周围环境的恶劣变化，当被挖出来很短的时间内铁质文物就会变得面目全非。导致文物受损程度很大，所以必须研究出科学合理的铁质文物保护方案。

传统的铁质文物保护程序一般是首先进行铁质文物的清洁，然后对铁质文物的表面进行清理，接下来进行脱盐处理，最后进行铁质文物的干燥以及粘结加固。为了提高铁质文物的耐腐蚀性，现代提出的铁质文物的保护方法最好是对其加一层防护层。由于古代冶炼铁质物品的技术不发达，在冶炼铁的过程中，铁器本身内部就含有很多的不均匀杂质，整个铁质文物的稳定性十分差，经过历史的变迁以及周围环境的影响，导致铁质文物更加容易受到腐蚀，为了保护铁质文物的整体完整性，采取必要的防腐措施显得尤为重要，因此未来研究铁质文物的防腐机理以及防腐措施对文物的整体完好保护具有十分重要的意义，也是未来铁质文物保护的发展方向。

1铁质文物的腐蚀机理

我国古代的铁质文物种类繁多，造型十分独特，而且很多文物上面都有很美的修饰方案，同时图案上还带有优美的铭文图案，具有很高的艺术价值和历史价值。被挖掘出的铁质文物历史悠久，由于周围复杂的环境影响，导致铁质文物的受损十分严重。而挖掘出的铁质文物受到周围环境的影响，会受到腐蚀，铁质文物的腐蚀对铁质文物的完整性及价值产生了重要影响。铁与空气中的水和空气发生反应，生成了氯化铁或者三氯化铁。铁质文物的腐蚀是在铁质文物的表面产生一些鲜艳的绿色状锈，铁锈的整体结构比较疏松，特别容易吸收空气中的水分，一旦产生铁锈，整体铁质文物吸收空气中水的能力就越来越强，其腐蚀的速度就会加快，其面积越来越大，最后造成整个铁质文物的瓦解，更为严重的是铁质文物的锈斑会沾染给其他的铁质文物^[1]。

2铁质文物的腐蚀影响因素

铁质文物的机理了解后，分析铁质文物的腐蚀影响因素更加有助于保护铁质文物的完整性。铁质文物的腐蚀影响因素有内因和外因两种。从化学周期表中可以看到，铁的化学位置在铜的前面，其化学性质比铜要活泼，所以在实际的文物保护工作中，铁质文物的保护要比铜质文物难得多。古代获得铁是靠高温熔炼铁矿石，由于当时技术水平的限制，熔炼得到的铁本身就处于一种不稳定的状态，很容易受周围环境比如水、氧气、盐等外界因素的影响，使铁质文物产生矿化，即铁质文物会产生生锈的现象，也就是文物工作者常说的金属腐蚀现象。铁质文物被挖掘前，土壤中的土壤的透气性、土壤的酸碱程度以及土壤中含有的有机物质都会对铁质文物的腐蚀性产生很大的影响。根据文物工作者的多年经验可以发现，铁质文物腐蚀的原因主要有以下三点：首先铁质文物本身的金相结构存在差异，内部结构会产生很强的电化学腐蚀，这是造成铁质文物腐蚀的最主要的内因;其次，土壤的透气性也会影响铁质文物腐蚀性能;最后，铁质文物受到周围环境的影响，在潮湿的环境中铁质文物中的Fe-C极易形成一种原电池，同时该种条件下也很容易形成吸氧腐蚀。整个铁质文物的反应方程式如下：

3铁质文物腐蚀的防护处理技术

3.1分析检测

按照铁质文物有效的保护原则，必须尽可能最小地干预文物并且保持文物的原状。在进行铁质文物的防腐蚀处理过程前，需要登记文物的相关信息，做好修复前后照片的对比。在进行检测时首先需要做好腐蚀铁质文物的表面腐蚀物的分析检测，采用X射线衍射仪进行全方位的对铁质文物进行检查，对不同文物材料进行相关定性的分析。以某馆藏的4件铁质文物为研究对象，对其进行检测分析，其检测的结果如表1所示。从图中的数据可以看出，四件铁质文物的都存在一些锈斑，锈腐蚀现象比较严重^[2]。

