鴉片戰爭博物館館藏明清鐵炮保護修復技術

孫廣平

鴉片戰爭博物館館藏明清鐵炮保護修復技術

孫廣平

鴉片戰爭博物館館藏鐵炮184門，由于鐵炮自身性質活潑、虎門環境濕熱、多雨，鐵炮出現不同程度的銹蝕情況。為了去除鐵炮因銹蝕產生的表面病害，保留鐵炮賦存的文物價值，從2010年起，鴉片戰爭博物館與西北大學文化遺產學院建立合作關系，致力于館藏鐵炮的修復和保護工作。到目前為止，積累了豐富的鐵炮保護經驗，成功保護、修復了113門鐵炮，并改善了保存環境，使其達到良好的保存狀態。

鐵炮保護 腐蝕 方案與修復 保存環境

引 言

鴉片戰爭博物館館藏鐵炮184門，該批鐵炮為今天的研究提供了科學、準確的歷史信息，使我們對明清時期鐵器鑄造方法的研究有跡可循。同時，這些鐵炮正是中國近代史上虎門銷煙、抗擊外侵的實物歷史證據。它們不僅僅數量眾多，種類多樣，而且蘊含著豐富的價值，是中華民族抵御外侵的象征，也是中華愛國精神的體現。這些各式各樣的鐵炮見證了我國沿海海防文化，是中華民族生產、生活實踐以及抵御外族侵略的象征，體現了文明發展的方方面面。另外，鐵炮的形式種類又充分體現了虎門等沿海地區的特色，同時對于海內外文化的交流和傳播具有重要的教育意義。

現今，由于鐵炮自身性質活潑、虎門環境濕熱、多雨等原因，許多露天環境、室內庫房中的鐵炮出現不同程度的銹蝕情況，這些銹蝕產生的病害表現種類多、程度高，其中如點蝕、孔洞、表面硬結物等病害不僅嚴重影響了鐵炮的自身安全、遮擋鐵炮本體表面信息，同時也不利于鐵炮的保存。

為了去除鐵炮因銹蝕產生的各種表面病害，展現鐵炮表面信息，保留鐵炮賦存的豐富價值，從2010年起，鴉片戰爭博物館開始與西北大學文化遺產學院建立合作關系，致力于館藏鐵炮的修復和保護工作。5年來，雙方精誠合作，形成了較為成熟的、科學的保護修復方法，積累了豐富的鐵炮保護經驗，成功保護、修復了館內達113門鐵炮，并改善了保存環境，使其達到良好的保存狀態。

一、館藏鐵炮和保存環境概述

（一）館藏鐵炮情況

鴉片戰爭博物館位于廣東省東莞市虎門鎮，是我國重要的展示中國近現代歷史的博物館之一。館藏有大量明、清及民國時期戰爭時所制造、使用的鐵炮。這些鐵炮數量繁多，且種類多樣。單從類型和用途分類，它們便可分為鎮宅炮、艦載炮、船舷炮以及陸地海防炮等。據統計，鴉片戰爭博物館館藏鐵炮數量多，有184門；品類全，明代崇禎鐵炮、南明永歷鐵炮、清代鐵炮從順治至宣統均有收藏，按照類別上鐵炮從海防炮、城防炮、船舷鐵炮、國產炮、國外購買的鐵炮、竹節形鐵炮、弗朗機鐵炮均有收藏。

（二）館藏鐵炮保存現狀

經過對虎門鴉片戰爭博物館館藏多門鐵炮的病害調查，統計發現鐵炮的病害類型主要有以下幾種：殘缺、裂隙、層狀剝離、孔洞、瘤狀物、表面硬結物、通體礦化、點腐蝕、全面腐蝕。

1、殘缺：殘缺是指鐵炮受物理和化學作用導致的基體缺失。

2、裂隙：裂隙是指鐵炮表面或內部開裂形成的縫隙。

3、層狀剝離：層狀剝落是指鐵炮因物理、化學和生物等因素造成表面覆蓋物成片脫落。

4、孔洞：孔洞是指鐵炮腐蝕形成的穿孔現象。

5、瘤狀物：瘤狀物是指鐵炮局部隆起的塊狀物。

6、表面硬結物：表面硬結物是指鐵質文物表面的硬質附著物，常覆蓋銘文及花紋。

7、通體礦化：通體礦化是指鐵質文物因腐蝕程度過重而導致器物整體礦化呈酥松發脆狀態。

8、點腐蝕：在點或孔穴類的小面積上的腐蝕叫點腐蝕。這是一種高度局部的腐蝕形態，孔有大有小，一般孔表面直徑等于或小于它的深度，小而深的孔可能使金屬穿孔；孔蝕通常發生在表面有鈍化膜或有保護膜的金屬。

