廣州出土脆弱青銅器腐蝕礦化表征研究

【關(guān)鍵詞】廣州；脆弱青銅器；腐蝕；礦化；表征

【摘 要】廣州出土的青銅器十分脆弱，強度極低。本次工作對脆弱青銅器典型樣品進行顯微觀察和電導(dǎo)率、密度、吸水率等的測試，以及利用X射線衍射分析方法測試其腐蝕后的主要成分，以此表征青銅器的脆弱程度，為后續(xù)的保護提供數(shù)據(jù)參考。

引 言

廣州地區(qū)的古代墓葬一般分布在屬赤紅壤地帶的低山丘陵。墓葬出土的青銅器受赤紅壤化學(xué)腐蝕，銅流失特別嚴重，大部分都無銅芯本體的存在 [1]。此類青銅器十分罕見，保護處理相當(dāng)棘手。

現(xiàn)國內(nèi)針對脆弱青銅器的保護研究做了不少工作，但是對出土脆弱青銅器腐蝕礦化表征研究鮮有報道。如中國文化遺產(chǎn)研究院馬菁毓[2]、南京博物院萬俐[3]等人在高度礦化青銅器加固材料的篩選等方面做了研究和實踐。然而，加固保護材料需根據(jù)脆弱青銅器腐蝕程度、腐蝕產(chǎn)物、腐蝕結(jié)構(gòu)以及脆弱青銅器保存環(huán)境的不同進行選擇。因此，本次工作嘗試挑選4件廣州小谷圍漢墓出土的典型脆弱青銅器殘片樣品，進行顯微觀察和電導(dǎo)率、密度、吸水率等的測試，以及利用X射線衍射分析方法測試其腐蝕后的主要成分，以此表征其物理性能和脆弱程度，為后續(xù)的保護提供數(shù)據(jù)參考。

一、 實驗器材和方法

1.實驗儀器

S8APO體視顯微鏡（Laica），KH-45型電熱鼓風(fēng)干燥箱（湖南省吉首市中誠制藥機械廠），CON510電導(dǎo)率儀（Eutech/Oakon儀器有限公司），JY7-5電子天平（上海光正醫(yī)療儀器有限公司），JJ224BC分析天平（常熟市雙杰測試儀器廠），JK-WB-8A恒溫水浴鍋（上海精學(xué)科學(xué)儀器有限公司）。

2.樣品

挑選廣州小谷圍漢墓出土脆弱青銅器的典型樣品4件，編號為2003GXHM16∶23銅碗、2003GXHM1∶4銅盂、2003GXHM16∶17銅碗、2003GXHM5∶17銅碗，分別使用1623、0104、1617、0517的樣品編號（圖一）。利用體視顯微鏡對樣品的斷面進行觀察和拍照（圖二）。樣品信息及外觀描述見表一。

3.實驗方法與計算公式

（1）結(jié)構(gòu)分析

4件青銅器分別提取殘片樣品進行X射線衍射分析。具體操作和測試方法為：將青銅器礦化殘片表層的附著土清除掉，或用酒精清洗表面浮土后，在瑪瑙研缽中將其磨細至粒徑在1～10μm之間，然后利用X射線衍射儀（轉(zhuǎn)靶D/Max-rA，日本理學(xué)電機公司）對其進行分析測試。工作電壓和電流為：40kV，100mA；2θ的測試范圍：5—70，量程為2000CPS。

（2）吸水率和密度測試

物理性能是反映脆弱青銅器腐蝕程度的重要參數(shù)指標(biāo)，包括吸水率、密度、硬度等。其中，利用吸水率反映脆弱青銅器腐蝕后的致密程度。脆弱青銅器腐蝕樣品開口氣孔所能吸附水的重量與樣品干燥時的重量之比，稱為吸水率，以百分數(shù)表示。本次選取8個青銅殘片樣品，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3810.3-2006陶瓷磚試驗方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定法，進行樣品的密度、吸水率測試。先稱量初始重量m0，然后水浴加熱3小時后稱濕重得m1，烘箱烘干90秒后再稱重量得m02，烘干150秒后稱重量得m2，室溫吸水率（m0-m2）/m2×100%，吸水率=（m1-m2）/m2×100%。

通過密度表征脆弱青銅器銅流失的程度。測試方法為，先用細線綁住樣品，放入裝有水的燒杯中，樣品沉底，將燒杯放在電子天平上歸零，輕拉細線，讓樣品懸浮在水中，讀出天平讀數(shù)浮重1，因為m2-F（浮力）=浮重m3，F(xiàn)（浮力）=P（水密度）×V（排水）×g，水密度為1g/cm³，計算出V（排水）= m2-浮重m3，因為V（排水）=V（樣品），m2= P（水密度）×V（排水），P（樣品密度）=m2/ V（樣品）。浮重稱量兩次，取兩次的平均值得到m3，最后密度=m2/（m2-m3）（g/cm³）。

