浅析黄铜雕母的合金成分

巴达拉

摘 要：文章通过研究清代钱币收藏家鲍康描述的雕母“精铜”的部分内容，对雕母铜材的合金成分进行了分析并得出結论—这种铜材是为制作雕母而由铜、锌、铅等为主要合金元素按比例专门精心冶炼的一种铜材。这种铜材具有良好光滑性、冷塑性和易切削性，属于单相铅黄铜中的一类，但是不同时期或不同制作方冶炼的“精铜”的合金种类和比例会有所不同。文章还根据雕母铜材成分及质地分析了用金属检测仪器鉴别雕母的方法。

关键词：雕母;精铜;单相铅黄铜;光滑性;冷塑性;易切削性;金属检测仪

据清代钱币收藏家鲍康所著的《大钱图录》记载，雕母是“精铜凿成”。那么，鲍康所指的雕母“精铜”属于什么铜材、这种铜材中主要含有哪些合金元素，即本文的探讨主题。

1 决定铜材性能的原因分析

1.1 金属合金比例对铜材性能的影响分析

根据《周礼》中的《考工记》记载：“金有六齐：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一，谓之大刃之齐;五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐;金锡半，谓之鉴燧之齐”。其中介绍了青铜按合金比例不同可以冶炼出不同性能的青铜。所以，按不同合金比例冶炼出的铜材，其金属性能是不同的。

1.2 不同合金元素对铜材性能的影响分析

在我们已知的铜材中有紫铜、青铜、白铜和黄铜，这些铜材的合金成分都不同。由于紫铜、青铜、白铜和黄铜等铜材由不同金属元素构成，所以其颜色和性能等都是不同的，也就是说由不同金属元素合成的铜材，其金属性能是不同的。

1.3 微量元素和杂质对铜材性能的影响分析

金属在自然界不是单独存在的，而是由多种金属元素和杂质共生的，而不同合金元素和其比例大小都会影响铜材的性能。因此，如果铜材中含有影响其性能的有害合金元素或杂质都会影响铜材的性能。

综上，我们得出结论：铜材的性能主要由不同合金元素和合金元素比例决定的，且有些微量元素和杂质会影响铜材的性能。

2 制作雕母需要选用“精铜”的背景分析

2.1 雕母印范不挂沙的性能分析

首先，根据《大钱图录》记载，雕母应具备印范不挂沙的特点。雕母表面如果有刀痕的话，是需要去除掉的，这是因为雕母表面如果有刀痕的话，表面会变得粗糙，而表面粗糙的钱币模型在印范时最容易出现挂沙现象。雕母表面的刀痕去除得越干净，雕母表面就越光滑，印范时就越不易挂沙。所以，雕母表面的光滑度需要非常好。

其次，雕母在印范时并不仅仅是把刀痕去除掉就可以避免挂沙。因为钱币模型表面与砂箱中的砂面不是简单接触，印范时需要使钱币表面的凸出面完全嵌入砂型中才能形成规整立体的型腔。而钱币模型的字口凹槽、笔画之间的间隙凹槽等空间特别小，且砂箱中的砂粒是固体，不会轻易填充满字口、笔画之间的间隙等凹槽里形成完整型腔。需要在印范过程中用舂砂锤舂击钱币模型或砂型，使砂箱中与钱币模型字口凹槽、笔画之间的间隙凹槽等对应的砂粒在舂击钱币模型或砂型产生的强大外力挤压下才能填充到钱币模型字口、笔画之间的间隙等凹槽里，从而使钱币模型中的所有立体笔画都能规整清晰印制到钱范中。然而，用舂砂锤舂击钱币模型或砂型时钱币模型表面和砂箱中与其对应的砂面受强大外力挤压下会出现粘连现象（很多物体的粘连是需要施加外力的，说明外力会增加物体粘连的概率，所受的外力越大粘连的概率就越大），并在拔模时出现挂沙现象。尤其钱币模型正反凸出面在印范时更容易挂沙。因为印范时钱币模型正反凸出面先受到强大外力被挤压嵌入砂型后，地章、字口和笔画之间的间隙等凹槽底面才能接触到对应砂面，所以印范时钱币模型正反凸出面受外力最大、最容易出现粘连挂沙现象。也就是说出现印范挂沙的原因还与外力挤压钱币模型和砂面有关，钱币模型和与其对应的砂面受外力挤压越大越容易粘连，就越容易出现挂沙现象。

