几件青铜器的科学分析和修复
杜安  周双林      时间:2013-03-18    字体:      

1 序 言  

文物研究工作包涵了多种学科、多个专业以及从不同角度对文物的理解和认识。从第一眼看到文物开始,到最终解释定论,包涵着一个复杂的过程。这个认识过程是否科学有序,直接影响到对文物的认识程度。  

要获得客观正确的认识,应当采用科学的方法。在任何情况下,不论站在何种学科的角度,都应当采用一种有条理的分析方法,研究的目的就是通过一系列的逻辑思维,来对事物现象进行系统整理,最终明白现象、事物的分布构成。当然,答案可能是多样的。对于文物,这是一个多阶段的循序渐进的认识过程,认识的手段是多个学科的联合研究。认识的目的应当是文物本身所反映的一切信息。多学科联合研究,各个学科虽然研究角度不同,但对象和目的是一致的:对文物进行研究,最后理解认识文物,全面解释文物的历史文化意义,并尽一切可能保存它。  

多学科的研究要求通过各种可获得信息的原始材料和手段,例如历史资料和先进的科学分析仪器,来全面获得文物的基础信息,帮助人们达到对古代文化遗产的认识和保存。  

中国青铜时代是中国历史发展中非常重要的阶段,在漫长的岁月中,每件珍贵的青铜艺术品都经历了不同的历史时期,遭受了不同的损坏。部分青铜文物至今已经无法完整显示其原有的历史、科学、艺术风貌,这对于考古研究、艺术展示带来很多不便。科学保护、修复青铜文物成为文物保护、修复工作者的一大课题,如何在文物安全得到保证的前提下,更多的保存、反映文物的信息更是大家关心的问题。本文对文物修复中遇到的实际问题,采用的科学分析手段,并进行保护的一些实例进行介绍,表明多学科的合作研究对获得文物所包含信息,并指导科学的研究与修复保护工作的作用。

2 检测分析

2.1 文物概况  

对文物的分析研究和修复保护,首先需要对文物保存状况进行初步观察,记录、描述、绘图、拍照等工作,尽可能保存文物现状资料。还要对待修复文物的历史、现状等进行科学分析研究。  

表1是待分析与修复过的几件青铜文物。  

(1)青铜剑(器物号00125图1)。 剑身表面无锈蚀部分光滑,呈黄白色,有黄色层。需要做的工作有:确定锈蚀成分;确定制作工艺,检验是否进行过表面处理;通过分析为保护、修复提供科学依据。

(2)弯形器(器物号00101、00102、00107、00108)。 弯形器的定名和作用尚无最后定论,有人将其称为镰形器,认为是农具,而有人推测它可能是车马器、仪仗用具或陪葬器。城固县位于汉中盆地中心,胥水自西北流经此地,南入汉江,与四川省相临。自1955年后城固出土了大量青铜器,在这些青铜器中存在着相当数量的弯形器。经考古工作者研究,普遍认为城固地区的商文化有中原文化的特点,但也受到蜀文化的影响。需要做的工作有:了解弯形器的作用;确定制作工艺,并与同时期中原青铜器的制作工艺进行比较;找到器物断裂的原因;为保护、修复提供科学依据。

(3)铜境(器物号00127)。 保存较完整,曾修复过。由于连日阴雨相对湿度达到85%,检查库房发现又出现了许多新的腐蚀物。决定重新进行稳定处理和封护。查阅其原有修复档案,以前曾作过的修复处理有:机械去锈;去离子水浸泡;BTA缓蚀;INCRALAC封护。需要做的工作有:分析腐蚀物成分;找出不稳定原因;针对情况进行稳定处理,使其在现有保存环境中达到稳定状态。

2.2 取样和分析方法  为了解决以上问题,给文物的科学保护提供依据,需要对文物进行分析,分析手段包括:X射线探伤,金相分析,X射线衍射分析,红外光谱分析等。

2.2.1 取样 分析中需要取样时,应当考虑到文物的外观,以及实际的需要。在不影响文物外观的部位,使用手术刀片尽量少地进行采样(图4)。例如对青铜剑的分析,虽然考古人员对中脊内部的合金成分很感兴趣,但是取样会破坏器物本身的完整性,最后决定不对青铜剑中脊取样。

 2.2.2 分析方法 针对要解决的问题进行分析,分析内容与方法见表2。

2.3 分析结果和讨论

2.3.1 分析结果 青铜剑和弯形器的分析结果见表3。

表3 样品分析结果

Table 3 Results of analysis

科学检测分析显示了文物成分、锈蚀成分以及保存状况等信息。通过考古、艺术、修复的联合分析与研究,对待修复文物产生了如下结果。  

(1)弯形器00101。 断为三段,断面周围有外力造成的变形和裂隙,含铜量高达97.33%,是造成浇不足、内部规则孔洞多的一方面原因。有矿化现象,锈蚀简单,通体Cu2(OH)2CO3,Cu2O,Cu2(OH)3Cl集中在巩部和孔洞中,断面无锈蚀。腐蚀形态:均匀性腐蚀、枝晶间腐蚀、活性腐蚀。  