（3）電導(dǎo)率測試

電導(dǎo)率用來表征物體對電流的傳導(dǎo)能力，采用具體數(shù)字形式表示。溶液的電導(dǎo)率值與其中的可溶鹽含量有一定的關(guān)系，當(dāng)可溶鹽濃度較低時，電導(dǎo)率與可溶鹽含量成正比，因此電導(dǎo)率可用于推測溶液中的可溶鹽含量。實驗將文物樣品浸泡于去離子水中，測試浸泡液的電導(dǎo)率，從而分析文物樣品中所含可溶鹽的情況。去離子水電導(dǎo)率為1.24μs，自來水電導(dǎo)率為231μs。將所選樣品分別稱重10g浸泡在200ml去離子水中，每隔一段時間采用電導(dǎo)率儀對浸泡液進行測試，以測試脆弱青銅器文物中可溶鹽含量。

二、結(jié)果與討論

1.結(jié)構(gòu)分析

2.吸水率分析和密度

經(jīng)過測試后，得到樣品吸水率和樣品密度測試數(shù)據(jù)，具體見表二、表三。

表二、表三數(shù)據(jù)顯示，大部分樣品的吸水率超過10%，其中最低的0104-1吸水率也達到6.2667%。1617-2和1623-1的吸水率較高，都超過了20%，分別達到20.4930%、25.0380%。樣品吸水率平均值接近15%。說明不同腐蝕程度的脆弱青銅器殘片樣品吸水率存在著差異。結(jié)合脆弱青銅器殘片樣品斷面的顯微觀察，不難發(fā)現(xiàn)，吸水率高的樣品都是結(jié)構(gòu)疏松、銅流失嚴重的樣品。如果青銅器完全沒有腐蝕的話，即剛鑄造的青銅器，內(nèi)部為青銅金屬晶體結(jié)構(gòu)，根本無法吸水，理論上其吸水率應(yīng)該為零。

同時，在對樣品進行水浴加熱和烘干前，稱量了初始重量，再與烘干后的數(shù)據(jù)進行計算其室溫吸水率，數(shù)值平均達4.8%。其中1617-2室溫吸水率最大，達到6.6726%，最小的0104-1也達到2.5616%。與吸水率數(shù)據(jù)比較，吸水率越高，相應(yīng)的室溫吸水率就越高。可見脆弱青銅器腐蝕后疏松的結(jié)構(gòu)在廣州高濕環(huán)境室溫條件下會吸附較多的水份。

3.電導(dǎo)率分析

通過對樣品浸泡的不同時間，測試電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，具體見表四。

從表四中不難看出，樣品浸泡的前72小時電導(dǎo)率變化較大，之后電導(dǎo)率變化趨于平緩。說明樣品內(nèi)可溶性鹽基本上在72小時內(nèi)析出。浸泡96小時和120小時后測量的數(shù)據(jù)變化不大后，原24小時測定一次改為72小時測一次。264小時測定的數(shù)據(jù)與192小時測定數(shù)據(jù)變化非常小后，遂停止電導(dǎo)率的測定。結(jié)果顯示，0104-3的電導(dǎo)率最低，264小時后數(shù)值達34.6μs。其他三個樣品的電導(dǎo)率值都比0104-3高出1倍以上，其中1623-3的電導(dǎo)率最高，264小時后數(shù)值達80.7μs，可以看出該樣品電導(dǎo)率相對較大。1617-3的電導(dǎo)率也比較高，264小時后數(shù)值達75.8μs。四個樣品浸泡264小時后電導(dǎo)率平均值達64.1μs。電導(dǎo)率的高低恰與上述測定的吸水率、密度數(shù)據(jù)相對應(yīng)，說明脆弱青銅器腐蝕后，產(chǎn)生大量的可溶性鹽，同時可溶性鹽的多寡也反映了青銅器腐蝕脆弱程度。

三、結(jié)論

近年，文物科技保護注重規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。本次工作首次對脆弱青銅器腐蝕程度進行量化表征，通過對脆弱青銅器典型樣品進行結(jié)構(gòu)分析、顯微觀察及電導(dǎo)率、密度、吸水率等測試，說明青銅器腐蝕礦化非常嚴重，可通過滲透高分子材料填充結(jié)構(gòu)疏松蜂窩狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來增加強度。

吸水率測試表明，脆弱青銅器腐蝕后疏松的結(jié)構(gòu)在廣州高濕環(huán)境室溫條件下會吸附較多的水分，因此在對其進行加固封護處理前需進行烘干處理。

[1]呂良波：《廣州地區(qū)出土脆弱青銅器赤紅壤腐蝕研究》，載《廣州文博》（二），文物出版社，2008年，第282—289頁。

[2]馬菁毓：《浙江溫州西周土墩墓出土青銅器保護修復(fù)》，載《文物科技研究》第五輯，科學(xué)出版社，2007年，第102—110頁。

[3]萬俐：《南京博物院青銅器文物保護修復(fù)方法介紹》，載《文物科技研究》第四輯，科學(xué)出版社，2006年，第26—34頁。

〔責(zé)任編輯：成彩虹〕