广西民族博物馆馆藏十五面铜鼓合金成分及显微组织分析

覃椿筱,梁燕理,陈 嘉,黄 超

(1. 中国科学院大学,北京 100049; 2. 中国科学院自然科学史研究所,北京 100190;3. 广西民族博物馆,广西南宁 530028; 4. 暨南大学,广东广州 510632)

0 引 言

铜鼓是一种广泛分布于我国岭南、我国西南及东南亚地区的器物,具有两千多年的历史,自春秋时期沿用至今,并随着时代及分布地域的变化,演化为不同型式[1]。铜鼓作为礼乐重器,兼具精神象征意义及实用功能,是使用铜鼓族群的共同文化载体。分析铜鼓的源流演变,以及不同时代、地域铜鼓在文化因素及制作技术的异同,有助于研究历史上使用铜鼓族群的迁徙及族群间的交流、联系等问题。

关于铜鼓的历史文献,最早见于南朝范晔《后汉书》马援“于交趾得骆越铜鼓”记载[2]。此后相关文献零散见诸史书、地方志书、杂记、诗词歌赋、传说故事等,内容多为铜鼓出土、流通、使用情况等信息,对于铜鼓的制作技术几乎没有涉及。据清代屈大均《广东新语》“广州炼铜鼓师不过十余人,其法绝秘,传于子而不传女”[3]及西方学者对19世纪末20世纪初缅甸铸铜师的调查材料[4],当时铜鼓铸造为家族绝技,秘不外传。传统铜鼓铸造技术至清代已失传,因而,对于铸造技术的研究,主要从铜鼓本体着手。

本研究选取5种类型铜鼓进行合金成分及显微组织分析,以了解不同形制铜鼓的合金配比、加工工艺、显微铸造缺陷、夹杂物特征等信息,为进一步开展铜鼓铸造技术研究提供基础资料。

1 样品采集及实验方法

1.1 样品采集

对15面铜鼓进行采样,其中麻江型7面、北流型3面、冷水冲型3面、灵山型1面、石寨山型1面,部分器在面、胸、足分别采样,制成样品26个。

采样对象均为馆藏破损较为严重、未编入藏品号的残器、残片,观察表层锈蚀情况后,在金属基体存留较多的残破部位,使用手持切割机截取边长2.5～6 mm不等样品。

1.2 样品制备及分析方法

以鼓壁截面为分析面,使用环氧树脂进行镶嵌,用400、800、1 200粒度碳化硅水磨砂纸由粗至细依次打磨样品面,再用绒布抛光。

因部分样品晶界腐蚀、夹杂物复杂,抛光后先用Leica DM6000M金相显微镜进行金相组织观察;随后使用Tescan VEGA3 XMU扫描电子显微镜进行显微结构观察,并使用电镜配备的Bruker XFlash 6能谱仪进行基体及夹杂物成分定性分析,分析部位为避开锈蚀区域的金属基体,分析参数:电压20 kV,工作距离15 mm,时间60 s;最后再重新抛光样品面,使用5%的三氯化铁盐酸酒精溶液进行浸蚀后再次进行金相组织观察。

2 实验结果

2.1 合金成分分析

合金成分分析结果见表1。以2%为主合金元素含量下限的界定标准[5],15面铜鼓中,2面为铜锡合金,13面为铜锡铅合金。锡含量均在7%～17%之间,铅含量在不同类型铜鼓之间有区别。

1面石寨山型鼓为铜锡合金,锡含量12%。

7面麻江型鼓,锡含量8.0%～16.2%,铅含量1.3%～19.2%,铅锡配比波动较大,其中麻江型01、05、07为锡高铅低,02、04锡略高于铅,03、06锡低铅高。存在同一器物不同部位成分不均匀现象,如麻江型04、06、07鼓不同部位铅含量有1%～4%差值。麻江型03、06鼓锌、铁含量大于2%,但低于锡、铅,不视为主要合金元素。

3面北流型鼓,铅锡含量分布较为集中,锡含量在11%左右,铅含量在16%左右。因鼓胸、腰壁较薄,表现出样品面不同区域成分不均匀现象,铅、锡含量值局部偏高或偏低。如北流型09鼓胸样品两个面扫区域,锡铅含量分别为锡7.1%、铅28.9%和锡13.2%、铅15.5%,铅含量较高区铁含量2.6%,是由于含铁夹杂物较多聚集于铅颗粒周围。

