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关于青铜文物腐蚀与保护的研究

发布时间:2020-05-13 17:26所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:青铜文物不仅具有珍贵的艺术价值,而且可以作为研究古代文化、历史的重要材料。随着新型保护技术的推广以及对文物保护重视程度的提升,近年来我国在青铜文物保护方面的工作成果显著。但是由于青铜文物自身组成、制作工艺、存放环境等诸多因素的影响,

  摘要:青铜文物不仅具有珍贵的艺术价值,而且可以作为研究古代文化、历史的重要材料。随着新型保护技术的推广以及对文物保护重视程度的提升,近年来我国在青铜文物保护方面的工作成果显著。但是由于青铜文物自身组成、制作工艺、存放环境等诸多因素的影响,还是会发生不同程度、不同形式的腐蚀。这些腐蚀产物有的会加速腐蚀速率,有的则可以起到延缓腐蚀的效果,通过开展青铜文物腐蚀与保护的研究,首先要明确腐蚀机理,然后采取相应的防腐保护措施和腐蚀处理技术,以便让这些珍贵的青铜文物得到更好的保存。

  关键词:青铜文物;化学腐蚀;小孔腐蚀;超声波法

青铜文物

  引言:青铜文物的唯一性和不可再生产性决定了必须要通过加强保护措施,让这些文物可以尽可能长久的流传下去。近年来,国内学者和相关机构在青铜器腐蚀机理研究、保护技术研发等方面开展了大量工作,也取得了显著成绩。例如目前已经有超声波法、激光法、电化学还原法等若干种方法,可以广泛适用于不同年代、不同材质的青铜文物除锈保护工作。随着我国出土的青铜文物数量不断增加,保护工作任务更加艰巨,对防腐保护的标准也更为严格。在这一背景下探究青铜文物腐蚀处理与保护的可行性方法,成为文物保护工作者的一项重要任务。

  一、青铜文物的腐蚀

  1、腐蚀产生因素

  (1)化学腐蚀

  化学腐蚀是青铜文物常见的腐蚀类型之一,产物就是俗称的“铜绿”。当青铜文物存放的环境中有较多的水分、二氧化碳时,青铜器长期接触这种环境就容易在表面发生铜绿锈蚀。其化学机理为:

  2Cu+O2+H20+CO2→Cu(OH)2▪CuCO3

  铜绿的化学性质不活泼且质地致密,附着在青铜器表面的一层铜绿反而能够起到隔绝空气、水分的作用,对于延缓锈蚀速率和保护青铜器有一定的积极作用。

  但是在特定的环境下铜绿也有可能发生分解,失去保护作用并加速青铜文物的腐蚀速度。例如埋藏于地下的青铜文物,当土壤中含有较高浓度的Cl-时,表层的稳定的Cu(OH)2▪CuCO3会转化为CuCl2,这种情况下青铜文物的腐蚀破坏就会变得更加严重。

  (2)生物腐蚀

  生物对青铜文物的腐蚀作用主要由一些真菌引起,金属文物的生物腐蚀和化学腐蚀相互促进彼此偶联,微生物对青铜文物的腐蚀机理是金属本身失电子发生电化学作用:

  Cu→Cu++e或Cu→Cu2++2e

  微生物在青铜文物上生长繁殖,可以产生大量的代谢有机酸,而OH-离子与有机酸的结合,促使Cu转变成金属离子过程不断进行,导致腐蚀不断加重。

  2、腐蚀严重程度

  一种是全面腐蚀,即在青铜文物表面出现了大面积的腐蚀现象,还有一种是小孔腐蚀,如果青铜器表面的某一个部位的氯化亚铜层进人大量的水和氧气时就会与氯化亚铜发生反应,从而形成碱式氯化铜,当环境中的氯离子与铜接触产生反应就会有盐酸和白色的氯化亚铜生成,氯化亚铜又与盐酸反应从而生成碱式氯化铜。因此,粉状锈蚀出现在器物的表面更加便于氧气和水的侵蚀,从而导致锈蚀往深处扩展,毁坏器物。

  二、青铜文物的保护措施

  对于青铜文物的保护主要分为两个阶段,一是在青铜文物挖掘现场采取保护措施;二是在文物存放、展览过程中采取保护措施。科学的保护措施和良好的存放环境,对于延缓腐蚀速率、延长文物寿命有积极作用。另外,温度、湿度、光照、空气成分等都是与青铜文物腐蚀相关的重要因素,在开展保护工作时要重点加强对这几类外界因素的控制,提高保护成效。

  1、文物出土时的保护措施

  由于很多青铜文物大多在地下埋藏了几百、几千年,本身比较脆弱甚至有些已经开裂、破碎,在现场取放时应当使用专门的工具,避免在取放过程中造成二次破坏。同时对挖掘现场也要做好临时保护,例如通过篷布遮挡防止阳光直接照射青铜器,或是避免挖掘过程中出现降雨破坏青铜器等等。对于挖掘出来的青铜文物还需要做好清洗工作,例如将表层粘粘的泥土清理干净、洗脱氯离子等。最后还要通过酒精擦拭等方式清理掉青铜文物缝隙中的一些微生物,通过抑制微生物生长,防止生物腐蚀。完成上述清理工作后将青铜文物放入专门的包装袋,运回实验室开展更加专业的保护工作。

