辽宁省博物馆馆藏铁锛文物的科学保护与修复

摘要：通过扫描电子显微镜及能谱分析仪（SEM—EDS）、激光诱导击穿光谱仪（LIBS）、二维X射线探伤等测试手段，对辽宁省博物馆馆藏的一件铁锛文物进行了详细的科技分析。在全面病害调查和评估的基础上，经过充分的论证，制定出铁锛文物的保护修复技术路线，遵循最小干预原则，通过清洗、脱盐、缓蚀、封护等修复措施，恢复文物强度，满足展览需求，使之能够长期保存下去。

关键词：辽宁省博物馆；铁锛；保护修复

辽宁省博物馆藏有一件高句丽时期的铁锛（图1），吉林集安十七号墓发掘出土，1952年入藏，现存于该馆考古库房，文物级别为三级，文物分类号为考160。铁锛长10.9厘米，刃宽6厘米，裤宽4厘米，重214克。其裤部有腐朽木质残留物，锈蚀严重。2021年4月，辽宁省博物馆馆藏高句丽金属文物保护修复项目启动，因该件铁锛文物是高句丽时期生产工具的典型代表且保存状况堪忧，因此入选项目保护修复清单。铁锛从库房提取到文物保护部门后，完成基本信息采集，进行详细的病害评估和科技分析检测，编制保护修复方案，方案通过专家评审后，正式开展铁锛文物的科学保护修复工作。

一、铁锛病害调查

根据铁质文物保护修复流程和操作规范，在对铁锛文物本体保护修复前，要仔细记录文物的保存现状，进行病害调查工作，全面了解铁锛文物的病害种类和发展趋势，按照金属类文物可移动文物病害评估技术规程的要求，开展此件铁锛文物的病害评估工作。通过目视观察发现，这件铁锛文物的保存状况堪忧，如不加以保护修复则面临消亡的危险。铁锛表面可见之前技术人员封护留存的石蜡痕迹，由于时间较长，石蜡已基本崩裂脱落。铁锛的裤部大部分已残缺，残留部分存在较大裂隙、断裂和变形，层状剥离和锈蚀非常严重，几乎全部矿化，刃部大面积存在点腐蚀和表面硬结物。铁锛文物的病害类型包括表面硬结物、点腐蚀、残缺、断裂、裂隙、变形、层状剥离、矿化等，其中主要病害是矿化、点腐蚀和表面硬结物，次要病害是残缺、裂隙和变形。根据病害调查情况和统计结果，绘制了铁锛文物的详细病害图（图2）二、铁锛检测分析

为全面了解铁锛文物的内部结构强度、本体腐蚀情况、锈蚀物元素成分和微观形貌状态，以便有针对性地制定科学合理的保护修复技术路线和措施，我们利用X射线无损检测、激光诱导击穿光谱分析仪和扫描电子显微镜及能谱分析仪对铁锛进行了科学的分析。

（一）X射线无损检测

在不影响铁锛文物本体的情况下，利用多功能工业2D X射线成像系统Phoenix v|tome|x s对铁锛进行无损检测分析，测试参数：电压200KV，电流80μA，曝光时间20s。由于X射线在穿过铁锛的过程中强度会发生衰减，因而在铁锛的不同区域就会形成强度分布不均的图像，所以X射线无损检测可以发现肉眼无法识别的铁锛内部结构信息、整体腐蚀情况和矿化程度等。

通过X射线无损检测照片（图3）可知，铁锛裤部可以清晰地观察到制造时残留的气泡，以及大量细小的裂纹，能够判断裤部锈蚀非常严重。裤部以下至刃部区域整体较为致密，刃部边缘较薄，适合生产作业，符合农业生产用具的特征。

（二）激光诱导击穿光谱分析

利用手持式激光诱导击穿光谱系统APL LIBSCAN25+对铁锛是否含有氯元素进行分析，测试条件：激光器波长1064nm，脉冲能量40—50mJ，脉宽4—6ns，6通道光谱仪，波长范围185—900nm。通过铁锛LIBS谱图（图4）中766.38nm的特征峰，可以定性地判断铁锛含有氯元素，氯离子是铁锛不稳定和锈蚀循环发生的主要因素[1]。因此，为了阻止铁锛腐蚀进一步发生，使其长久地保存下去，在保护修复时必须对铁锛进行脱盐去氯处理。

（三） 扫描电子显微镜及能谱分析

利用飞纳Phenom Pro-X电镜能谱一体机对铁锛表面进行微观形貌观察和元素含量测定，测试条件：扫描电镜为CeB6灯丝，加速电压15KV及相应电流，能谱仪分辨率Mn Kα≤137eV。

通过铁锛扫描电镜图片（图5）可知，铁锛表面通体锈蚀，未见铁质的基体，表面被厚厚的锈蚀产物和土垢所覆盖，锈蚀物呈疏松状态并存在严重的龟裂现象。

通过铁锛能谱分析结果（图6）可知，铁锛测试出的主要元素是铁、氧、氯、硅、铝、硫、磷等。铁和氧元素的重量百分比超过90%，说明这件铁锛制作时筛选的原料纯度相对较高，所含杂质较少，也从侧面证明了高句丽时期人们已经具备从采矿、提炼到铸造和锻打的全流程能力，其冶铁技术已经较为发达。氧元素的重量百分比较高，是因为空气中游离的水分与铁锛发生电化学反应生成的各类含铁氧化物较多所致[2]，表明铁锛本体锈蚀严重。硅、铝、硫、磷等元素应是铁锛表面土垢所引入。此外，测试结果中氯元素的重量百分比为4.69%，与激光诱导击穿光谱分析所定性确认氯元素存在的结论相符。

