铁器文物腐蚀与保护的几个问题

郭 星（郑州二七纪念馆，河南 郑州 450000）

中国作为世界古国，有着源远流长的文明，经过几千年的发展，中国社会进入了新时代，对历史文明的研究也越发重视。相关文献记载，青铜器之后的许多铁器是铁和碳的合金。那个时代，中国普遍使用铁器进行农业和手工业的生产，是人类社会又一次质的飞跃。我国出土的铁器文物，由于长期埋在地下，损坏严重，即使在挖掘之后，由于周围条件的影响，内部腐蚀也会继续，难以保持其完整性。创新保护铁器文物完整性的方法，发掘古迹，开展相关历史文化研究，采取必要的防腐措施，对现代铁器文物的维护和修复尤为重要。铁器文物的传统维护程序通常是先将铁器文物清洗干净，再对铁器文物表面进行处理，然后经过一系列工艺达到最终的效果。因此，研究铁器文物的防腐机理和防腐方法对于维护文物的完整性非常重要，这也是今后铁器文物保护的发展目标。

一、铁器文物腐蚀的原因

由于铁的化学性质比较活泼，在自然条件下，铁比青铜更难储存，而影响铁器文物腐蚀的因素有铁器内因和外因两大类。化学元素周期表显示，铁的位置比较靠前化学性质活泼，导致铁器文物的后期保养工作格外困难。在古代，铁是通过低温熔炼铁矿石而获得的，冶炼得到的铁本身就处于不稳定状态，一旦遇到外界环境的刺激很容易发生变化，并且对水、氧和盐等物质敏感。铁器文物生锈现象，常被文物工作者称为金属腐蚀，影响铁制品腐蚀的因素是复杂的，大致分为以下几个方面。

一是，铁器的内部结构容易受到严重的电化学腐蚀，白口铸铁有渗碳体膜，但松散的气孔会使腐蚀性物质渗入铸铁，引发化学反应。

二是，铁是一种易氧化、易腐蚀的活性金属，如果土壤透气性好，土壤内的含氧量就很高，对铁器文物的腐蚀性很强，而土壤渗透性差且含氧量非常低，土壤对金属的腐蚀会较慢。土壤是由多种成分组成的，包含固体、液体。大多数土壤的pH为中性，但也有pH高于7.5的碱性土壤和pH小于7的酸性土壤。土壤的pH因地区而异，水、盐、氧、微生物的含量不同，因此铁器文物的腐蚀程度也不同。酸性土壤的腐蚀性更强，产氢的阴极反应可以在pH较低（pH<4）的土壤中进行。

三是，铁器文物在大气储存中出现腐蚀现象，大气腐蚀是最常见的铁腐病类型，一些长期存放在展厅和博物馆中的铁制品腐蚀被归为大气腐蚀。大气腐蚀与湿度、温度、灰尘和盐分等因素的影响密切相关。其中，干空气腐蚀是指铁器文物表面没有水或水膜时的一种空气腐蚀，而湿空气腐蚀又称干氧化和低湿腐蚀，是在铁器文物表面形成一层薄薄的水膜时形成的。铁器文物上的水膜层是肉眼看不见的，其是由于毛细作用、吸附或化学冷凝作用而在金属表面形成的，在发生腐蚀反应时表现为湿度增加，会有一些污染物附着在文物上。另外，随着湿度的增加，化学反应速度加快，铁器文物的腐蚀速率也随之加快。

二、铁器文物的保护方法

（一）铁器文物表面清洁、除锈处理

除锈就是尽可能修复铁制品的腐蚀部位，其目标是去除外层的松散锈迹，保持内层的结构严重，并不断增强铁基体的稳定力。其中，易碎铁器的清洗和除锈主要采用机械方法，当与钻器结合使用时，可用竹刀或手术刀等工具去除表面的污垢和其他沉积物，并去除外层的松散锈迹。如果铁器文物不完整，可以用化学试剂或电化学方法对文物进行清洗，常用的有磷酸盐和柠檬酸。工作人员在除锈前应做好一定的记录，包括测量文物尺寸、文物修复前后摄影、X射线锈层分析等程序，再用小刀或皮卡等专用工具对生锈区域进行剥离、雕刻、去除表面较厚的锈层和大部分锈块。在大多数情况下，人们使用酸性溶液和酸洗缓蚀剂来进行连贯的除锈处理，将少量酸性溶液加入大量水中，并在其中浸入铁锉以处理浅锈。

图一 铁器文物腐蚀

（二）铁器文物的脱盐处理

脱盐任务的主要目的是去除铁制品表面和内部的污垢。因为，文物上的污垢会加快铁的腐蚀，影响后期的维护工作，应及时处理。在脱盐处理过程中，用去离子水超声波清洗或用5%的碳酸氢钠进行超声波清洗，通过冷热置换去除可溶性盐类，并定期更换溶液，直到检测溶液中氯离子的浓度在4毫克/升以下。在脱盐过程中，可以将文物上的污渍煮沸，用蒸馏水洗涤，然后在碱性溶液中浸泡，并在脱盐后用去离子水反复洗涤，用乙醇溶液浸泡，进行脱水，自然干燥。根据中国铁器文物的腐烂情况分析，蒸馏水是最好的洗涤剂，反复洗涤铁器文物可以彻底去除油污和可溶性盐类，并注意将清洗后的铁器文物进行及时烘干。

