您好, 访客   登录/注册

铁质文物保护视角下腐蚀机理及防腐蚀保护技术研究 

来源:用户上传      作者:

  摘 要:我国作为世界文明古国,拥有灿烂悠久的文明,也是世界上已知的最早开始使用铁质器物的国家和地区之一。铁质文物由于其本身材质的原因成为目前保存难度最高的文物之一,研究铁质文物的保护技术对于发掘和保护铁质文物具有重要意义,对于研究我国历史时期的发展以及其他方面的内容都具有极大的价值。文章首先对造成铁质文物腐蚀的因素进行分析,其次主要探讨相关的防腐保护技术,以期可以为铁质文物的保护工作提供一点参考。
  关键词:铁质文物;腐蚀机理;因素;技术;原则
  铁是继青铜之后我国先民发现并应用于实际生产生活的一种重要材料,代表着我国生产力的发展。随着考古工作的推进,发掘了大量的铁质文物,但是其中大部分铁质文物因长期处于地下环境当中,已经严重腐蚀,再加上发掘后其所处环境的变化会使铁质文物进一步受到影响。铁元素化学性质活泼,可以在多种环境中发生化学反应,造成本身性质的改变。为了最大限度地保护好铁质文物,就必须采取各种技术手段做好铁质文物的防腐蚀保护。
  1 造成铁质文物腐蚀的因素
  受古代冶炼技术所限,生产的铁器结构不均匀,其中含有大量杂质,使其本身稳定性不高,这就使得铁质文物更容易受到腐蚀[1]。由于铁元素可在多种环境中发生化学反应,所以造成铁质文物腐蚀的原因相对较多,具体可以分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括铁质文物本身的化学成分构成、本身结构等;外部因素主要是铁质文物所处环境中湿度、温度、氧气、地质条件等。
  1.1 外部因素
  大气腐蚀。大气条件中所发生的铁质文物腐蚀称为大气腐蚀,这也是铁质文物最为普遍的腐蚀现象之一。大气环境中的气体、温度、湿度、尘类等都会对铁质文物造成影响,其中氧气、氯气、二氧化硫以及二氧化氮等对铁质文物的影响相对较大,铁质文物在大气环境下易与这些气体发生反应。如果铁质文物在腐蚀过程中生成的腐蚀产物为可溶性的物质或是易于发生水解的物质,这种情况会加速铁质文物的腐蚀速度。若铁质文物在大气环境中发生反应后的产物为不溶于水的物质,则其腐蚀产物会逐渐在铁质文物表面形成一层完整的膜,将铁质文物与大气环境阻绝,这在一定程度上可以减缓铁质文物的腐蚀。
  土壤腐蚀。铁质文物在出土之前发生的腐蚀现象称为土壤腐蚀。土壤腐蚀属于电化学腐蚀,由于土壤中含有水分、氧氣、盐类和酸类物质,很容易造成铁质文物腐蚀。一般情况下,土壤为中性,但也存在部分酸性土壤,铁质文物在酸性土壤中发生的腐蚀是氢去极化腐蚀,而在一般土壤中发生的是氧去极化腐蚀[2]。在部分相对干燥且具有一定透气性的环境中,铁质文物发生的腐蚀与大气腐蚀较为相似,其产生的不溶于水的物质也可以起到延缓铁质文物腐蚀的作用。
  海水腐蚀。海水腐蚀就是在海水环境中的腐蚀现象。此类腐蚀主要是古代航船因各种因素沉没,部分铁质文物沉没在海底,海水中盐类物质导致铁质文物腐蚀。海水的盐分中其主要物质是氯化钠,占海水总盐度近80%,海水腐蚀主要与氯离子有关。在海水腐蚀中比较常见的是缝隙腐蚀、局部腐蚀、孔状腐蚀等。
  1.2 内部因素
  我国古代的铁质器物大部分都属于灰口铸铁,铸铁属于一种多相组织,其主要有铁元素和石墨构成,灰口铸铁中石墨呈网状结构分布,对于灰口铸铁而言石墨始于阴极,在一定的条件下,铁质文物会出现选择性腐蚀,出现一种多孔石墨骨架,这种腐蚀现象被称之为石墨腐蚀。在石墨腐蚀的过程中,随着铁质文物多孔石墨骨架和腐蚀产物的不断增加,会阻止铁质文物与腐蚀介质的直接接触,从而抑制腐蚀速度。
  2 腐蚀产物的成分与结构对铁质文物的影响
  铁质文物的腐蚀产物分为有害物质、无害物质两大类。一般有害物质的体积要比铁质文物本身要大,铁质文物在潮湿环境中发生腐蚀,其腐蚀产物就是有害物质,这种腐蚀产物属于一种沉淀物质,其颗粒一般比较细,而且质地较为疏松,这就导致水和氧气浸入相对比较容易,会导致腐蚀现象进一步加剧[3]。其具体的反应过程如下:
  Fe→Fe2++2e
  ?O2+H2O+2e→2OH-
  Fe2++2OH→Fe(OH)2
  Fe(OH)2+O2→Fe2O3·H2O或2FeOOH