9、全面腐蝕：腐蝕分布在整個鐵炮表面上（包括較均勻的和不均勻的）。在全面腐蝕過程中，進行金屬陽極溶解反應和物質還原反應的區域都很小（甚至是超顯微的），陰、陽極區域的位置不固定，在腐蝕過程中隨機變化，結果使腐蝕分布非常均勻，危害也相對小些。

（三）館藏鐵炮保存環境

虎門鎮屬亞熱帶季風氣候，長夏無冬，日照充足，雨量充沛，溫差小，季風明顯，同時，虎門位于沿海、沿河地區，地區中空氣含鹽量大。據統計，虎門平均溫度高于15℃，年均降雨量高于1600㎜，屬于溫度高、日照時間長、濕度高的地區。而鐵器自身性質活潑，對于高溫、空氣中的水分十分敏感，而水汽、高溫、鹽分的交互影響是引起鐵炮表面銹蝕、產生病害的主要誘因。

鴉片戰爭博物館館藏鐵炮的保存環境主要有兩種：室內庫房（館廳）保存、戶外露天展出。其中，戶外露天展出的鐵炮體型較大，表面常年與外界環境接觸、并遭受降雨的影響，病害主要表現為孔洞、大面積的層狀剝離和銹蝕；而在庫房、展廳保存的鐵炮受到環境影響相對較低，但是雖無降雨、強風影響，室內環境中的溫濕度仍然較高，不利于鐵炮的保存，這些室內保存鐵炮的主要病害為點狀銹蝕和表面硬結物。

總而言之，虎門鴉片戰爭博物館位于高溫、高濕、含鹽空氣的環境中，室內、露天中鐵炮均受到環境的影響和危害。該館所處環境不利于鐵炮的展陳和保存，應對鐵炮進行科學、系統的保護加固和修復工作。

二、科學保護修復方案的設計和實施

根據鴉片戰爭博物館館藏鐵炮的銹蝕及病害情況，同時，根據《中華人民共和國文物保護法》《中華人民共和國文物保護法實施細則》、WW/T0010—2008《館藏金屬文物保護修復檔案記錄規范》等政策法規文件，結合虎門鴉片戰爭博物館館藏鐵質文物的實際狀況，在做好前提研究的基礎上，針對不同的鐵質文物病害選用不同的修復材料、采取不同的修復工藝及保護措施。

除依照上述基本原則和法規，需遵循“最小干預原則”“可持續保護原則”“協調及可辨識原則”的思路，并按照“使用的所有材料及工藝必須經過試驗和研究，證明對文物是有效的、基本無害的”要求進行修復。

經過文獻資料的查閱和前期實驗，最終設計出了一套針對性強的、全面的鐵炮保護修復方案，并在實際保護中不斷地完善。最終的保護修復方案包括以下幾個步驟：表面除銹、脫鹽處理、表面緩蝕、表面封護。

（一）表面除銹

鐵器的腐蝕產物一般有兩大類：一類是結構緊密、堅硬、穩定的銹蝕成分，例如Fe3O4等，它們性質穩定，不水解；第二類是含有水分和Cl-的銹蝕產物，其結構疏松，易于吸收水分，在酸性、堿性和一定濕度條件下使鐵器繼續發生化學腐蝕和電化學腐蝕，導致鐵器損壞。但是無論哪種銹蝕成分，都會對鐵器的外觀有所影響，若不清除則可能會進一步腐蝕鐵器本體，因此對鐵器表面銹蝕的去除是十分必要的。對虎門鴉片戰爭博物館館藏鐵炮的除銹應選擇機械除銹和噴砂除銹結合的方法。