  2、室内存放时的保护措施

  (1)存储环境的控制

  通过上文分析可知,影响青铜文物腐蚀的因素有光照、湿度、微生物等,因此在进行室内保护时,通过加强对存放环境的控制消除这些不利因素,就可以起到保护青铜文物、防止严重腐蚀的效果。例如使用空调设备对存放环境的温度和湿度进行严格控制,温度方面以15-20℃为宜,湿度不得超过40%,同时定期的进行空气过滤,消除其中的有害气体,特别是对于空气中的Cl离子和SO2气体分子等都必须进行严格的控制,这样才可以取得理想的保护效果。

  (2)提高文物本身抗腐蚀能力

  当青铜文物表面发生了较为严重的粉状锈蚀时,这些锈垢有较强的吸附能力,能够吸收空气中的水分、二氧化碳从而导致青铜文物加快腐蚀速率。因此在进行青铜文物保护时,必须要采用物理或化学技术将表面的锈垢清理干净,达到延缓腐蚀的效果。此外,也可以使用一些缓蚀剂,目前国内常用的是BAT(苯并三氮唑),将其溶于乙醇等溶液中然后涂刷到青铜器表面。

  这样既不会损害青铜器,同时又可以在青铜器表面形成一层保护膜,从而将青铜材料与外界环境完全隔绝开来,提高了青铜文物本身的抗腐蚀能力。随着新型化学材料的出现,像丙烯酸类涂料等也开始在青铜文物防腐保护方面得到了广泛应用。

  三、青铜文物腐蚀处理的技术原则

  1、保持原状

  青铜文物表面的锈垢会影响其色泽、遮挡其纹饰,导致青铜文物的观赏价值、艺术价值都大打折扣。因此,在进行青铜文物的腐蚀处理时应当尽可能的保持其原状,在这一基础上清除锈垢,让原来的造型、纹饰、色彩展现出来。基于这一原则,在进行腐蚀处理时应当充分考虑青铜文物的腐蚀严重程度、出土时间、腐蚀原因等具体因素,确定科学的除锈方案,选择恰当的除锈技术,避免在除锈的过程中对青铜文物造成二次破坏。例如在使用喷砂法除锈时,如果喷砂量过大、喷砂速度过快,在除锈的同时也会造成青铜文物表面的严重磨损,这样的除锈操作就得不偿失了。

  2、对腐蚀物的选择性清除

  根据青铜文物表面锈垢的形成机理、组成成分,以及对青铜文物的危害程度不同,可以将其分类为有害锈和无害锈两类。例如铜绿锈蚀可以对青铜文物产生一定的保护作用,而粉状锈蚀则会加快锈蚀速,因此在进行腐蚀物处理时应当加以辨别、有所保留。文物保护工作者需要先对青铜文物的表面锈垢进行分析,确定哪些应当保留,哪些必须去除,在此基础上制定相应的除锈方案,以保护青铜文物原状、维持青铜文物价值为目的,最大程度上清理掉有害锈,保护青铜文物的价值。

  3、适当使用新技术

  新材料的出现和新工艺的运用,在支持青铜文物保护工作方面也发挥了巨大的帮助。在青铜文物的保护工序中,无论是清理表面的泥土、污垢,=还是进行青铜文物的封护都离不开新材料、新技术的运用。另外,对于一些已经破损、缺裂的青铜文物进行复原时,也会使用到诸如三维扫描、3D打印等新技术,但是在使用新技术时也要注意可能带来的负面影响。例如使用化学法除锈时,一些强力的除锈剂虽然可以将青铜文物表面的锈垢清理干净,但是残留的一些药剂也会对金属材料造成一定的腐蚀,因此对于除锈剂的用法需要熟练掌握、用量也需要严格控制。

  四、青铜文物腐蚀处理的技术方法

  1、工具法

  使用小型精细机械工具通过细心的挑、剔、削、锤、凿、刮、磨等机械操作,以除去锈垢。工具法除锈虽然成本较低、易于操作,但是也具有较强的局限性,例如对于青铜器内部、缝隙部位的锈垢无法做到完全的清理,因此在使用工具进行简单清理后还是需要配合其他方法才能实现较为彻底的除锈去垢。

  2、超声波法

  超声波振动具有振频快、振幅小的特点,通过短时间内的快速振动可以将附着在青铜文物表面的锈垢破碎,让锈垢和金属分离、剥落,达到除锈去垢的目的,这种方法的应用优势在于操作简便,适用性较强。通过使用不同材质、不同形状的振动刷,可以实现青铜文物缝隙、内部的除锈处理,从而保证了除锈的全面性。在目前常用的几种青铜文物除锈保护技术中超声波法的技术相对成熟,而且除锈过程易于控制,可以在文物保护与除锈效果之间达到一种较好的平衡,成为现阶段一种主流的除锈去垢技术措施。