  在潮湿环境中铁质文物发生腐蚀时会先产生γ-FeOOH,这种物质无法在铁质文物表面形成保护膜,随着时间的推移,这种物质会部分甚至全部转化为α-FeOOH,随着水和氧气的浸入又会产生新的γ-FeOOH,并且极不稳定,在这种物质不断生成的过程中铁质文物的腐蚀层会逐渐加厚。
  而在干燥的大气环境或土壤环境中,铁质文物表面的腐蚀产物主要是铁元素的氧化物,这种腐蚀属于无害物质,可以有效保护铁质文物不再发生较大的腐蚀。这种腐蚀产物主要是由α-Fe2O3构成,其具体的反应过程如下:
  3Fe+?O2=Fe3O4(FeO·Fe2O3)
  2Fe3O4+?O2=3Fe2O3(α-Fe2O3)
  在干燥的大气环境或者土壤环境中,铁质文物在发生腐蚀时会从单价铁转化为Fe2O3,这种物质具有相当好的致密性与连续性,可以有效阻止铁质文物的进一步氧化。
  3 铁质文物的防腐蚀保护技术
  3.1 缓蚀技术
  铁质文物经过相应的处理,可使腐蚀现象得到有效控制,但是仍然存在发生腐蚀的风险,仍需采取相应的措施。缓蚀技术是当前一项应用较广的铁质文物防腐蚀保护技术,主要是利用缓蚀剂来防止或者延缓铁质文物的腐蚀现象。下面具体介绍几种当前应用较多的缓蚀剂。
  单宁酸复配缓蚀剂:单宁酸复配缓蚀剂主要由5mmol/L单宁酸、10mmol/L硅酸钠、0.05mmol/L磷酸二氢锌、3mol/L乙醇胺构成,其对于铁质文物本身的腐蚀作用较小,在缓蚀之后会在铁质文物表面形成一层稳定且均匀的膜,可以有效提升铁质文物的耐腐蚀性[4]。此外,其在缓蚀之后不会改变铁质文物本身的颜色,这种缓蚀剂用于低硫铸铁的铁质文物上效果相对比较明显。   复合气相缓蚀剂:复合气相缓蚀剂在实际应用过程中,对古代铁錢币的缓蚀效果最佳,可以有效隔绝新腐蚀现象的发生,可以将质地比较疏松的γ-FeOOH转化为相对比较致密的α-FeOOH。经过缓蚀之后使铁质文物外观和颜色保持原样,并在其表面形成一层保护膜,有效提升体质文物的耐腐蚀性能。
  硅酸盐缓蚀剂:硅酸盐缓蚀剂并不是由单一的硅酸盐构成,而是由聚硅酸盐构成,一般pH值保持在7.0~8.5可以达到最佳的缓蚀效果。这种缓蚀剂是目前应用最为广泛的缓蚀剂之一,一方面其原料来源丰富,造价相较于其他缓蚀剂相对较低,另一方面硅酸盐缓蚀剂可以用作多种铁质文物的缓蚀保护。
  有机缓蚀剂:随着人们对环境保护的重视,在文物保护方面也开始注重使用高效低毒的有机物质。目前已知的有机缓蚀剂超过140种,但是大部分都具有一定的毒性,实用价值相对不高。在未来的发展过程中,有机缓蚀剂是一个重要的发展方向。随着人们对于环境问题重视程度的提升,减少化学元素的使用、发展有机缓蚀剂是文物保护技术发展的必然趋势。
  3.2 铁质文物的封护技术
  为了使铁质文物得到更好的保护,以便于人们开展相关研究和观赏,并使其有效抵抗大气环境中的有害物质,在进行缓蚀处理之后,还可以利用封护技术在铁质文物和外界环境中构建一层屏障保护铁质文物。对铁质文物进行封护的材料主要有合成有机高分子材料、复合封护材料,利用封护材料对铁质文物进行封护处理之后,可以有效提升铁质文物的防护效果。目前的封护材料在耐久性、可去除性等方面还存在一些不足,还需要强化封护材料的研究,使铁质文物的封护效果得到进一步的提升。
  4 结语
  综上所述,造成铁质文物发生腐蚀的因素相对较多,只有对各种影响因素进行深入的分析研究才能针对性地采取相应的防腐蚀措施。铁质文物作为中华文明的见证,我们有必要也有义务做好保护工作,在未来的研究中,我们还需进一步加强对缓蚀剂和封护材料的研究,从而有效地提升铁质文物防腐蚀技术水平。
  参考文献
  [1]傅英毅,范敏,廉卫珍,等.铁质文物防腐工艺初步研究[J].广东化工,2017(18):69-70.
  [2]张学慧.浅析铁质文物的病害与保护——以山西省艺术博物馆馆藏铁质文物为例[J].文物世界,2015(3):59-60.
  [3]范陶峰.铁质文物修复用腻子材料的实验对比研究[J].文物保护与考古科学,2015(1):71-76.
  [4]刘朵,何积铨.简析铁质文物腐蚀的根本原因[J].遗产与保护研究,2017(7):57-60.
  【作者简介】林芳(1972—),女,文物博物馆员,本科,研究方向:文物保管。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/7/view-14848367.htm

服务推荐