3面冷水冲型鼓,与北流型鼓的锡、铅含量分布区间接近,锡含量在10.9%～13.7%,铅含量在16.4%～22.4%。

1面灵山型鼓锡含量8.8%,铅含量13.7%。

北流型、冷水冲型、灵山型鼓,均表现出铅含量较高、锡含量略低于铅的合金配比特征,锡、铅含量分布区间集中。这三类鼓均壁厚较薄、体量大、合金配比规律相似,或许与浇注性能有关,反映出三类鼓范铸技术上存在的联系。

2.2 显微组织分析

金相组织分析结果(图1～15)显示,仅石寨山型12鼓局部有滑移带及再结晶组织,麻江型03、06鼓局部见滑移带,其余铜鼓样品均为铸造组织。

1) 麻江型01鼓面,铸态组织(图1a),α固溶体枝晶偏析,大量(α+δ)共析体连成网状,细小铅颗粒及微小硫化物夹杂(Cu-Fe-S-Se,Cu-As-Fe-S-Sb,Cu-As-Fe-S),较多缩松分布于截面中部。

鼓足,铸态组织。显微组织特征与鼓面相似。外壁一侧边缘反偏析密集分布(α+δ)共析体(图1b)。

图1 麻江型01鼓显微组织

2) 麻江型02鼓面,铸态组织(图2),α固溶体细枝晶偏析,大量(α+δ)共析体连成网状,微小硫化物夹杂(Cu-S,部分含少量铁),大量不规则铅颗粒,基体固溶微量砷、铁。缩松、气孔主要分布于样品面中部。

图2 麻江型02鼓面金相组织

3) 麻江型03鼓面,铸态组织(图3a),α固溶体晶粒细小且晶内偏析不明显,或许与成分中含有的铁、锌、磷等元素可细化晶粒及减少晶内偏析有关。局部边缘组织变形,晶内有滑移带,推测因鼓损坏形成,非铸后冷加工痕迹。大量夹杂物不均匀分布(浅蓝色Cu-Fe-P、深蓝色Cu-Zn-Fe-S、蓝黑色Cu-Fe-S),含铁量83%～94%的Cu-Fe-P富铁相呈区域性密集分布(图3b)。少量(α+δ)共析体,主要零散分布于富铁相较少区域。大量不规则灰黑色铅颗粒。缩松、气孔主要分布于样品面中部。鼓腰、足显微组织与鼓面相似。

图3 麻江型03显微组织

4) 麻江型04鼓面,铸态组织(图4a),α固溶体枝晶偏析明显,细小(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。少量硫化物夹杂。铅颗粒不规则状分布。大量缩松。

鼓腰、鼓足显微组织特征同鼓面,仅缩松减少、变小(图4b)。鼓腰大量小缩松。鼓足部分缩松分布于鼓内壁侧。缩松在不同部位的差异,可能是由于壁厚差异,鼓面厚于胸及腰,后凝固形成较大缩松。

5) 麻江型05鼓面,铸态组织。α固溶体枝晶偏析明显(图5a),未浸蚀状态下枝晶中心区域呈淡铜红色,铜含量约95%,枝晶周边黄色区域铜含量约88%。细小(α+δ)共析体连成网状。微小硫化物夹杂和铅颗粒分布于枝晶间隙及共析体内。大量不规则缩松。

鼓胸、鼓足显微组织与鼓面相似,亦有大量缩松分布于鼓壁截面中间区域,两侧组织致密(图5b)。缩松尺寸自鼓面至鼓腰、鼓足依次减小,可能与壁厚差异及浇注方式有关。

图4 麻江型04显微组织

鼓足外壁侧分布大量自由铜颗粒(图5c)。自由铜分布区域可见蓝色氧化亚铜颗粒,部分氧化亚铜与自由铜共生。未浸蚀金状态下部分自由铜颗粒边缘与基体无锈蚀边界线。

6) 麻江型06鼓面,铸态组织(图6a),基体固溶少量锌及微量铁,α固溶体晶粒小且晶内偏析不明显,原因同前文对麻江型03鼓所述。少量(α+δ)共析体。大量浅蓝色花朵状Cu-Fe-P,深蓝色Cu-Zn-Fe-S,蓝黑色Cu-Fe-S。Cu-Fe-P富铁相在局部区域密集。大量不规则铅颗粒、缩松、气孔。