(2)弯形器00102。 断为四段,断面周围有外力造成的扭曲变形和裂隙,铸造质量差,有缩孔和气泡,厚薄不均匀,铸造披缝未修整。质疏松,矿化严重。变形面锈蚀脱落,部分断面无锈蚀。Cu2(OH)2CO3锈在表面较均匀,Cu2O,Cu2(OH)3Cl存在于孔洞至表面。中部沾染有其它暗红色的物质,边缘有一小孔。腐蚀形态:均匀性腐蚀、枝晶间腐蚀、活性腐蚀。  

(3)弯形器00107。 断为两段,断口呈“儿”字形未脱离,铸造质量差,巩部明显浇不足。表面有大量碳酸钙结垢与范土、锈蚀叠压。有较多浇不足和气孔,裂缝较多,铸造披缝未修整,没有使用痕迹。表面CuO层疏松粉状,上面有较亮质密CuO层,CuO层上有少量Cu2(OH)3Cl和少量Cu2(OH)2CO3,与孔中范土混杂。碳酸钙中混合有Cu2(OH)2CO3。腐蚀形态:枝晶间腐蚀、均匀性腐蚀、活性腐蚀。  

(4)弯形器00108。 断为三段,厚薄不均匀,质较硬。断面无锈蚀,色浅黄,断面周围无变形。铸造披缝未修整,巩部明显浇不足,巩内有土锈Cu2(OH)3Cl混合,内部气孔较多,没有使用过的痕迹。表面有一层均匀Cu2(OH)2CO3混有少量土,前部有两处Cu2(OH)2CO3脱落露出红、黄色CuO(图4),下面有灰白色本体。表面有少量Cu2(OH)3Cl存在。腐蚀形态:枝晶间腐蚀、均匀性腐蚀、活性腐蚀。  

(5)青铜剑00125。 X射线探伤表明剑体质密。铸造质量较好,未发现分铸痕迹。样品SS1256水合硫酸铜造成的原因很可能是大气中的硫与铜作用产生。也可能是埋藏在碱性环境中硫化菌与铜作用的结果(Cu+S→CuS→CuSO4OH)。2.3.2 讨论 科学分析得出了关于文物制造工艺、使用过程等的综合信息。为考古学研究提供了科学的实物佐证,同时也为科学史、技术史研究提供了重要的新资料。

(1) 00125青铜剑。科学分析以及如下修复过程中的发现表明:

A)制造技术研究:通体质密,铸造技术成熟。双面范竖浇法浇注,合范紧密,含锡。表面被细石打磨修整过,未经过锻打、均化处理,茎部曾经缠侯(图5);B),根据型制、铸造技术判断为春秋晚期器[3];C)曾被使用过。

(2) 00101、00102、00107、00108弯形器。我们认为:关于弯形器最大两个问题是:作用问题及合金成分问题。  

A)器物年代为商。根据目前的考古、化学分析、修复所掌握的资料,城固地区商代青铜器受巴蜀文化影响,并且周围活动着一些异族方国。由于该类弯形器中原地区并无出土,城固地区出土相当数量的弯形器有其独特的意义。就这几件弯形器的合金成分和铸造情况来看,00101、00102、和00107、00108的作用很可能不同,但都很难作为实用兵器、农具或仪仗器使用。其名称应为弯形器更加合理。其变形、断裂有一部分是埋藏前人为扭曲、断裂的。因此,弯形器很可能作为陪葬器来使用;B)00101含铜97.33%;00108含镍7.28%、含砷8.03%;成分接近白铜,出现这种情况的原因不明,作者认为Ni、As含量高于2%可能与铸造技术有关,也可能与西南地区的文化交流有关。有关白铜最早记载是《华阳国志》东晋常璩云:“南螳螂县出白铜”。这些弯型器成分接近白铜,可能是铸造时混合有红镍矿(NiAs)或白镍矿(NiAs2)的原因。C)由于纯铜、白铜成分的熔化温度高,流动性差。温度掌握不好,铸造技术差,造成厚薄不均匀,浇不足等现象;D)浇注方法为双面范竖浇注。

3 修复

3.1 修复方法  

科学分析结果为修复保护工作提供了有力的科学依据,证实了我们的一些推测。根据初步观察与分析结果,了解了这几件青铜器的保存状况,并按照各自的具体情况,制定了不同的修复方案。总的原则是:

