课题名称:铁质文物脱盐清洗及封护研究
一、课题成果介绍
我国是世界上最早发明冶铁技术的国家,铁器在中国有着两千多年的历史。铁器的出现及发展,极大地推动了社会生产力的发展和社会的进步。铁质文物对研究我国的冶铁历史有很大的帮助,是社会生产力发展的见证者,具有重要的价值。由于铁的性质较活泼,极易被腐蚀,这些无价之宝都在经受着不同程度的破坏和损害。对铁器的保护方法,保护原理、保护环境进行全面深入的研究,有利于更科学地保护文物,从而为子孙后代留下一笔宝贵财富。
北京是闻名于世的历史文化名城,已经走过了三千年的历程。文物古迹遍布北京城内外,其文物古迹旅游资源堪称中华之首、世界之最。其中铁质文物也很多,大部分都收藏在首都博物馆及远郊、区县的博物馆中,总计有一万多件,有的已经锈蚀严重,亟待保护。并且有很多铁质文物出土后未经任何处理就放入库房中,将大大缩短文物的寿命。因为铁是一种活泼性很高的金属,比铜活泼得多,在自然环境中极易被腐蚀,所以在自然环境中保存完好的铁质文物比青铜器要少得多。在自然环境中,如果铁质文物不加保护将会很快生锈,由于铁锈具有脆性,当自然环境改变时其膨胀系数与铁基体不同,会因为应力而开裂或脱落,露出铁基体,使文物进一步腐蚀,最终使文物附加的信息完全丧失,失去文物的价值。因此,对首都博物馆及远郊、区县的博物馆中收藏的铁质文物进行保护已经迫在眉睫。对铁质文物的保护包括对文物所处环境的改善和采取保护措施对文物进行保护。在什么环境条件下保存铁质文物不会使文物受损是一个值得我们探讨的问题,而采用化学方法对铁质文物进行保护也是值得研究的课题。
合成树脂封护能使文物固结性增强,并同时涂在器物表面形成保护膜防止铁质文物受到水、酸性气体、粉尘中的可溶性盐等诸多物质的侵蚀而再度腐蚀。但是合成树脂含浸法封护只能起到防止外部铁锈生成,而不能从根本上解决内部所发生的电化学腐蚀,这主要是因为文物内部还有水和盐分等介质。因此,更有效的保护方法是在除去铁质文物内部的腐蚀因子——氯化物之后,再用合成树脂含浸,这个步骤称为铁质文物的脱盐。因此,铁质文物出土或打捞出水后要进行清洗、除锈、脱盐处理、合成树脂含浸封护等步骤。本课题就是对铁质文物保护中的重要环节——脱氯清洗技术、缓蚀封护技术进行较为系统的研究。
本课题研制出一种新的脱盐清洗液和可逆的环保型封护剂,对脱盐清洗和表面封护上进行改进,并将其应用于首都博物馆及北京市远郊区、县未经保护的铁质文物的保护。脱盐清洗液在常温下两周内能将文物所含盐分基本去除,并且溶液中的缓蚀剂能保护文物免受进一步腐蚀。表面封护剂的光泽度较低,涂刷在文物表面上对文物原貌无改变,耐老化性能在1000小时以上,并且在任何时候浸泡在本课题研制的脱盐清洗液中封护层会自动脱落,从而实现了封护剂的可逆性。
根据研究,确定脱盐清洗液的配方为钼酸钠1g/L、十二烷基苯磺酸钠1g/L、三聚磷酸钠15 g/L、CM-10.3 g/L、氢氧化钠1.5%,剩下的为去离子水。本实验采用容量为500ml的烧杯,按筛选出的最佳配方配置500ml溶液。采用平谷、延庆、昌平、怀柔四个地区出土的铁器残片检测最佳配方碱性清洗液的脱盐清洗效果。将同一地区残片制成尺寸为20mm×20mm×3mm的试样各两片。脱盐清洗分三个周期,每个周期时间为一周。其中一片在前两个周期都采用最佳配方配置的脱盐清洗液进行浸泡,第三个周期采用去离子水进行浸泡;另一片三个周期全部采用去离子水进行浸泡。脱盐清洗作用主要是前两个周期来实现,第三个周期主要是检测前两个周期的脱盐清洗效果。为了减小实验误差,每次浸泡后的溶液都采用精度更高的离子色谱法检测浸泡后氯离子的浓度。通过实验可以得出如下结论:1、不同地区出土的铁质文物含盐量不同,但都含有较多盐分,使文物处于活性状态,不经处理都会对文物长久保存不利;2、本研究研制的脱盐清洗液脱盐效果比纯净的去离子水的脱盐效果要好得多,具有较好的脱盐性能,是一种可以推广的脱盐清洗液;3、本研究研制的脱盐清洗液可以应用于不同地区、不同时代出土的铁质文物的脱盐。