图5 麻江型05显微组织

鼓胸显微组织特征及夹杂物类型同鼓面。局部区域Cu-Fe-S夹杂呈圆形大颗粒分布,部分颗粒内或边缘分布不规则Cu-Zn-Fe-S夹杂(图6b)。缩松、气孔分布于截面中部。

鼓足,铸态组织(图6c),α固溶体晶粒小于鼓面及鼓胸,偶见微小(α+δ)共析体。夹杂物类型同鼓面,小颗粒状Cu-Fe-P富铁相性聚集分布于局部区域。气孔、缩松分布于截面中部。

面、胸、足均局部晶内有滑移带,但晶粒及夹杂物无变形痕迹,滑移带可能因使用或鼓损坏形成,非铸后冷加工痕迹。

图6 麻江型06显微组织

7) 麻江型07鼓腰,铸态组织(图7),α固溶枝晶偏析,枝晶细小,(α+δ)共析体连成网状。细小铅颗粒和少量Cu-Fe-S夹杂。小缩松分布于枝晶间隙。

鼓足,显微组织特征同鼓腰,小缩松集中分布于截面中部区域。

图7 麻江型07鼓腰显微组织

8) 北流型08鼓足,铸态组织(图8)。α固溶体枝晶偏析,(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。大量铅颗粒。大小不一自由铜颗粒弥散分布。部分铜红色小区块弥散分布于枝晶中,与基体无边界线,为含锡2%左右的铜锡固溶体。浸蚀前可见少量淡铜红色区域与铅共生,电镜能谱分析为铜、铅元素,含铜10%左右,浸蚀后变铅灰黑色。夹杂物细小且多样,灰蓝色Cu-S夹杂、灰黑色Cu-Fe-S夹杂、少量浅蓝色Cu-As-Fe夹杂。基体固溶微量铁、砷。大气孔与小缩松散布。

图8 北流型08鼓足金相组织

9) 北流型09鼓足,铸态组织(图9a)。α固溶体枝晶偏析,大量(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。圆形、椭圆形大铅颗粒及不规则形小铅颗粒密布。灰蓝色Cu-S夹杂,灰黑色Cu-As-Fe-S-Ag、Cu-Fe-S夹杂(随着Fe含量增加,颜色从灰蓝过渡到灰黑)。少量细小铜红色铜铅共生颗粒。基体固溶少量铁、砷。少量小缩松。

鼓胸,铸态组织(图9b)。截面中间有纵向铅带,铅带两侧铅颗粒、含铁夹杂物、共析体分布差异较大。一侧为大量大小不一铅颗粒、浅蓝色高铁相Cu-As-Fe,少量(α+δ)共析体,另有灰蓝色Cu-S、灰黑色Cu-Fe-S夹杂;一侧为大面积网状(α+δ)共析体,伴有铅颗粒及Cu-S、Cu-Fe-S夹杂。两侧均局部区域密布麻点状微小铅粒,基体固溶微量铁、砷。取样部位无铸接或焊接痕迹,分析面两侧显微组织差异,可能为浇注铜液成分不均匀或凝固过程中偏析所致。

图9 北流型09显微组织

10) 北流型15鼓腰,铸态组织(图10a)。α固溶体枝晶偏析,网状(α+δ)共析体部分锈蚀。大量铅颗粒。夹杂物复杂多样,浅蓝色Cu-As-Fe、灰蓝色Cu-S、蓝黑色及灰黑色Cu-Fe-S(铁含量7%～12%)、黑色Cu-Pb-As-Fe-Cl-O。自由铜、铜铅共生颗粒呈铜红色,零散分布或与蓝紫色Cu-O颗粒、夹杂物伴生,部分自由铜浸蚀前与基体间无锈蚀边界线(图10a)。较多大气孔。

图10 北流型15显微组织

11) 冷水冲型10鼓足,铸态组织(图11a)。α固溶体枝晶偏析,(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。大量铅颗粒,呈圆形、椭圆形大颗粒或大小不一不规则形分布。灰蓝色Cu-S、深蓝色Cu-Fe-S夹杂。浸蚀前局部区域可见微小铜红色颗粒分布于枝晶间隙或与共析体、铅颗粒、硫化物夹杂共生(图11b),铜红色颗粒成分分析含铜、铅两种元素,铜含量16%～23%。浸蚀后,原铜红色颗粒颗粒颜色变成与铅颗粒相同的灰黑色(图11c)。少量显微缩松。