（三）铁器文物的加固和修复处理

铁器文物维护过程中，采用加固方法保持铁制品的原有外观和完整性，防止铁器裂纹部位扩大。矫形主要是一种通过矫正器械对形状变化的部位进行矫正处理，主要是由于外力的挤压或裂缝造成的铁器文物损伤。修复工作主要针对铁器的脆弱部位，根据铁器文物的腐蚀损坏强度，可以选择环氧树脂和聚丙烯酸酯将断铁修复。根据实际情况，可以选择弥补缺失或不完整的部分。此外，铁器文物受储存环境影响很大，因此控制环境的温度和湿度对于金属文物的储存非常重要。

（四）铁器文物的封炉处理

作为铁器文物维护的最后一步，也是最重要的一步，表面封炉可以实现对铁器文物的长期有效维护。在铁器封炉过程中，较好的铁密封剂是有机硅类物质，它可以有效地将铁与外界隔离，防止铁的进一步腐蚀。但此类物质的价格昂贵，而且处理后的铁器文物外观颜色会稍暗，一般会选择氯仿或乙酸丁酯溶液来完成封炉工作。常用试剂的质量分数为1%～5%。在通风柜内，用软毛刷刷工件表面，将铁器工件表面密封，即在铁器上涂一层缓蚀剂，防止其与空气接触。此外，微晶白蜡也可用于密封，借助白蜡热熔性、流动性、耐水性、可逆性、无色透明、价格高等独特优势，保养铁器文物表面。其中，具体方法是将微晶白蜡加热融化，浸泡在仪器中，待泡沫消失后取出，或用刷子适当加热，将融化的微晶白蜡直接涂抹在仪器表面即可。

（五）铁器文物的缓蚀技术

铁器文物的腐蚀可以通过相应的处理得到有效控制，但仍存在隐藏腐蚀的风险，必须采取相应措施延缓腐蚀。缓蚀技术是铁制品常用的防腐技术，缓蚀剂主要用于铁文物的表面，从而延缓铁制品的腐蚀速度。下面详细介绍一些最常用的缓蚀剂。

一是单宁酸络合物缓蚀剂，主要是由适量的单宁酸和硅酸钠以及乙醇胺混合而成的试剂，在铁器文物表面形成一层稳定均匀的薄膜，可有效提高铁器文物的耐腐蚀性能，保持文物的外部形态和颜色不受影响。

二是复合气相缓蚀剂，是缓蚀技术中最有效的一种试剂，可以在一定程度上将铁器文物保持得很好，主要是因为试剂中的γ-FeOOH是高密度的，可以形成封闭性良好的保护膜，使得文物的抗氧化性更强。

三是硅酸盐缓蚀剂，是由聚硅酸盐组成的，试剂的酸碱值维持在中性范围内，可以有效控制铁器文物的腐蚀。硅酸盐缓蚀剂的原料来源相对于其他试剂来说比较丰富，制作成本相对较低，受欢迎度也较高一些，可以用于各种铁器品的缓蚀。

四是有机缓蚀剂，主要是利用一些高效低毒的有机材料来保护文物，常用的有机缓蚀剂有100多种，对环境的影响非常小，具有一定的生态价值。

（六）铁器文物的磷化、钝化

当铁锈缓慢溶解时，会产生可溶性二价铁离子，降低铁制品的表面酸度，需要进行钝化保存。在铁器文物的钝化工作中，可选择RP维护材料对废弃铁制品进行包装，在外部保留除氧剂，或将成品密封充氮储存。铁器文物的钝化可以将铁的腐蚀速率降低到接近于零，形成钝化膜，最终形成不溶性稳定的磷酸铁。钝化膜是在铁阳极电化学腐蚀过程中形成的，其目的是抑制电化学反应，从而有效阻断铁的进一步腐蚀。另外，在铁器文物磷化过程中，建议采用硝酸钠作为催化剂，磷酸用于维持溶液的酸度，两者相互配合完成铁器的储存。此外，当湿度小于35%时，铁相对稳定。常温下，推荐存放金属文物的绝对湿度为15%～40%，推荐温度为15～20 ℃。

三、结束语

现代铁制品是由铁和碳组成的混合物或化合物，在外界环境的影响下，铁器文物会发生化学反应或者受外界影响而发生化学反应。久而久之，铁器文物的表面会一层一层掉落，直至完全生锈，不利于我国对历史文化的研究探讨。然而，铁器文物在腐蚀后可以通过一定的方法进行修复。为修复后的铁器文物提供有效的环境保护是稳定修复结果的关键，是其在学术研讨会、展览中使用的基础。因此，相关工作人员应增强对于铁器文物的保护意识，使用安全可靠的保护设备和方法。

图二 出土铁器文物