機械除銹，對表面浮銹或與鐵器本體結合較疏松的銹體，利用物理機械接觸摩擦的原理，采用手術刀、手持打磨機等小型手工工具清除。這種方法能較為徹底的去除鐵器表面浮銹。

噴砂除銹則針對難以機械去除的銹蝕。根據對噴砂磨料的研究，選擇小型循環回收噴砂機，以及出口壓力（4kg/cm2）、噴嘴口徑（4mm）的噴砂環境。噴砂磨料選擇塑料砂（30-60目）。

（二）脫鹽處理

脫鹽處理對于鐵器保護來說是至關重要的步驟。而脫鹽處理的主要對象就是氯離子。如不盡可能多的脫去鐵器中的氯離子，即使對鐵器表面進行緩蝕和封護，環境中的水氣和氧氣也極易與鐵器中的氯離子發生反應，導致鐵器腐蝕的持續發生，使得對其表面的緩蝕和封護作用甚微。

由于虎門鴉片戰爭博物館的鐵質文物分布在戶外環境和庫房室內環境中保存。因此，針對不同環境中的鐵質文物，設計了不同的脫鹽方法。

針對庫房、展廳保存的小型鐵炮，采用的是電泳除鹽方法，即建造點泳池，將鐵炮放置于電泳液中進行除鹽處理；虎門鴉片戰爭博物館室外環境保存的鐵質文物較多，體型較大，據前期實驗和保護實踐，設計紙漿涂敷脫鹽法處理，即在鐵炮表面貼敷浸泡有電解質的紙漿，利用其吸附作用完成除鹽處理。

（三）表面緩蝕

緩蝕處理在除鹽工藝之后，旨在去除鐵炮表面銹蝕、置換鐵炮內部Cl-離子后，將鐵炮表面鈍化、緩蝕，減少、降低鐵炮表面再次發生銹蝕的可能。對鐵炮的緩蝕處理主要采取涂刷工藝，由于現場保護時發現單寧酸與鐵基體極易形成絡合物，反應迅速，因此體型較小的鐵炮涂刷一次即可，體型較大的鐵炮厚度較厚，因此選擇2-3次涂刷。緩蝕材料選擇單寧酸（5mmol/L）+硅酸鈉（10mmol/L）+磷酸二氫鋅（0.05mmol/L）+乙醇胺（3mol/L）。

（四）表面封護

鐵的化學穩定性差，容易腐蝕。一旦鐵器發掘出土，并且放置于空氣中它們則將進一步受到環境的侵蝕。環境中的水汽、鹽分、酸、灰塵以及有害含量都會發動或者促使發動鐵器表面開始腐蝕。因此，對鐵器的保護包括表面除銹、脫鹽、緩蝕后，必須進行表面的封護處理。通過使用封護材料，鐵器本體可形成一個相對穩定的微環境，在基體表面形成的防護膜能防止鐵質文物繼續受到環境中各種有害物質的干擾。封護材料的選擇需滿足許多標準，如可再處理、基本透明、無眩光、耐老化性好、防腐蝕能力強、防水性好等，最終選擇有機材料PB72的乙酸乙酯溶液作為封護材料。

以上保護修復方案經過多年的修正與實施，已完成鴉片戰爭博物館館藏113門鐵炮的保護處理。目前該方法已趨近成熟，已經形成集教育、科研、保護為一體的科學化進程。

三、保護材料、工藝的試驗嘗試及應用實例

（一）保護材料、工藝的試驗嘗試

1、緩蝕實驗的嘗試

緩蝕材料即緩蝕劑，它是一種當以適當的濃度和形式存在于環境（介質）時，可以防止或減緩器物腐蝕的化學物質或復合物。鐵器發生鈍化的原因是在進行陽極電化學腐蝕過程中生成了一層具有完整連續的不溶性氧化物的鈍化膜而使得陽極點位升高，起到了陽極極化的作用，阻斷了電化學反應的進程，這樣鐵幾乎處于完全穩定的狀態，腐蝕速率趨近于零，鈍化膜的溶解和修復達到平衡。

單寧酸不是單一的化合物，而是一種多酚混合物，化學成分比較復雜，存在于橡樹、漆樹等多種樹木的樹皮和果實中。其中可水解單寧是常用單寧，分子量為500～3000，其分子中具有酯鍵，可在酸或堿的作用下分解為沒食子酸以及系列物和糖類。單寧酸分子中由于含有一定量的雙酚或三酚基團，因此對金屬表面保護具有非常重要的作用。