12) 冷水冲型13鼓足,铸态组织(图12a)。α固溶体枝晶偏析,(α+δ)共析体部分锈蚀。不规则颗粒状灰蓝色Cu-S、细小蓝黑色Cu-Fe-S(微量)夹杂。大量圆形、近圆形大铅颗粒及不规则小铅颗粒,部分Pb-Ag共生。局部有Cu-O大颗粒。自由铜颗粒与硫化物夹杂、铅颗粒、共析体共生或分布于枝晶间隙,部分自由铜浸蚀前与基体间无锈蚀边界(图12b)。少量显微缩松。

图12 冷水冲型13鼓显微组织

13) 冷水冲型14鼓足,铸态组织(图13a)。α固溶体枝晶偏析,(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。细小蓝黑色Cu-Fe-S夹杂。少量小颗粒自由铜。浸蚀前可见大量铜红色含铅、铜元素颗粒(铜含量7%～17%)零散分布于枝晶间隙或与共析体、铅颗粒、硫化物夹杂共生(图13b),浸蚀后变为与铅颗粒相同的灰黑色。大量近圆形大铅颗粒及不规则小铅颗粒。少量气孔及显微缩松。

14) 灵山型11鼓足,铸态组织(图14)。α固溶体枝晶偏析,(α+δ)共析体分布于枝晶间隙。大量不规则铅颗粒。灰蓝色Cu-S、深蓝色Cu-Fe-S夹杂。少量小气孔及显微缩松。

图14 灵山型11鼓足金相组织

15) 石寨山型12鼓胸。α固溶体枝晶偏析,分布于枝晶间隙的(α+δ)共析体多已锈蚀(图15a)。灰蓝色Cu-S、蓝黑色Cu-Fe-S夹杂,蓝紫色Cu-O、Cu-O-Cl。大量自由铜颗粒,独立分布或与硫化物夹杂共生。另有铜红色区块分布于(α+δ)共析体周围或枝晶内,与基体无锈蚀边界线,固溶1%～3%锡(图15b)。少量显微缩松。样品面边缘局部区域有细小再结晶等轴晶及孪晶(图15c),枝晶偏析未消失,可能在变形后经历受热,但加热温度较低或受热时间短。石寨山12样品取自土280鼓残片,该鼓被从胸腰之际锯成两半作为葬具使用,局部组织变形及晶内滑移带推测为损坏造成。

图15 石寨山型12鼓胸显微组织

3 讨 论

3.1 合金配比

古代铜器的合金配比,通常受矿料资源条件、冶铸技术、器物功能等诸多因素影响。前人对铜鼓合金成分的分析,多侧重于归纳各类型铜鼓合金配比的演变规律,进而讨论矿源特征、冶铸技术变化、合金性能等相关问题[6-8]。

此次分析的15面鼓,西汉时期石寨山型鼓为锡青铜,铜含量较高;汉至唐时期,冷水冲型、灵山型、北流型鼓铅锡较高且配比相对稳定;明清时期麻江型鼓锡含量均高,铅含量波动较大。与前人总结的合金成分演变规律有相对应之处,但亦存在一些需关注及进一步探讨的现象。

1) 石寨山型铜鼓。石寨山型鼓自战国早期延续至东汉初期,主要分布于三个区域:滇东高原及邻近的川南、黔西地区;驮娘江-右江-郁江水系;礼社江-元江-红河水系[9]。