(1)在修复清洗中尽量使用机械方法,少用化学试剂。尽量避免对光滑表面和多孔隙的文物内部造成损坏。

(2)根据器物特点选用有效的修复技术和相应的修复器械、材料。

(3)提高器物稳定性、坚固性,尽可能选用对器物干扰小的方法和材料。  

在修复、保护处理过程中,我们根据考古人员、博物馆展示要求对00125青铜剑的缠候织物痕迹用软毛刷刷去表面附着物,用1%B72丙酮溶液对织物痕进行点滴加固。预加固后明显增加了织物残留痕与剑茎的结合力,并且在表面形成了一层保护膜,防止在下一部修复工作中对织物痕迹的意外伤害,阻止氯化物的继续发展,保存文物考古意义上的原貌。但是预加固同时也将氯化物一起加固在上面,下面还要再进行除锈处理。  

00107弯形器的碳酸钙、硅的结垢层厚硬,用较硬的高速车针和较高的转速进行清除,在处理时应该对照原有的X光片(图6),X光片照片显示00107上有一裂隙,这一裂隙被碳酸钙结垢所覆盖,是断开还是未断开情况不明,所以清洗到这里时要特别小心。先顺着裂隙清除一些碳酸钙结垢,发现裂隙并未断开,并且连接还较好,再将这裂隙上的碳酸钙结垢完全去除。经过观察发现这一痕迹并非裂隙,而是由于二次浇铸造成的,铜液中的镍、砷含量高相应提高了溶化所需要的温度,导致铜液流动性变差。对00108表面织物痕迹做了保留与加固。  

00125剑的锈蚀与弯形器不同,由于埋藏微环境不同造成锈蚀复杂,表面有浅绿色Cu2(OH)3Cl、绿色Cu2(OH)2CO3、质密光滑绿色Cu2(OH)2CO3、灰色SnO2、红色Cu2O、棕红色Cu2O,在红色Cu2O层中和绿色Cu2(OH)2CO3层下都发现有Cu2(OH)3Cl,部分Cu2(OH)3Cl作用较深,需要清除。质密光滑Cu2(OH)2CO3下为灰色SnO2,保存很好没有Cu2(OH)3Cl的存在可以予以保留。清除表面Cu2(OH)3Cl层后发现下层也是红色Cu2O。用微型钻加圆形低速车针和探针对Cu2O层进行清洗,Cu2O层密度、硬度不高,孔隙度大;在层中有“蚯蚓洞”状的有害锈,再向下就清洗到白蜡状的CuCl,接触到CuCl去掉后只略低于表面,并不影响外观。

针对这些文物的不同锈蚀状况和考古信息状况,采用不同的方法经过清洗、铝箔局部还原处理、倍半碳酸钠短期浸泡和BTA缓蚀处理后,在相对湿度95%的环境中一周,没有新的锈蚀出现。经过有效的修复及保护处理,这些文物个体对环境的抵抗力得到加强的同时几乎没有改变外表的颜色。弯型器(00108)修复前后状况见图(图7)。

3.2 修复过程中对文物制作工艺的了解  

修复保护处理过程中可进一步了解文物的制作工艺。在弯形器00108表面发现并清楚展现出金属褶皱、合范痕迹。青铜剑00125的锈蚀剑格部疏松的绿铜矿(Cu2(OH)3Cl)和土去掉后清楚看到了合范痕迹;茎部无织物痕迹残留的Cu2(OH)3Cl下部清楚看到合范的痕迹和一些铸造小缺陷;弯形器00101、弯形器00102断面没有任何锈蚀及金属疲劳痕迹;这些信息又为考古人员提供了研究依据。

4 结语  

文物的修复保护是一个复杂的工作,牵涉到科学分析和技术处理。由于文物的种类繁多,有青铜、陶瓷、纺织品等,它们不但是物质的实体,也是古代文化信息和科技信息的载体,要完满地显现并保存这些包含丰富内涵的文物,牵涉的内容复杂而深刻,需要多学科的合作才能完成,在文物保护修复工作中,需要文物考古人员、化学分析人员、文物保护修复人员共同对待修复的文物进行评价,从各自不同专业角度需要出发提出问题、看法以及解决文物修复保护问题的手段,并相互协商。  

科学的分析方法为深入进行文物研究提供了技术支持,科学分析为科学的修复、保护处理和考古研究提供了依据,而修复过程中文物不断暴露出新的信息又为考古和科技史研究提供了一些重要的证据。科学分析与考古研究、修复保护处理、化学等学科的合作使人们明确了如何合理地保留文物信息,正确区分、对待原有信息与可去除的有害物质,更加深入地解析文物包涵的信息,避免博物馆各学科之间的认识差别。科学的分析结果、考古研究、文物修复、保护处理技术的结合运用为人们科学地进行文物研究工作提供了可靠的依据,有效防止了保护处理过程中违背考古原则、博物馆展示原则和修复保护原则情况的出现。

文物保护与考古科学
 
 
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