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北京丰台王佐遗址出土金属器的初步科学分析

时间:2012-3-29 16:00:36
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    一、简 介

    王佐遗址位于丰台区南部西王佐村。2007 年,北京市文物研究所对该遗址进行了考古发掘,出土了一批陶、瓷、金、银、铜、玉器等随葬器物。北京科技大学冶金与材料史研究所与北京市文物研究所合作,对遗址中墓葬出土的部分金、银、铜器进行了分析检测,并初步探讨了金银器的加工工艺。

    二、样品和分析方法

    本次科学分析涉及到的金属器有金器16 件(组),鎏金银簪1 件(M59:1),银环1 件(M8:4),铜镜1 件(M21:8),共计19 件(组)。由于这些器物大部分保存完好,为保证其完整性,对其表面合金成分的检测均采用无损分析,即将金属器物直接放在扫描电镜的样品台上,推进样品腔中进行分析,分析时尽量避开器物表面的污染物。而金属器表面及纹饰加工痕迹的观察是在光学显微镜和扫描电镜中分别进行,把观察到的有技术特征的痕迹进行照相记录。以上分析采用扫描电镜外接能谱(SEM-EDS)无标样定量分析方法(ZAF),所使用扫描电镜型号为日本电子公司的   JSM6480LV,外接能谱为美国热电公司Noran System Six 能谱色散仪,激发电压20 千伏。对每个样品基体成分的扫描进行1 ~ 4 次的面分析,累计分析面积不低于15mm2。

    三、分析结果

    1. 金器成分分析结果

    共分析了16 件(组)保存状况较好的金器的基本成分,分析结果参见表1。

表1 丰台王佐出土金器扫描电镜能谱无损分析结果

    2. 鎏金银簪、铜镜、银环的成分分析结果

    (1)鎏金银簪(M59:1),簪体表面的背散射电子像白亮部分为覆盖鎏金层区域,粗糙不平灰黑区为鎏金层脱落后露出的厚锈层,平整灰黑区为厚锈层脱落后露出的金属银基体表面的薄锈层(图1、表2)。虽然未检测得金属银基体的成分,但通过表面锈蚀的成分仍判定鎏金银簪本体是含少量Cu 的银合金。鎏金层含20% 的Ag 可能是鎏金过程中与银合金基体作用的结果,也可能是用于调配金汞齐的金料本身成色不高含较多Ag。鎏金层中未检测出残留的Hg,推测不是采用汞鎏金的方法制作的。银器在空气中的锈蚀产物常有硫化物、氧化物等,而此件鎏金银簪与传世银器锈蚀不同,其锈蚀产物含明显的Cl 和O,其中的Cl 应源于埋藏环境。鎏金过程要经过金汞齐在器表的多次涂抹、烘烧、赶压,才能在器物表面形成达到要求的金层。鎏金层表面背散射电子像显示出沿簪体方向有明显的赶压痕迹(图2)。

表2 鎏金银簪(M59:1)扫描电镜能谱无损分析结果

图1 鎏金银簪(M59:1)背散射电子像

图2 鎏金银簪(M59:1)鎏金层表面背散射电子像

    (2)铜镜(M21:8)的检测,对铜镜表面无厚锈区域以牛皮纸搽拭去表面氧化层直接送入样品仓作无损分析。结果表明铜镜成分与一般汉代铜镜成分吻合,属于低Pb 高Sn 青铜合金,锈蚀成分含Cl,可能是有害锈,应注意保护处理(表3)。

表3 铜镜(M21:8)扫描电镜能谱无损分析结果

    (3)银环(M8:4)的检测,以细砂纸轻磨去表面氧化层露出极少金属基体,分析显示基体成分为纯银,未检测出其他微量元素(图3)。

图3 银环(M8:4)能谱

    四、结果讨论

    通过器物之间以及器物不同部位之间成分的异同对比,可以对器物的制作工艺以及器物之间的关系及社会背景的探讨给出依据。

    1. 复杂金器不同部件间的成分特征表明金器的生产制作采用了模块式生产模式,应源于生产规模较大的商业作坊。比如两个头花(M76:6,M76:7)的网络状部分及其表面所缀金珠的成色稍低,而枝叶部分成色都较高,说明缀金珠的网络状部分和枝叶部分是使用不同批次(成色)的黄金预制,最后组装而成,应是生产规模较大的商业作坊的流水线性生产产品。个别器物背面见有商号戳记也印证了这一点。