石英17%，斜长石15%，微斜长石35%，副氯铜矿15%，氯铜矿11%，氯铅矿7%。

战国长叶形圆骹单系

石英49%，斜长石19%，微斜长石3%，云母14%，绿泥石3%，绿铜钾石12%。

战国长叶刃鸭嘴形骹双系

石英43%，斜长石22%，微斜长石4%，云母3%，绿泥石5%，纤铁矿7%，白云石11%，方解石6%。

战国五牛盖

石英60%，斜长石21%，微斜长石11%，云母3%，绿泥石5%。

3.2铁质文物腐蚀防護处理技术

（1）机械除锈。采用锤子、刻刀及凿子等工具剔除铁质文物表面的锈层，接下来就是利用空气压缩机中的空气压力将金刚砂喷注到铁质文物的表面的锈层上，这样可以方便于除去表面的各种锈，最后利用超声波振动仪也可以去除掉铁质文物表面的有害锈。机械除锈的缺点就是仅仅可以利用机械方法去除铁质文物表面上的一些锈，对于铁质文物深层铁锈物质将很难去除掉，并且由于机械除锈的工艺很难掌握，很容易造成对铁质文物的损坏。（2）化学除锈。铁质文物上的锈斑在实际的去除过程中，应用比较多的还是化学除锈法。一般化学除锈法主要包括氧化银局部封闭法、离子交换树脂法、已腈法、草酸混合溶液法、过氧化氢法、锌粉封闭置换法、局部电蚀法。氧化银局部封闭法一般是先采用机械除锈的方法将铁质文物表面的腐蚀锈斑给清除掉，然后将纯乙醇调制的浓度较高的氧化银填充在铁质文物上面的腐蚀锈斑位置，使为被机械除锈剔除干净的氯化亚铜与糊在上面的氧化银充分接触，从而阻止空气及原来铁质文物中的氯离子的作用，防止整个铁质文物进一步被腐蚀，从而提高整个铁质文物的稳定性。离子交换树脂法就是将被腐蚀的铁质文物放在离子水中反复浸泡，离子交换树脂法中所采用的离子液中没有包含有氯离子，整个除锈的过程比较快速，同时在整个除锈的过程中树脂可以再生，整个过程成本很低，该种除锈方法在处理小件文物的锈斑时比较受欢迎。倍半碳酸钠浸泡法是指用半碳酸长时间浸泡整个铁质文物的锈斑部位，直到整个铁质文物表面的锈斑为绿色为止。使半碳酸溶液中的半碳酸根离子置换出锈斑中的氯离子，该种方法除锈的时间比较长，一般需要两年左右，且在处理的过程中整个铁质文物会周围环境的影响而受到腐蚀，所以该种方法在实际的除锈应用过程中应用较少。已腈法就是采用浓度为5%的已腈水溶液去除掉腐蚀物中物质。该种方法比倍半碳酸钠溶液和离子交换树脂法能够更快地去除掉铁质文物内部的氯离子。但是由于该种方法使铁质文物浸泡在溶液中的时间过长，会使整个铁质文物变色。同时已腈蒸汽中含有中等成分的毒性，对于铁质文物完整性产生一定破坏作用。草酸混合溶液法是利用草酸本身就是一种弱酸，能够清除铁质文物中的有害物质，去除掉整个铁质文物中腐蚀部分的氯离子。但是由于草酸本身就是一种弱酸，对铁质文物会产生腐蚀作用，所以在用草酸去除其铁质文物表面的锈斑时需要在草酸里面加入硫脲作制剂，加入硫脲的作用就是调节草酸对铁质文物锈斑的配合作用，同时硫脲也可以与铁质文物混合使氯离子释放出来，可以有效方便地去除掉铁质文物表面的锈斑。过氧化氢除锈法就是将过氧化氢作为一种氧化剂，将铁质文物中的氯离子去除掉，所以过氧化氢溶液具体的浓度需要根据整个锈蚀文物的腐蚀程度。溶液中多余的过氧化氢可以通过加热的方法将其全部去除掉，对整个铁质文物不会产生影响。过氧化氢除锈法整个过程比较简单，处理的时间较短，并且该种方法能够把氯离子去除的比较彻底，在实际的除锈的过程中，该种方法应用比较多。锌粉封闭置换法就是利用锌粉将铁质文物中的氯离子置换出来，然后再铁质文物的表面生成一层牢固和稳定的氧化锌保护膜，使空气中的水分很难渗透到整个铁质文物中，起到一个屏障的作用。局部电蚀法适用于铁质文物表面具有严重锈蚀的铁质文物，但是由于电蚀笔头无法接触到整个锈层底下及夹缝中的有害物质，导致该种方法在除锈的过程中受到一定的局限性。（3）缓蚀，封护材料的应用。在实际的铁质文物表面除锈过程中，可以将苯并三氮唑处理铁质文物表面的锈斑，经过苯并三氮唑处理过后的铁质文物表面会形成一种络合保护膜，这层络合保护膜会紧密地覆盖在铁质文物的表面，且该种保护膜不溶于水和大多数的有机溶剂，会进一步的阻止铁质文物的进一步腐蚀。缓蚀封护除锈的优点就是在处理文物的过程中能够保证文物的颜色基本保持不变，但是苯并三氮唑处理过程中不能够有效地去除掉有害锈以及整个铁质文物中的氯离子，只是将整个铁质文物封护起来，而铁质文物中残留的有害锈及氯离子对整个铁质文物是有害的，会进一步地破坏覆盖层，使整个铁质文物进一步受到腐蚀，所以在实际采用苯并三氮唑处理铁质文物表面的时间不宜过长^[3]。

4 结语

整个社会的进步需要依靠科学技术，文物保护同样需要科学技术的支持。反过来，我们愈加注重文物保护的需求也会促进科学技术的进步。建立科学的文物保护制度，需要广大文物工作者和全社会的共同努力，将我国灿烂的文物文明世世代代传承下去。

参考文献

[1] 陈颢.试述铁质文物的腐蚀与防护技术[J].表面技术，2017（10）：247-253.

[2] 刘朵，何积铨.电位滴定法测定铁质文物除氯碱液中氯离子含量[J].应用化工，2018（6）：1301-1303.

[3] 傅英毅，范敏，廉卫珍，等.铁质文物防腐工艺初步研究[J].广东化工，2017（18）：69-70.

收稿日期：2019-07-12

作者简介：陈志芬（1965—），女，河北沧州人，本科，毕业于内蒙古大学，研究方向：金属文物的保护修复。