  3、水洗法

  根据清洗时所用溶液的不同,水洗法去除青铜文物的锈垢又可以分为两种:第一种是将腐蚀青铜器置于去离子水或蒸馏水中浸洗,可清除器物表面的污垢,也可溶解去除腐蚀层中可溶性的无机盐。有的用冷热蒸馏水反复清洗数次,同时检测氯离子,直到在清洗液中检测不到氯离子为止,用上述方法处理后的青铜器,应立即进行干燥,减少水份对青铜器的危害。第二种是选择弱酸性溶液,通常为10%的醋酸或15%的柠檬酸溶液,对待处理的青铜文物局部或全部浸泡在溶液中,观察锈垢的去除效果,在去除完全之后使用弱碱性溶液进行中和,最后再使用蒸馏水冲洗、干燥。

  4、激光法

  就是使用激光机发出的激光束照射青铜文物的锈蚀部位,利用激光束产生的能量使得表面的锈垢汽化,从而将锈垢清理干净。激光法是一种非接触式的除锈技术,这就避免了上述几种接触式除锈技术在应用中可能会因为摩擦给青铜文物造成二次伤害的问题。近几年,激光法除锈的技术日益成熟,除了可以做到无损伤除锈外还有成本低、精密度高、不产生粉末等特点,应用优势明显。目前市面上已经有若干种类的激光除锈清洗机,应用领域也十分广泛,无论是工业除锈还是文物除锈都有较好的应用前景。

  5、X射线法

  X射线是最早应用于文物保护的一种现代技术,早在上世纪90年代北京大学的胡东波教授,就运用X射线技术修复了被严重腐蚀的青铜鸟尊,并成为了山西省博物馆的“镇馆之宝”。在青铜文物的除锈中利用X射线的强穿透性可以检测到锈蚀的严重程度,以及测定青铜文物的元素组成,根据这些反馈信息,文物保护工作者就可以制定相应的除锈、保护方案。例如在1965年出土的越王勾践剑,由于历经几千年仍然锋利如初,在引起世人震惊的同时也激发了人们的探究兴趣。后来经过X射线荧光分析得知剑身经过了硫化处理,这一技术检测表明了早在两千多年前的春秋时期,我国古代劳动人们就已经掌握了青铜器的硫化处理工艺。

  五、关于青铜文物腐蚀与保护的思考

  在青铜文物的保护工作中,除了要将表面的锈垢清理干净外还要采取必要的稳定和缓蚀措施,防止锈垢的再次形成,因此保护工作和除锈工作密不可分、相辅相成。我结合个人的文物保护工作经验以及近年来青铜文物防腐保护的技术发展趋势,对这一工作提出以下几点建议:

  首先,随着理论研究的丰富和新材料的研发、新技术的创新,目前关于青铜文物保护的技术措施有多种,在青铜文物保护方面有封护剂保护、缓蚀剂保护等;在青铜文物除锈方面有激光法除锈、水洗法除锈、超声波除锈等。但是每一种技术的适用条件、应用效果均有很大差异,这就需要文物保护工作者要结合具体情况作出最佳的选择,这样才能在青铜文物除锈效果和本体保护之间达到平衡。

  其次,文物保护工作者除了要熟练掌握常见的除锈与保护技术外,还必须具备较强的职业素养,例如一丝不苟、精益求精的工匠精神才能高质量的完成文物修复、保护工作。

  最后,文物保护工作者也要利用自己的专业技术树立创新意识,不断探索青铜文物防腐保护的新技术、新方法,只有广大的文物保护工作者一起努力才能推动这一行业的持续发展,在文物保护领域有新的建树和新的作为。

  结语:青铜文物是我国灿烂历史文化和古代劳动人民智慧的结晶,而由于年代久远、环境影响等因素,很多青铜文物不可避免的会存在不同程度的腐蚀现象,通过及时处理表面的锈垢,除了可以恢复青铜文物原来的色泽、纹饰,重新展现青铜文物的魅力外,还能够阻止腐蚀的进一步发生。近年来,青铜器锈蚀机理随看科学的发展在不断的有所发展,对青铜器腐蚀的机理进行探讨,以利于采取正确的、有效的保护措施。我国青铜文物保护工作进展快速,涌现了一大批新技术,诸如激光除锈、苯并三氮唑保护、3D打印修复等等,文物保护工作者要综合运用多种技术手段,加强对青铜文物的保护力度,以便让这些宝贵的财富源远流长的流传下去。

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  文物馆评职知识:国家文物局主管的期刊

  《中国博物馆》主管单位:国家文物局,主办单位:中国博物馆学会,创刊以来,它致力于中国博物馆学的学科建设,在理论博物馆学、应用博物馆学方面进行了积极和富有成效的探索,促进了中国博物馆事业的发展壮大和中国博物馆学的成长,设置的栏目有:博物馆研究、陈列艺术、藏品研究、博物馆人、博物馆安全、博物馆建筑、外国博物馆、短论。

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