單寧酸在具有良好緩蝕效果的同時可能存在改變被緩蝕文物表面顏色的缺陷。因此，選擇兩種具體配比在鐵炮表面作緩蝕實驗，將顏色變化程度作為重要考察標準之一。

表1 兩種配比緩蝕實驗結果對比

根據在鐵炮表面的緩蝕實驗，選擇配方二（單寧酸（5mmol/L）+硅酸鈉（10mmol/L）+磷酸二氫鋅（0.05mmol/L）+乙醇胺（3mol/L））作為虎門鴉片戰爭博物館館藏鐵炮的緩蝕劑。

2、封護實驗的嘗試

經過文獻查閱以及前期實驗研究，最后確定四種具體的封護材料作為鴉片戰爭博物館館藏鐵器文物封護實驗的對象。四種具體材料分別為：3%B72的乙酸乙酯溶液、工業純聚全氟乙丙烯濃縮液（固含量50%的液化六氟丙烯分散液）、微晶石蠟以及3%B72+1%微晶石蠟的乙酸乙酯溶液。

四種材料中，3%B72、聚全氟乙丙烯濃縮液、3%B72+1%微晶石蠟這三種材料為溶液型，采用表面多次涂刷的方式作為表面封護方式；而微晶石蠟為固體，采用高溫將其熔化后，將封護對象浸沒后冷卻的方式作為表面封護方式。

選擇鐵炮彈作為實驗對象，選擇室內庫房、露天環境作為老化環境，檢測老化周期后鐵炮彈表面的銹蝕情況、吸水率、憎水性、質量變化程度，以檢測不同封護材料、工藝的實際封護效果。

實驗結果證明，對于小型、室內環境保存的鐵炮，適宜用3%B72+1%微晶石蠟的乙酸乙酯溶液進行封護處理；對于大型、露天環境保存的鐵炮，適宜用3%B72的乙酸乙酯溶液進行封護處理。這種封護使得鐵炮表面與環境有了較好的隔離效果，有效地防止空氣中的水汽、鹽分與鐵炮接觸，以降低鐵炮再次銹蝕的可能。

（二）鐵炮保護修復工程實例

由于戶外保存于沙角炮臺的大型阿姆斯特朗鐵炮病害情況典型、且病害程度較為嚴重，因此將對其的完整的保護修復過程作為本工程的一個典型實例。

1、阿姆斯特朗鐵炮保存概況

此門鐵炮戶外保存于沙角炮臺的沿江炮洞中，體型較大，保存狀況較差。這門鐵炮表面布滿銹蝕，且鐵炮炮管上部覆蓋有大量厚硬的表面硬結物。鐵炮表面的信息基本被覆蓋，同時鐵炮的保存情況堪憂。另外，此門阿姆斯特朗鐵炮所保存的炮洞狹長，且一邊臨江，炮洞常年溫暖潮濕，夏季時更存在結露現象，因此，此門阿姆斯特朗鐵炮亟需保護。

2、表面除銹清理

采用機械摩擦除銹與噴砂除銹相結合的方法對該炮進行表面除銹處理，其中機械摩擦法主要針對于鐵炮表面較大、較易處理的區域；而鐵炮表面的角落、內部等難以觸及的區域則采取噴砂除銹法對鐵炮表面銹蝕、表面硬結物等去除。

3、除鹽處理

對此門炮的除鹽處理方法選擇紙漿涂敷除鹽法。一次脫鹽措施的具體操作為：配比復配紙漿材料（V膨潤土：V面粉：V木漿紙=2:1:1），攪拌紙漿使其適合于鐵炮表面的涂敷脫鹽要求，進行紙漿涂敷脫鹽，待紙漿干裂后剝去。本門炮長期處于潮濕、溫暖的環境中，除鹽時發現鐵炮內部所含鹽分較多，因此選擇對鐵炮炮身與支架部位進行2次脫鹽，而炮管部位則進行3次除鹽。