    2. 较简单的同组器物或同一器物不同部件间的成分都相近,是利用同一批金料一次性制作完成的。M39 两件镯(M39:5,M39:11)都是由有花纹和无花纹两段组合成的,两段成分一致,两件镯之间成分也一致,是使用同一批次(成色)的黄金材料制作的。环(M76:8)1组6 枚,平均成色97.4%,含Ag 在1.3%〜 2.6%之间,含Cu 在0.3%〜 0.9% 之间,数据较集中,从成分上进一步证实6 枚环属于同一组器物。M76有4 件金簪,其中两件(M76:2, M76:4)为形制相同的字簪,明显为同组器物。两件字簪和另两件不同形制的金簪(M76:3, M76:9)成色都很高,从成分上不能排除是制金作坊的同一批产品的可能性。M39 出土4 枚戒指,其中1 件成分(成色83.4%)与另外3 枚戒指的主体部分成分(成色91.8%〜 94.7%)明显不同,可以断定不是制金作坊的同一批产品。戒指M39:13 的指环和宝石底座部分成分也有一定差异,可能是用不同黄金材料预制的构件。

    3. 天然黄金一般含有少量Ag、Cu,而本批金器中有超过大半成色较高(图4),含Au 超过95%,可能经过了精炼提纯,精炼方法推测是通过在敞口坩埚中氧化性气氛下熔炼将Ag、Cu 等杂质氧化从而与黄金分离。M39 的4 枚戒指和M76 的头花各部件成色较低,含Ag 较高,可能是为了防止在佩戴过程中的变形,而有意选用成色稍低硬度稍大的金料,而簪、镯等器物并不需要有很好抗压性能,可以使用成色较高较软的黄金。说明当时工匠能了解不同成色金料机械性能的差异,并在制作不同器物时考虑金料成色不同引起的机械性能差异对使用性能的影响。

图4 金器(含不同部位)含Ag、Cu散点图

    4. 对金器的宏观观察和显微照片的分析可判定这批金器的制作过程中使用了范铸、锤揲、掐丝、炸珠、焊接等成形工艺及錾花、镶嵌等表面装饰工艺(图5 〜图10)。
范铸是一种源自青铜铸造的加工工艺,将金银液熔化后浇入范模以成器。锤揲利用了金银的延展性能,用铁锤或木锤将金银锤打成片。焊接是在金银器部件之间浇灌金属液体以连接器物。掐丝利用金银的延展性能,用工具将金银掐成各种纹样。炸珠通常用于制作大小金银珠,即将熔化的金银液体滴入温水中,利用表面张力使其凝固为大小不等的金银珠。錾花就是用錾刀在金银器表面刻画出各种花纹图案。镶嵌则是在金银器表面嵌入珍珠、水晶、宝石等饰物以增加器物美观度。收挑也是一种錾花工艺,不同的是,收挑时,于器物两面錾花,有收有挑,有凹有凸,使金银器表面装饰纹样的立体感更强。

图5 镯(M39:5)二次电子像(示錾花工艺)

图6 镯(M39:5)二次电子像(示左上两个具有相同细部特征的錾痕)

图7 字簪(M76:2)背散射电子像(示花丝工艺)

图8 簪(M76:3)背散射电子像(示锤揲痕)

图9 头花(M76:6)背散射电子像(示网络焊缀金珠)

图10 头花(M76:7)背散射电子像(示枝叶细节)

    五、结论

    对于王佐遗址出土金属器的分析表明,这批金器中有超过大半成色较高,Au 含量超过95%,可能经过了精炼提纯。同时通过对戒指、头花、簪、镯等器物的成色对比发现,当时的工匠可根据器物使用性能要求的不同,而采用不同硬度的金料。另外,金器不同部件间的成分特征也表明金器的生产制作采用了模块式生产模式,这应源于生产规模较大的商业作坊。最后,借助于宏观观察和显微照片,可判定这批金器在制作过程中使用了范铸、锤揲、掐丝、炸珠、焊接等成形工艺及錾花、镶嵌等表面装饰工艺,几乎囊括了金器加工的各种工艺方法。由此进一步证实了清代金器加工工艺的繁荣,表明其对中国传统工艺技法的发展奠定了雄厚的基础。

    总之,对王佐遗址出土金属器的检测,确认了器物材质和成色,通过宏观观察、显微照片分析以及器物之间、器物构件之间成分的异同对比,推测了部分器物的制作加工工艺。综合以上可以看出清代金器的加工较为精细,在器物的造型、纹饰、材质等各方面都达到了较高的程度。

(作者为北京市文物研究所馆员、北京科技大学冶金与材料史研究所博士生导师、北京科技大学冶金与材料史研究所博士)

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