鐵質文物保護視角下腐蝕機理及防腐蝕保護技術研究
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摘 要：我國作為世界文明古國，擁有燦爛悠久的文明，也是世界上已知的最早開始使用鐵質器物的國家和地區之一。鐵質文物由于其本身材質的原因成為目前保存難度最高的文物之一，研究鐵質文物的保護技術對于發掘和保護鐵質文物具有重要意義，對于研究我國歷史時期的發展以及其他方面的內容都具有極大的價值。文章首先對造成鐵質文物腐蝕的因素進行分析，其次主要探討相關的防腐保護技術，以期可以為鐵質文物的保護工作提供一點參考。
關鍵詞：鐵質文物;腐蝕機理;因素;技術;原則
鐵是繼青銅之后我國先民發現并應用于實際生產生活的一種重要材料，代表著我國生產力的發展。隨著考古工作的推進，發掘了大量的鐵質文物，但是其中大部分鐵質文物因長期處于地下環境當中，已經嚴重腐蝕，再加上發掘后其所處環境的變化會使鐵質文物進一步受到影響。鐵元素化學性質活潑，可以在多種環境中發生化學反應，造成本身性質的改變。為了最大限度地保護好鐵質文物，就必須采取各種技術手段做好鐵質文物的防腐蝕保護。
1 造成鐵質文物腐蝕的因素
受古代冶煉技術所限，生產的鐵器結構不均勻，其中含有大量雜質，使其本身穩定性不高，這就使得鐵質文物更容易受到腐蝕[1]。由于鐵元素可在多種環境中發生化學反應，所以造成鐵質文物腐蝕的原因相對較多，具體可以分為內部因素和外部因素。內部因素主要包括鐵質文物本身的化學成分構成、本身結構等;外部因素主要是鐵質文物所處環境中濕度、溫度、氧氣、地質條件等。
1.1 外部因素
大氣腐蝕。大氣條件中所發生的鐵質文物腐蝕稱為大氣腐蝕，這也是鐵質文物最為普遍的腐蝕現象之一。大氣環境中的氣體、溫度、濕度、塵類等都會對鐵質文物造成影響，其中氧氣、氯氣、二氧化硫以及二氧化氮等對鐵質文物的影響相對較大，鐵質文物在大氣環境下易與這些氣體發生反應。如果鐵質文物在腐蝕過程中生成的腐蝕產物為可溶性的物質或是易于發生水解的物質，這種情況會加速鐵質文物的腐蝕速度。若鐵質文物在大氣環境中發生反應后的產物為不溶于水的物質，則其腐蝕產物會逐漸在鐵質文物表面形成一層完整的膜，將鐵質文物與大氣環境阻絕，這在一定程度上可以減緩鐵質文物的腐蝕。
土壤腐蝕。鐵質文物在出土之前發生的腐蝕現象稱為土壤腐蝕。土壤腐蝕屬于電化學腐蝕，由于土壤中含有水分、氧氣、鹽類和酸類物質，很容易造成鐵質文物腐蝕。一般情況下，土壤為中性，但也存在部分酸性土壤，鐵質文物在酸性土壤中發生的腐蝕是氫去極化腐蝕，而在一般土壤中發生的是氧去極化腐蝕[2]。在部分相對干燥且具有一定透氣性的環境中，鐵質文物發生的腐蝕與大氣腐蝕較為相似，其產生的不溶于水的物質也可以起到延緩鐵質文物腐蝕的作用。
海水腐蝕。海水腐蝕就是在海水環境中的腐蝕現象。此類腐蝕主要是古代航船因各種因素沉沒，部分鐵質文物沉沒在海底，海水中鹽類物質導致鐵質文物腐蝕。海水的鹽分中其主要物質是氯化鈉，占海水總鹽度近80%，海水腐蝕主要與氯離子有關。在海水腐蝕中比較常見的是縫隙腐蝕、局部腐蝕、孔狀腐蝕等。
1.2 內部因素
我國古代的鐵質器物大部分都屬于灰口鑄鐵，鑄鐵屬于一種多相組織，其主要有鐵元素和石墨構成，灰口鑄鐵中石墨呈網狀結構分布，對于灰口鑄鐵而言石墨始于陰極，在一定的條件下，鐵質文物會出現選擇性腐蝕，出現一種多孔石墨骨架，這種腐蝕現象被稱之為石墨腐蝕。在石墨腐蝕的過程中，隨著鐵質文物多孔石墨骨架和腐蝕產物的不斷增加，會阻止鐵質文物與腐蝕介質的直接接觸，從而抑制腐蝕速度。
2 腐蝕產物的成分與結構對鐵質文物的影響
鐵質文物的腐蝕產物分為有害物質、無害物質兩大類。一般有害物質的體積要比鐵質文物本身要大，鐵質文物在潮濕環境中發生腐蝕，其腐蝕產物就是有害物質，這種腐蝕產物屬于一種沉淀物質，其顆粒一般比較細，而且質地較為疏松，這就導致水和氧氣浸入相對比較容易，會導致腐蝕現象進一步加劇[3]。其具體的反應過程如下：
Fe→Fe2++2e
?O2+H2O+2e→2OH-
Fe2++2OH→Fe（OH）2
Fe（OH）2+O2→Fe2O3·H2O或2FeOOH