最后，外力的大小决定砂粒是否可以完全填充满钱币模型地章、字口和笔画之间的间隙，即解决钱币模型印范挂沙问题其实质就是提高钱币模型表面光滑度问题。钱币模型表面越光滑越不易挂沙。因此，制作雕母需要解决钱体表面光滑度的问题。

2.2 制作雕母的方法分析

雕母的制作大概可以分为两部分：圆形钱体的制作和钱文雕刻。

2.2.1 制作雕母圆形钱体的方法分析

金属制造可分为铸造和锻造两部分，锻造中又分为热锻、温锻和冷锻。从“锻”字的基本含义看，是指把金属放在火里烧，然后用铁锤打的意思，也就是说以前“锻”是专指固体金属加热后再施加外力变形成型的制造方法。后来人们把“锻造”逐渐理解为固体金属受外力变形成型方法的统称，对于“锻造”的真正含义也就再无人去考证。另外，为了区分锻造方法的种类，出现了热锻、温锻和冷锻等说法，但按含义理解，热锻、温锻、冷锻等词其实是矛盾词汇，古代必定不会出现这种说法。

由于金属制造可以使用铸造、热锻、温锻和冷锻加工等多种方法。所以，制作雕母时需要选择一种最适合制作圆形钱体的方法。

2.2.2 雕刻雕母钱文的方法分析

根据《考工记》记载，不同铜材的坚硬度差别是很大的。雕母的雕刻又不同于图章等一般雕刻，图章等一般雕刻注重的是文字表面的平面轮廓，而印制钱范不光需要文字表面的平面轮廓，还需要其正反两面的文字等凸出面嵌入砂型中形成立体空腔才能浇灌流铜、翻铸母钱。即雕母雕刻不光注重文字表面的平面轮廓还注重文字形状的立体轮廓。且雕母的用途是翻铸母钱，还要确保翻铸的母钱可以继续印范。所以，只有雕母的立体文字等的凹凸差距足够大，尤其字口部分的容积小，还要将字口部分的空间雕刻得尽量大，才能确保字口里容纳足够多的砂粒形成有字口轮廓的立体形状，才能确保翻铸母钱文字的规整立体形。所以，雕母的雕刻相较一般雕刻要求更多，难度也更大。我们知道一般文字的铜雕刻本身就很难，很容易出现败笔等意外情况。如果要把有规整立体形状的文字雕刻在铜板上，难度更大，所以，制作雕母还需要解决雕刻难度问题。

综上，制作雕母时需要解决钱体表面光滑度问题和钱文雕刻难度问题，还有从几种金属制造方法中选择最适合制作雕母圆形钱体的方法问题。

3 制作雕母解决存在问题的方法分析

3.1 制作雕母解决钱体表面光滑度的方法分析

不同物质的本身光滑度是不一样的，其制作出的钱币模型表面光滑度也不一样，本身光滑度较差、制作的钱币模型表面光滑度达不到印范不挂沙要求的金属是不能制作雕母的。所以，制作雕母时选择非常光滑的铜材才可以解决钱体表面光滑度问题。

3.2 制作雕母选择圆形钱体制作的方法分析

其实用铸造法和锻造法都可以制作钱币模型，但是用不同方法制作的钱币模型的光滑度不同。因制作原因导致钱体表面出现不光滑，也会引起印范挂沙现象。不过，金属制造方法中的冷锻加工法与铸造、热锻和温锻等方法相比来说，其显著特点之一是加工制作的金属表面光滑度好。冷锻加工法可以最大限度提高铜材表面的光滑度，所以，制作雕母时选择冷锻加工法制作圆形钱体坯子，既可以解决提高其表面光滑度问题，还可以解决金属制造方法中选择制作圆形钱体的方法问题。

3.3 制作雕母解决雕刻难度的方法分析

制作雕母时需要钱体上雕刻规整光滑立体形状文字难度很大。因合金比例不同的铜材硬度不同，且不同合金元素组成的铜材硬度也不一样，而铜材中有一种相对来说容易雕刻的铜材，称为“易切削铜材”，这种铜材可以降低铜材硬度，降低雕母雕刻的难度。