石寨山型12鼓样品采自西林土280鼓胸残片(土280鼓现藏广西壮族自治区博物馆,鼓胸残片于2007年随一批铜鼓残片拨交至广西民族博物馆)。土280鼓鼓身截面梯形,鼓足矮,几何纹饰为三角锯齿纹,属石寨山系鼓。鼓胸船纹、鼓腰鹿纹及面径尺寸则呈现地域特征:此类船体细长、船上设台,人物头戴羽冠手执羽仗似在举行祭祀活动的船纹,主要分布于滇东、桂西及越南北部[10];鹿纹罕见于石寨山系铜鼓及滇文化青铜器,但见于越南东山文化青铜器诸如玉缕Ⅰ号鼓、庙门Ⅰ号鼓鼓面及合明提筒、斧;面径77.5 cm,属石寨山型鼓中体型较大者。中国境内发现的73面石寨山型铜鼓,面径在10～86 cm之间,多为20～50 cm[11]。面径大于65 cm的鼓5面,均出土于云南文山州广南县、广西西林县,胸饰船纹。广南阿章鼓形制、尺寸、船纹样式与土280鼓相似,合金成分亦为无铅的铜锡合金,锡含量接近[12],反映出两者在产地来源上的关联性。据考证,广南与西林一带为古句町族活动中心,土280鼓的出土墓葬被认为与句町族首领有关[13]。出土广南阿章鼓的台地,考古勘探初步推断为战国至西汉时期句町王族墓地[14]。其余几面鼓因公布资料有限,尚难以进一步论述。但已可大致窥见句町活动中心区域内,特定类型铜鼓的生产、分配、流通。

已公布的石寨山型铜鼓合金类型多样(红铜、锡青铜、铅青铜、铅锡青铜)[15],归纳分析时除了综合的时代演变规律,还需考虑产地及流通地域差异。越南[16]及泰国[17]分别于城址、居住遗址出土具当地铜鼓纹饰特征的铸鼓陶范,呈现出不同地域黑格尔Ⅰ型铜鼓的分散生产模式。中国南方石寨山型铜鼓分布区内未见铸鼓陶范,可能与考古发现以墓葬为主、少见居址有关。

2) 冷水冲型、北流型、灵山型铜鼓。冷水冲型、北流型、灵山型铜鼓流行年代相当(均兴起于汉代,冷水冲型年代下限至南朝,北流型、灵山型至唐代),分布地域相邻(冷水冲型主要分布于越南北部红河下游地区、广西邕江及左右江流域、浔江流域;北流型主要出土于广西东南部、广东西南部及海南;灵山型分布中心为六万大山西侧至郁江横县段两岸)[1],多单鼓出土,少有伴出物作为断代参考。这三类鼓均有体量大、器壁薄、铅锡含量高的特点,鼓高与鼓径比值波动较小[18],并普遍使用印模制纹,反映铸造技术的发展成熟,并形成规范化生产模式。

规范化生产的器物,可从铸造技术细节特征、纹饰印模对器物进行分类,在形制、纹饰特征之外增加技术区分,探讨铜鼓在传播演化路线上技术细节的传承及演变。日后循此思路进一步开展工作,或将有助探讨诸如冷水冲型铜鼓的分式及各式之间的演化联系[19];部分兼具北流型及灵山型特征的鼓的属类划分[1]102-103;冷水冲型鼓与粤式鼓的关系[20]等存争议或尚待深入探讨的问题。

3) 麻江型铜鼓。麻江型铜鼓分布地域广(云南、贵州、四川、重庆、广西、广东、湖南、海南及越南北部),存世数量多,现今依然为苗、瑶、壮、侗、布衣、水、黎、彝等族使用于节庆、婚丧嫁娶等场合。传统铜鼓铸造技术在清末已失传,现代民间使用铜鼓主要为传世品及20世纪90年代之后的仿铸鼓。清末以前铸造的铜鼓,年代上限为南宋末,部分鼓铸有纪年、铭文、印章,可作为断代参考[1]116-117。

前人据合金成分分析结果,认为麻江型鼓多高锡低铅,与铜鼓的社会功能演变有关,麻江鼓更世俗化,注重实用音响功能,降低铅含量可提高铜鼓音质[12]。关于锡、铅含量与铜合金响器声学特性的关系,叶学贤等在曾侯乙编钟的复制工作中进行模拟实验分析,发现锡含量显著影响钟的基频,铅则对钟声阻尼和衰减有明显作用,含锡12%～16%、铅<3%时钟的综合性能最佳[21]。

综合前人的分析数据[6]250,[8]138-144,[12],麻江型鼓主要合金元素为铜、锡、铅,并有铁、锌、砷、锑、硫、磷等杂质元素,部分鼓锌、铁、砷含量超过2%。锡含量多集中在8%～16%范围内,接近编钟12%～16%的最佳锡含量范围,表明工匠对于铸造铜合金响器的适宜锡含量可能已有较为定式的认识。铅含量波动较大、杂质元素多样,部分鼓中某些杂质元素略高,可能是由于工匠获取原料、成本等因素的影响。