三、铁锛保护修复工作

（一）技术路线

在病害调查和科技分析检测工作的基础上，本着最小干预、不改变文物原状和保护修复材料可再处理三大原则，将现代保护修复理念与传统金属修复工艺流程相结合，通过充分论证，制定出科学合理的保护修复技术路线（图7）。

（二）工具与材料

1.保护修复工具

保护修复使用的工具包括软毛刷、电动打磨机、电热风枪、超声波洁牙机、量筒、烧杯、药匙、塑料箱、电子分析天平、体式显微镜、便携式PH计、便携式电导率仪等。

2.保护修复材料

保护修复使用的材料包括无水乙醇、丙酮、EDTA二钠盐、硝酸、硝酸银、氢氧化钠、单宁酸、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂Paraloid B-72、去离子水、脱脂棉、硫酸纸、标签纸、聚乙烯薄膜、橡胶手套、防尘口罩等。

（三）主要步骤

1.清洗

由于铁锛裤部的木质残留物腐朽得非常严重，在清洗铁锛之前先用1%的Paraloid B-72丙酮溶液加固裤部腐朽的木质残留物，防止其清洗时碎裂脱落。按照无水乙醇、丙酮、去离子水体积比为1：1：1的比例，配置3A溶液，之后将铁锛浸泡在3A溶液中，用小刷子轻轻刷洗铁锛的表面，去除表面的浮尘。对于质地坚硬的表面硬结物，取少量脱脂棉蘸取适量的5%EDTA二钠盐溶液覆盖在表面硬结物区域，待表面硬结物完全浸润软化后，用超声波洁牙机小心仔细地清理铁锛表面的硬结物。

2.脱盐

使用0.5mol/L的氢氧化钠水溶液对铁锛进行脱盐去氯处理。在塑料槽里配制0.5mol/L的氢氧化钠水溶液，将铁锛浸入溶液，用便携式电导率仪测试溶液电导率的变化，用PH计测试溶液的PH值。期间定期更换脱盐溶液，待溶液电导率值不变且为弱碱性时，用硝酸银滴定法测试脱盐溶液中是否还含有氯离子。若硝酸银溶液无白色絮状物沉淀，则表明溶液中氯离子去除干净，结束脱盐进程。脱盐结束后将铁锛从塑料槽取出，用去离子水反复冲洗干净，彻底烘干。

3.缓蚀

缓蚀的目的是延缓铁锛的腐蚀进程[3]，使用传统的单宁酸对铁锛进行缓蚀处理，单宁酸会与铁原子形成配合物大分子保护层，从而延缓腐蚀反应的发生。配制0.5%的单宁酸缓蚀溶液，用软毛刷蘸取单宁酸缓蚀溶液对铁锛表面进行涂刷，第一遍涂刷铁锛表面自然干燥后，沿着垂直方向进行第二遍刷涂，涂刷过程要求力度保持一致以求缓蚀膜的厚度均匀，同时注意涂刷过程中不要伤到铁锛的本体。涂刷两遍之后用去离子水反复漂洗铁锛，避免缓蚀溶液的残留，清洗后将铁锛放入烘箱内彻底烘干，干燥后取出铁锛，缓蚀工作完成。

4.表面封护

表面封护的目的是阻止空气中游离的水分子、氧气与铁锛表面发生电化学反应，延缓铁锛的寿命[4]。使用耐老化性及耐热性好且化学性能稳定的聚乙烯醇缩丁醛高分子聚合物对铁锛进行封护处理，配制3%的聚乙烯醇缩丁醛无水乙醇溶液，然后用软毛刷蘸取聚乙烯醇缩丁醛溶液对铁锛表面进行涂刷，要保证铁锛表面全部被刷到，涂刷完成后将铁锛放入塑料盒内，用聚乙烯薄膜封盖，使溶剂缓慢蒸发，最后形成均匀的保护膜。

（四）保护修复档案编制

铁锛保护修复完成后（图8），应严格按照馆藏金属文物保护修复档案记录规范的要求[5]，编制铁锛保护修复档案。要全面记录铁锛的保护修复基本信息、铁锛保存状况、分析检测结果、保护修复记录和保护修复日志，确保上述信息的完整准确。

四、预防性保护建议

铁锛本体的保护修复只是延缓铁锛寿命的一种急救措施，要确保铁锛长久稳定地保存下去，还需对其采取预防性的保护手段。铁锛保护修复后，应独立地保存在无酸纸制作的囊匣中，保存环境的温度应控制在20℃左右，相对湿度在35%以下。

参考文献：

[1]顾来沅，叶琳，吕国琼.重庆三峡地区考古出土铁器的脱盐保护[J].腐蚀与防护，2023，44（09）：76-82.

[2]马清林，沈大娲，永昕群.铁质文物保护技术[M].北京：科学出版社，2011：27-31.

[3]郭星.铁器文物腐蚀与保护的几个问题[J].收藏与投资，2022，13（11）：110-112.

[4]梁萍，李王程.铁质文物保护中的材料选择——从一件抗战铁刀的保护说起[J].文物鉴定与鉴赏，2020（20）：76-79.

[5]全国文物保护标准化技术委员会.馆藏金属文物保护修复档案记录规范：WW/T 0010-2008[S].北京：中国国家博物馆，2009.

作者简介：

栗荣贺（1982—），男，汉族。硕士研究生，文博副研究馆员，研究方向：可移动文物分析检测及金属类文物保护修复。