综上，将有良好光滑性和易切削性铜材通过冷锻加工法制作雕母，可以解决雕母表面光滑度、雕刻难度和圆形钱体制作方法的问题。

4 制作雕母为解决存在的问题而选用铜材的成分分析

4.1 制作雕母为解决表面光滑度而选用铜材的成分分析

我国在明代中期开始已经使用黄铜制作钱币，当时对紫铜、青铜、白铜和黄铜等铜材的合金成分、性能及冶炼技术等已经有了较好的掌握。而在已知的几种铜材中，黄铜相较其他铜材有非常好的光滑性，其光滑度在古时技术较为落后的情况下依然可以达到金属镜面（镜面是金属光滑度的最高境界，其表面可以倒映物体影像，如黄铜镜），能满足雕母印范不挂沙的要求。所以，制作雕母时解决光滑度问题需要选用黄铜，即铜锌合金。

4.2 制作雕母为解决圆形钱体制作问题而选用铜材的成分分析

制作雕母的圆形钱体时需要用冷锻加工法最大限度地提高其表面光滑度，而用冷锻加工法制作雕母圆形钱体坯子的前提是铜材要有良好的冷塑性，避免在制作雕母圆形钱体坯子时出现断裂破损情况。而在黄铜中根据性能可以分为单相黄铜和双相黄铜，其中单相黄铜具备良好的冷塑性。所以，用冷锻加工法制作雕母圆形钱体时还需要选用黄铜中的单相黄铜，即含锌量低于35%的铜锌合金。

4.3 制作雕母为解决雕刻难度而选用铜材的成分分析

在黄铜中加入少量铅元素可以合成铅黄铜，亦称“易切削黄铜”。易切削黄铜可以减少铜材的雕刻难度，所以，制作雕母时为了降低雕刻难度问题，还可以选用单相铅黄铜，即选用含锌量低于35%的铜锌铅合金。

4.4 制作雕母避免影响铜材性能的方法分析

因金属在自然界并不是单独存在，而是多种金属元素和杂质共生的，又因不同合金元素或不同合金元素比例都会影响铜材性能。而且，铜材中如果含有影响其性能的有害合金元素哪怕其含量很少都会影响铜材的性能。例如，杂质或有些微量元素会升高雕母铜材的硬度，增加雕刻难度，影响钱文的立体规整程度和切面光滑程度，是需要尽量去除掉的。所以，为了避免雕母铜材性能发生改变，需要精心提炼，需要尽量去除有害合金元素和杂质。

综上，制作雕母解决表面光滑度问题、钱文雕刻难度问题以及圆形钱体的制作方法问题时，应选用一种去除了有害合金元素和杂质的，具有良好光滑性、冷塑性和易切削性的精炼单相铅黄銅。

5 鲍康描述的雕母“精铜”的成分分析

我国从明代中期开始已经具备了冶炼多种黄铜的条件，且根据已发现雕母铜材的颜色分析，雕母的铜材属于黄铜。因此，鲍康描述的“精铜”应属于黄铜的一种。

鲍康描述的雕母是“凿成”的。根据雕母的制作并非铸造且圆形钱体需要变形成型，结合“凿”的其中一个含义是“捶打”的意思来分析，可以推断“凿成”是专指在常温下直接捶打变形成型的制作方法，即“凿成”是指把精铜在常温下直接捶打变形成型的冷锻加工法。凡是见过雕母的人都会形容雕母的铜材看上去金光铮亮。之所以出现金光铮亮的原因并不是雕母铜材中含有发亮的合金元素造成的，而是因为制作雕母圆形钱体时使用了冷锻加工法，这种方法会改变金属的物理性质，使铜材中的晶粒细化，质地变得紧密，导致金属表面光滑。而使用冷锻加工法的前提是铜材要有良好的冷塑性。所以，鲍康所指的雕母“精铜”应具备良好的冷塑性，而黄铜中只有单相黄铜具备良好冷塑性。因此，鲍康所指的雕母“精铜”又是具备良好冷塑性的单相黄铜的一种。

雕母，顾名思义是雕刻而成的，而因雕母规整光滑的立体文字的雕刻难度很大。结合古人对铅元素的性能已非常熟悉，为了减少雕刻难度，必定会在“精铜”中加入铅元素合成更易切削的单相铅黄铜。所以，鲍康所指的雕母“精铜”应是具备良好冷塑性和易切削性的单相铅黄铜的一种。

鲍康描述雕母的铜材是“精铜”。根据“精铜”的字义理解是去除了有害合金元素和杂质的精炼铜材（普通流通币因铸造量大，对铜材合金成分又没有严格要求。所以，普通流通币的铜材中会含有镉、钴等微量元素或杂质）。所以，鲍康所指的雕母“精铜”又是去除了有害合金元素和杂质的精炼单相铅黄铜的一种。