已公布数据中,自春秋时期万家坝鼓至明清麻江型鼓,8类鼓皆发现有含少量锌、铁现象,多低于2%,仅少数几面灵山、西盟、麻江型鼓锌高于2%,但均不超4.1%。通常认为此两元素为共生矿原料带入合金的杂质。据考证,中国在明嘉靖前后方炼得单质金属锌[22]。西盟型、麻江型鼓年代范围在宋至清代,部分明代之后的鼓,或许工匠已有意识加入锌作为原料。然当前已公布成分数据的麻江型铜鼓仅几十面,在存世超2 000面的麻江鼓中占比甚微。麻江型03、06鼓锌、铁含量均大于2%的现象,尚属首见,是为工匠有意识加入,或为获取原料不纯造成的偶然现象,因可参考材料有限,尚难展开讨论。

据田野调查资料,明清时期还存在工匠流动至各地村落铸造的生产模式[23],部分原料可能在铸造地附近就地取材。受到工匠技术、地域材料差异等因素影响,不同工坊、同一工坊不同时期的产品必然存在一定的差异。麻江型铜鼓已形成规范化生产,纹饰制作为外范刻划或模印,鼓形、尺寸趋于统一(面径多在43～55 cm,高多在25～30 cm)[24],可能鼓形亦已有模制者。在一些具有技术传承、使用模印纹饰或模制鼓形的铜鼓上,综合分布地域、形制、尺寸、纹饰、成分、金相、铸造工艺细节特征等因素进行分析,或可归纳出产自同一家族工坊或者某一时期内同一批工匠制作的器物。

3.2 缩松

有观点认为,古代青铜器铸造中加入一定量的铅可以提高铜液流动性、增加流满率,减少铸造缺陷及枝晶间的显微缩孔[5]71。此次分析结果则显示,不同铅含量的麻江型鼓均有较多缩松,尺寸及数量与壁厚变化呈正相关,随着厚度增加而增大、增多;铅含量高且壁厚薄的北流型、灵山型、冷水冲型鼓仅见少量小缩松;无铅的石寨山型鼓少量显微缩松位于样品面中部。罗泊湾汉墓出土的M1:11石寨山型鼓,亦为无铅锡青铜,显微组织与石寨山型12鼓相似,少缺陷、铸造质量佳[5]30。因而,铅的加入,并不能必然减少显微铸造缺陷,还需考虑次要合金元素及杂质元素、合金结晶温度范围、壁厚、铸型材料、铸型预热及保温温度、冷却速度、浇口浇道及冒口设置、浇注方式等诸多因素影响[25]。

3.3 夹杂物、铅颗粒、自由铜

1) 15面铜鼓均含有灰蓝色硫化物夹杂,分布于枝晶间隙或与铅颗粒、自由铜等共生。部分硫化物夹杂含铁,夹杂物颜色随铁含量增加而加深。硫化物夹杂普遍见于云南、广西及广东出土的铜鼓中,可能是使用了硫化铜矿为原料[26]。

麻江型03、06鼓铁含量达2%～3.8%,含锌2.8%～3.3%。铁、锌多分布于夹杂物中,少量固溶于基体。铁主要与磷结合形成富铁相夹杂。在现代铸造中,含铁铜合金加入磷能有效进行脱氧,同时添加锌可提高材料强度、稳定合金性能。铁、磷结合形成的Fe2P或Fe3P从基体中析出,可净化铜基体,使晶粒细化、阻止再结晶发生。锌可减轻锡青铜晶内偏析程度[25]41,153-154。此两面鼓的金相组织,相应显示出晶粒相对细小、晶内偏析不明显的特征。

此外,部分铜鼓夹杂物还含有硒、锑、砷、银等元素,可能来自冶炼铜矿、锡矿、铅矿时混入的共生矿[27]。反映出不同类型、地域铜鼓使用矿料及冶炼技术的多样性。

2) 铅颗粒在枝晶间隙不规则状、小麻点状分布或呈圆、椭圆的球形大颗粒分布,球形大铅颗粒仅见于冷水冲型、北流型鼓。存在铅的比重偏析现象,麻江型04、06、07鼓面、腰、足不同部位铅含量有差异。北流型09鼓胸样品,在同一样品面上(α+δ)共析体与大铅颗粒、富铁夹杂物分别分布于两侧。