在潮濕環境中鐵質文物發生腐蝕時會先產生γ-FeOOH，這種物質無法在鐵質文物表面形成保護膜，隨著時間的推移，這種物質會部分甚至全部轉化為α-FeOOH，隨著水和氧氣的浸入又會產生新的γ-FeOOH，并且極不穩定，在這種物質不斷生成的過程中鐵質文物的腐蝕層會逐漸加厚。
而在干燥的大氣環境或土壤環境中，鐵質文物表面的腐蝕產物主要是鐵元素的氧化物，這種腐蝕屬于無害物質，可以有效保護鐵質文物不再發生較大的腐蝕。這種腐蝕產物主要是由α-Fe2O3構成，其具體的反應過程如下：
3Fe+?O2=Fe3O4（FeO·Fe2O3）
2Fe3O4+?O2=3Fe2O3（α-Fe2O3）
在干燥的大氣環境或者土壤環境中，鐵質文物在發生腐蝕時會從單價鐵轉化為Fe2O3，這種物質具有相當好的致密性與連續性，可以有效阻止鐵質文物的進一步氧化。
3 鐵質文物的防腐蝕保護技術
3.1 緩蝕技術
鐵質文物經過相應的處理，可使腐蝕現象得到有效控制，但是仍然存在發生腐蝕的風險，仍需采取相應的措施。緩蝕技術是當前一項應用較廣的鐵質文物防腐蝕保護技術，主要是利用緩蝕劑來防止或者延緩鐵質文物的腐蝕現象。下面具體介紹幾種當前應用較多的緩蝕劑。
單寧酸復配緩蝕劑：單寧酸復配緩蝕劑主要由5mmol/L單寧酸、10mmol/L硅酸鈉、0.05mmol/L磷酸二氫鋅、3mol/L乙醇胺構成，其對于鐵質文物本身的腐蝕作用較小，在緩蝕之后會在鐵質文物表面形成一層穩定且均勻的膜，可以有效提升鐵質文物的耐腐蝕性[4]。此外，其在緩蝕之后不會改變鐵質文物本身的顏色，這種緩蝕劑用于低硫鑄鐵的鐵質文物上效果相對比較明顯。 復合氣相緩蝕劑：復合氣相緩蝕劑在實際應用過程中，對古代鐵錢幣的緩蝕效果最佳，可以有效隔絕新腐蝕現象的發生，可以將質地比較疏松的γ-FeOOH轉化為相對比較致密的α-FeOOH。經過緩蝕之后使鐵質文物外觀和顏色保持原樣，并在其表面形成一層保護膜，有效提升體質文物的耐腐蝕性能。
硅酸鹽緩蝕劑：硅酸鹽緩蝕劑并不是由單一的硅酸鹽構成，而是由聚硅酸鹽構成，一般pH值保持在7.0～8.5可以達到最佳的緩蝕效果。這種緩蝕劑是目前應用最為廣泛的緩蝕劑之一，一方面其原料來源豐富，造價相較于其他緩蝕劑相對較低，另一方面硅酸鹽緩蝕劑可以用作多種鐵質文物的緩蝕保護。
有機緩蝕劑：隨著人們對環境保護的重視，在文物保護方面也開始注重使用高效低毒的有機物質。目前已知的有機緩蝕劑超過140種，但是大部分都具有一定的毒性，實用價值相對不高。在未來的發展過程中，有機緩蝕劑是一個重要的發展方向。隨著人們對于環境問題重視程度的提升，減少化學元素的使用、發展有機緩蝕劑是文物保護技術發展的必然趨勢。
3.2 鐵質文物的封護技術
為了使鐵質文物得到更好的保護，以便于人們開展相關研究和觀賞，并使其有效抵抗大氣環境中的有害物質，在進行緩蝕處理之后，還可以利用封護技術在鐵質文物和外界環境中構建一層屏障保護鐵質文物。對鐵質文物進行封護的材料主要有合成有機高分子材料、復合封護材料，利用封護材料對鐵質文物進行封護處理之后，可以有效提升鐵質文物的防護效果。目前的封護材料在耐久性、可去除性等方面還存在一些不足，還需要強化封護材料的研究，使鐵質文物的封護效果得到進一步的提升。
4 結語
綜上所述，造成鐵質文物發生腐蝕的因素相對較多，只有對各種影響因素進行深入的分析研究才能針對性地采取相應的防腐蝕措施。鐵質文物作為中華文明的見證，我們有必要也有義務做好保護工作，在未來的研究中，我們還需進一步加強對緩蝕劑和封護材料的研究，從而有效地提升鐵質文物防腐蝕技術水平。
參考文獻
[1]傅英毅，范敏，廉衛珍，等.鐵質文物防腐工藝初步研究[J].廣東化工，2017（18）：69-70.
[2]張學慧.淺析鐵質文物的病害與保護——以山西省藝術博物館館藏鐵質文物為例[J].文物世界，2015（3）：59-60.
[3]范陶峰.鐵質文物修復用膩子材料的實驗對比研究[J].文物保護與考古科學，2015（1）：71-76.
[4]劉朵，何積銓.簡析鐵質文物腐蝕的根本原因[J].遺產與保護研究，2017（7）：57-60.
【作者簡介】林芳（1972—），女，文物博物館員，本科，研究方向：文物保管。
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