4、緩蝕處理

選擇3%的單寧酸水溶液對脫鹽處理后的鐵炮表面進行緩蝕處理。處理方式以涂刷為主。由于部分區域鐵炮的本體區域較厚，因此對這些區域進行多次涂刷單寧酸溶液，以確保對鐵炮表面起到緩蝕作用。

5、表面封護處理

對緩蝕處理后的該門鐵炮進行表面封護處理。選擇的表面封護材料為3%的B72乙酸乙酯溶液，封護處理方法也是涂刷為主。與選擇有機硅樹脂作為封護材料相比，用B72材料表面封護前需對待封護區域進行加熱處理，使得被涂刷在鐵炮表面的B72材料盡量干燥，以保證鐵炮表面能有較好的封護處理。

6、鐵炮保護處理前后對比

四、鐵炮保存環境的“監”與“控”

任何文物在不適宜的環境中保存，其穩定、健康的狀態都極易受到影響，因此，保存環境的監控對維持文物的健康保存是至關重要的。

鐵質文物化學穩定性差。需要在保護過程進行中、結束后進行保護、保存環境監控，控制環境中對鐵炮有影響的因素（溫濕度、酸性氣體、粉塵等），盡量減少這些環境因素與鐵炮的接觸。只有“環境友好”時才能保證鐵炮在平日保存、養護中的安全和穩定性。同時，保存環境監測也對鐵炮的合理、科學保護提供了條件支持。

（一）室內環境

室內環境（博物館展廳、庫房）的環境相對容易監控，使用恒溫恒濕機組即可達到要求。對存放鐵炮的室內環境要求見下表：

表2室內保存環境項目建議表

（二）室外環境

露天環境的成分復雜，且多變，很大程度的影響著鐵炮的保存。

1、室外環境的“監”

室外環境的檢測目前主要通過人力完成，即對于每門戶外環境中的鐵炮進行定點、定時的測量，測量范圍主要限于溫度、相對濕度以及光照度等。這種監測形式誤差大、監測項目不全面、監測數據不連續，是比較粗糙的監測方式。

我們主張將無線傳感器網絡監測系統引入戶外環境的監測中。無線傳感系統導入監測項目，而每門鐵炮放置的監測終端將實時的監測數據導入系統。如此，投入更少的人力物力就可以在顯示端實時的監測不同區域不同鐵炮的環境狀況。

下表是建議的室外環境監測項目：

表3 室外保存環境項目建議表

2、室外環境的“控”

室外環境的光照、溫度、降雨、空氣降塵等都很難實現控制。目前對室外環境的“控制”主要停留在對鐵炮體表水分的控制上，還在理念階段。

鐵炮表面會由于溫度過低或降雨集結或生成水滴，長期、反復的結露現象可能再次誘發鐵炮表面的銹蝕。去除鐵炮表面水汽的方式可以通過對鐵炮通體加溫的方式實現。

控制系統由終端與主機組成。終端可以設計成隱蓋在戶外鐵炮炮臺下的太陽能電池系統；而主機可以有兩個部分組成：無線環境監測系統以及智能控溫系統。升溫過程由下列步驟組成：首先，同樣利用無線環境監測系統監測室外的溫度，當溫度降到露點溫度以下時，向智能控溫系統發出信號；控溫系統將升溫信號傳遞到終端；終端太陽能電池得到信號，通過導線向鐵炮表面傳遞微電流，通過電流的方式對鐵炮表面升溫；溫度提升超過空氣的露點溫度，信號再次傳遞到無線環境監測系統；無線監測系統將信號傳遞給智能控溫系統；控溫系統得到信號，終止終端的加熱系統。這種智能系統的設計雖然較昂貴，但是它可以實時的通過升溫的方式防止鐵炮表面水汽、水滴的形成。

五、鐵炮保護修復效果的評定與保證

鐵炮經過科學保護和修復，其修復效果需要經過科學評定才能經過審核，并經過登記入庫存放或展陳。對于鐵炮保護項目的驗收和審核，我館嚴格把關，每年聘請國內知名的鐵炮保護專家如李化元、鐵付德、楊軍昌、馬濤、莫鵬等對鐵炮保護項目進行驗收。

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2016-4-19

孫廣平，男，陜西戶縣人，任職于鴉片戰爭博物館，研究方向為文物保護。