3) 麻江型05鼓足、北流型08鼓足、北流型15鼓腰、冷水冲型13鼓足、石寨山型12鼓胸发现有自由铜颗粒,电镜能谱成分为纯铜,金相显微镜下呈铜红色,浸蚀后周边形成黑色晶界线,未浸蚀状态下部分自由铜颗粒的局部与周边基体无锈蚀边界线。

石寨山型12鼓胸样品中有分布于枝晶中及锈蚀共析体周边的铜红色区域,北流型08鼓足少量弥散分布于枝晶中的铜红色小颗粒,浸蚀前后与基体均未见明显分界,电镜能谱分析显示为含少量锡的铜锡固溶体。

北流型08鼓足、北流型09鼓足、冷水冲型10鼓足、冷水冲型14鼓足在未浸蚀状态下有不规则形铜红色夹杂物,电镜能谱分析含铜、铅元素,浸蚀后铜红色消失,呈现铅颗粒灰黑色。铜、铅不固溶,此类现象可能是因为少量自由铜与铅共生,电镜分析后再次磨光并进行浸蚀过程中,自由铜损耗仅留下铅颗粒。

Scott认为,自由铜是青铜(α+δ)共析体优先腐蚀的产物[28]。沉积的锈蚀产物赤铜矿(Cu2O),在保存环境的缓慢变化中,转化为自由铜[5]152-161。麻江型05鼓足、北流型15鼓腰、冷水冲型13鼓足与自由铜共生或独立分布的Cu2O颗粒,以及上述部分铜鼓组织中的铜红色铜锡固溶区、富铜颗粒,推断与自由铜形成过程有关。

4 结 论

本研究对广西民族博物馆藏15面铜鼓进行合金成分和显微组织分析,并结合前人相关研究成果展开讨论,结论如下。

1) 在合金成分上,石寨山型12(土280)鼓完全无铅的铜锡合金配比、面径尺寸大、兼具滇系及东山系纹饰等特点,可能为特定时代古句町活动中心区域内高等级墓葬铜鼓特征。北流型、灵山型、冷水冲型三类大型薄壁鼓铅锡配比较为接近,鼓高与鼓径比值波动小,且使用印纹模,反映铸造技术发展成熟并形成规范化生产,或可通过划分此三类鼓的技术细节序列,探讨技术传承及演变。麻江型铜鼓锡含量多与铜响器较佳声学性能锡含量接近,表明工匠对于锡含量可能已形成定式认识;铅含量波动较大,可能与生产模式矿料来源多渠道有关。

对比前人公布的铜鼓成分数据,铜鼓合金成分变化有一定的时代、地域演变规律,但同类型鼓内亦有差异。在讨论铜鼓铸造技术时,需在共性规律之外关注这种差异现象,探讨这些因素所反映的技术特征及产地信息。

2) 在显微组织上,石寨山型12(土280)鼓局部有滑移带及受热再结晶组织;麻江型03、06鼓局部见滑移带,可能因器物损坏形成;其余鼓为铸态组织。夹杂物以硫化物夹杂为主,部分硫化物夹杂含铁,铁含量较高器物内存在富铁相夹杂,部分夹杂物含微量硒、锑、砷、银等元素,可能使用了硫化铜矿作为原料,并在冶炼铜矿、锡矿、铅矿时混入共生矿。

3) 麻江型铜鼓均有较多缩松集中于截面中部,并随壁厚增厚而增多、增大,铅含量较高的鼓亦不例外;北流型、灵山型、冷水冲型铜鼓零星分散小缩松;不含铅的石寨山型铜鼓组织较为致密。不同于前人关于加入铅可减少显微缩孔的观点,需更多考虑不同类型鼓铸型制作、浇注系统、浇注工序、铸范冷却速度、原料杂质元素、合金结晶温度范围、壁厚等差异因素对铸造质量的影响。

4) 5面铜鼓内发现有自由铜颗粒,部分自由铜颗粒浸蚀前与基体无锈蚀分界线。部分样品基体内的Cu2O颗粒、铜红色铜锡固溶区及富铜颗粒,可能为自由铜形成过程中的产物。