根据研究,确定复合封护剂的配方为:钨酸钠0.5g/L、硅酸钠0.5 g/L、十二烷基苯磺酸钠6 g/L、消光剂6%、固含量2~4%。其中钨酸钠、硅酸钠、十二烷基苯磺酸钠的浓度指的是复合封护剂乳液中的浓度;消光剂含量是指在固体成分中的含量,即树脂固化后的固体分中消光剂的含量为6%。该配方制作的材料通过物理机械性能和耐蚀性能、耐老化性能实验、可逆性实验结果、封护剂对带锈铸铁表面固结作用与防蚀效果、扫描电镜分析等实验,认为是一种耐老化性能好且具有可逆性的良好的铁质文物封护材料。
将本研究研制的脱盐清洗液和复合封护剂应用于门头沟博物馆的文物保护修复中,本次修复保护工作是在2007年1月进行的,文物经修复保护后就立即上展,且展柜里面没有恒温恒湿系统。下图为门头沟博物馆明代三箍铁炮和元代六耳锅修复前、后以及2008年3月13日到门头沟展厅拍摄的照片。其中(a)为三箍铁炮修复前照片,(b)为三箍铁炮修复后照片,(c)为三箍铁炮展陈一年后照片。从图(a)可以看出三箍铁炮修复前整件文物呈白色,表面有石灰层。从图(b)可以看出三箍铁炮经修复保护后石灰层已基本去除,表面有些硬结土还有残留,这些硬结土已经与文物基体发生反应,成为了文物的一部分,对文物有一定的保护作用,从文物保护角度来说此类硬结土不应该去除,而本研究研制的脱盐清洗液正好保留了这些信息,实用效果较好。从图(b)还可以看出三箍铁炮经修复保护后未改变原来铁器的颜色,表面基本没有处理后的痕迹,符合“不改变文物原貌”原则。从图(c)可以看出三箍铁炮经保护修复在展厅展陈一年以后文物与一年前没有变化,这说明本研究研制的脱盐清洗液与复合封护剂对文物起到了较好的保护作用。图(d)、(e)、(f)分别为六耳锅修复前、修复后以及展陈一年后的照片,从这组照片可以看出,文物也得到了较好保护。

二、研究成果应用情况
本研究所研制的脱盐清洗液及封护剂已经应用于门头沟、平谷、延庆以及北京市古代钱币展览馆等地区和博物馆的铁质文物上。其中采用本研究研制的脱盐清洗液和封护剂处理的门头沟博物馆的文物已经有三年半的时间了,文物未进一步发生腐蚀且颜色无任何变化。
三、课题组成员人员介绍
何海平:男,1976年出生,副研究馆员,北京大学考古文博学院博士后, 2008年北京市科委科技新星计划入选人员。2005年7月进入首都博物馆工作,现任首都博物馆文物保护修复中心总工程师。主要从事过的研究工作有铁质文物脱盐清洗及封护研究、文物保存环境研究、石质文物保护研究、古书画科学分析研究、金银器保护研究等。发表论文30多篇,出版专著《北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究》一书,与他人合著著作有《铁质文物脱盐清洗及封护研究》、《文物养护工作手册》、《河北滦平博物馆金属文物修复报告》、《金石杂项类文物修复》等。
邵芳:女,1968年生,工程师。1992年毕业于南京大学地球科学系,进入江苏建材地质工程勘察院工作,2004年调入首都博物馆文物保护修复中心实验室工作至今,从事文物保护材料及文物附着物、锈蚀物的分析检测与研究工作,参与铁质文物脱盐清洗及封护研究、文物保存环境研究、基于无损检测技术的中国古玉鉴定研究等,主要发表论文有《首都博物馆展陈文物保存环境的初步分析》、《洛阳博物馆青铜王座鼎的科学分析》、《电子探针在文物保护研究中的应用初探》、《河北隆化鸽子洞元代纺织品文物金线的科学分析》等,参与了《文物养护工作手册》的编著。
黄洁。
地址:北京市东城区府学胡同36号 邮编:100007 | Address:No.36 FuxueHutong, Dongcheng District, Beijing, China. Post code:100007
值班电话(Tel):(86)010-6403.2023(办公室) 传真(Fax):(86)010-6407.4377
网站备案:京ICP05083570号 京公网安备11010102001441 E-mail:webmaster@bjww.gov.cn
推荐使用Internet Explorer 6.0 以上版本Web浏览器,1280*1024分辨率 浏览本站