综上，鲍康所指的雕母“精铜”是去除了有害合金元素和杂质的，具有良好光滑性、冷塑性和易切削性的专门精炼的单相铅黄铜的一种，符合制作雕母的要求。所以，古人制作雕母时会选择鲍康所指的“精铜”。

6 雕母“精铜”合金成分的演变分析

雕母的发展史其实就是不断提高雕母表面光滑度和铜材易切削性的过程。随着黄铜冶炼技术的不断提高，人们对更多合金元素的性能有了了解，为了进一步提高雕母表面和切面的光滑度及铜材的易切削性，会在雕母铜材中添加更多其他合金元素。所以，鲍康所指的“精铜”是在制作雕母的发展过程中以铜、锌、铅等合金元素为基础，又逐渐增加了一些更适合制作雕母的合金元素的，具有良好光滑性、冷塑性和易切削性的精炼单相铅黄铜。

虽然在制作雕母工艺的发展过程中，“精铜”中加入了一些更适合制作雕母的合金元素，但是制作雕母“精铜”应具备的良好光滑性、冷塑性和易切削性的特质始终没变。其材质也基本保持了以铜、锌、铅等为主要合金元素、按比例合成的精炼铜材。当然，“精铜”中铜、锌、铅等合金元素的比例会有所差异。这主要是因为古代冶炼“精铜”时，是先将合金元素比例调配好再冶炼的。然而，在冶炼的过程中会有部分合金元素出现蒸发或损失等情况，导致合金比例出现浮动。而且在古代没有检测铜材成分的方法，无法精准把握雕母铜材的合金比例，尤其人们对金属合金性能的认知是循序渐进的过程。雕母铜材的合金比例和合金种类会不断发生变化。所以，不同时期或不同制作方冶炼的铜材合金种类和比例都会有所不同。由此可知，鲍康所指的“精铜”的合金成分比例和种类并不是一成不变的。

7 雕母“精铜”合金成分的检测及鉴别分析

由于过去没有金属检测仪器，人们无法了解雕母合金元素和铜材质地，在鉴别雕母时主要靠肉眼观察分析铜材质地。例如，雕母铜材看上去金光铮亮，表面没有铸痕或砂眼等特征，但是对于一枚历经几百年的雕母而言，其表面已经出现了很多磨损、磕碰、锈蚀等情况。由于人们对金光铮亮的认知程度不同，对“金光铮亮”的定义标准也不同，很难根据“金光铮亮”这个形容词来确定铜材质地。况且，根据单相黄铜性能，其含锌量越高塑性也越大，冷锻加工后切削难度也就越大。这是因为金属塑性越大，加工变形后其加工硬化（加工硬化是指随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降）程度越高，越不易断屑，不易获得好的切面质量。有些早期含锌量较高的黄铜雕母，因其加工硬化程度较高且不易断屑，会出现切面光滑度及平整度较差的现象，这种现象很容易使人们认为是铸造导致的錯觉。所以通过肉眼观察区别铜材是铸造还是锻造时会出现误判情况。

随着科技的发展，现代已经出现了种类繁多的金属检测仪器（包括无损金属检测仪），用这些仪器可以检测出雕母的合金成分和质地。例如，用X射线荧光光谱无损金属检测仪可以直接检测出铜材的合金成分;用超声波或X光做探伤检测可以了解铜材质地。因为雕母铜材是用冷锻加工法制作而成，所以铜材内部晶粒细密，没有夹杂物或收缩气孔，而铸造钱币的铜材内部晶粒大，紧密度不够，有夹杂物或收缩气孔。

综上，通过金属检测仪器检测可以了解雕母铜材的合金元素种类及比例和制作方法。用肉眼观察区别雕母时，是无法准确观察出钱币的金属合金元素成分、比例及质地的。

8 结论

总而言之，鲍康所说的雕母“精铜”是指为制作雕母用铜、锌、铅等为主要合金元素按比例专门精炼的一种优质铜材，这种铜材具有良好的光滑性、冷塑性和易切削性，其材质属于单相铅黄铜中的一类。用这种铜材制作的钱币模型可以具备雕母应有的所有功能和特点。

参考文献

[1]鲍康.大钱图录[M].北京：北京大学出版社，1989.