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教育资源 | 青铜器的腐蚀与除锈

2022-09-25 15:21

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创上海博物馆上海博物馆

青铜器主要是由铜与锡制成的器具，在世界各地多有出现，由此也催生了人类文明辉煌的青铜时代。随着时代的消亡，青铜器历经岁月沧桑，身上浮现出斑驳的印记。在上海博物馆特展《宅兹中国——河南夏商周文明展》中展出的众多青铜器，有着五彩斑斓的锈色，而这些锈蚀物使青铜器有了更多的观赏维度。

本期，我们将以特展中青铜器上的各色铜锈为基础，解析金属腐蚀知识；同时，通过动手探索的方式带领大家了解，为了帮助金属延年益寿，文物保护工作者是如何从科学的角度去解决锈蚀病害问题的。

本次活动除锈流程分步骤演示

安全提示：本活动在操作过程中需要运用到具有一定腐蚀性的化学试剂，未成年人应在家长、教师等监护人的指导与协助下进行操作，并注意安全。为了保护环境、同时避免对下水道等设施造成腐蚀，请在完成操作后用水充分洗净除锈剂，或使用少量小苏打进行中和后再洗净所有试剂。

金属的一生

青铜器是如何穿越千年来到我们面前的？当了解金属的一生，也就明白了它为什么会生锈。

获取金属

先辈们凭借智慧和经验，从而能找到铜矿山并从其中获得铜矿石。如，古人很早就知道了生长紫色铜草花的地方一般富含铜资源。后来，先辈们又掌握了冶炼技术，以及获取比例合适金属的方法，如《考工记·六齐》中记载不同用途青铜器的铜锡合金比例。

在实际应用中，由于纯度高的铜金属硬度不高，满足不了人们的需求，所以当需要硬度较大、耐热性较好、较能抗腐蚀的器具时，聪慧的古代匠人逐渐掌握了合金金属材料的理化性质。

我们在展厅里看到的众多青铜器便来自矿石，是由人类将它脱离自然成为生活用器的。矿石该有的颜色，器物也会有；矿石会有的多孔性结构，器物最终也会是这样。这种现象被我们称之为“矿化”。因此，青铜器的出生，便伴随着它难以避免的腐蚀进程。

辉铜矿、赤铜矿、黑铜矿及硅孔雀石伴生矿石

黄铜矿、黝铜矿及黄铜矿伴生矿石

氯铜矿石

硅孔雀石

黄铜矿石

斑铜矿石

上海博物馆一楼中国古代青铜馆中陈列的铜矿石

铸造器物

中国古代青铜器铸造技术主要有范铸法和失蜡法（点击了解如何在家用失蜡法制作一件“青铜器”）。在展厅的青铜器上，我们能发现一些范线，也能看到许多其他铸造技术留下的痕迹。

兽面纹方鼎上的铸造痕迹

商代中期（公元前15世纪—前13世纪）

1974年郑州杜岭街出土

河南博物院藏

在铸造过程中，因技术导致的缺陷——如缝隙、孔洞等——极易藏污纳垢，成为了金属最易受外界环境侵略的部位。一旦满足了金属生锈的条件，腐蚀也常常会在这些地方发生。这也是我们在日常生活中，往往能看到一些金属器物在焊接处常有锈迹的原因。但是，如果制器过程中能精工细作，如细细打磨，抚平一些缺陷，那青铜器的抗腐蚀能力也会有所提高。

使用与存续

在金属器诞生的年月，我们难以窥见其真正的使用细节。但与这一段短暂的时光相比，金属器后续的存放岁月要更长。因此，我们可以从占据了金属器一生中很长一段时间的埋藏岁月，来探究金属腐蚀的原因。

刚刚铸造好的青铜器是金色的，也被古人称为“吉金”。但受埋藏环境，如埋藏位置、干湿条件、土壤酸碱度与离子浓度等因素的影响，就会在表面形成各种颜色的铜锈。

舌觚上的“吉金”本色

商代晚期（公元前13世纪―前1046年）

2006年荥阳小胡村墓地出土

河南省文物考古研究院藏

另外，青铜器在展览和保存过程中依然会受到环境影响，如湿度、大气污染物、氧气含量等。事实上，大量青铜器自埋藏环境中重见天日后，能够顺利来到观众面前，是经过了文物保护工作者无微不至的悉心照顾。

至此，我们可以发现影响金属腐蚀的因素分为内因和外因。内因主要包括金属本身、合金化、制造工艺；外因则包括土壤环境、湿度、大气污染物、氧气。

锈蚀物是什么

展览中，青铜器上呈现绿色、蓝色、黑色、红色等多种多样的锈蚀产物，令人不禁好奇这些锈蚀物究竟是什么？

研究发现，大部分青铜样品均存在紧贴合金本体、结构致密的氧化亚铜层，这是因为青铜合金中的铜金属暴露在干燥空气中会逐渐生成红色的氧化亚铜（又名赤铜矿），随着时间推移，氧化亚铜在湿空气中会继续氧化成黑色的氧化铜。

亚长方斝上的红锈与黑锈

商代晚期（公元前13世纪―前1046年）

2001年安阳花园庄东地M54出土

中国社会科学院考古研究所藏

如果环境中有水、氧、二氧化碳的存在，在酸性环境下，氧化亚铜会继续反应生成绿色的碱式碳酸铜（孔雀石的主要成分，又名铜锈、铜绿），或者是蓝色的碱式铜碳酸盐（又名蓝铜矿）等物质。一般来说，如果埋藏的环境较为潮湿、土壤中铜含量较高，则容易生成蓝绿色结晶状的铜锈。

虎纹鼎上的绿锈与蓝锈

商代晚期（公元前13世纪―前1046年）

2006年荥阳小胡村墓地出土

河南省文物考古研究院藏

有些时候，红色的氧化亚铜、黑色的氧化铜、绿色和蓝色的碱式碳酸铜会同时出现在一件青铜器上，前者一般在最里层，后者在最外层。由于这几种锈蚀物一般结构都相对致密，就像青铜器覆盖了一层保护层，因此称之为“无害锈”。

但是，青铜器上绿色的呈粉状的锈则是有害锈，需要去除掉。“青铜病”的原理是，如果环境中含有氯离子，则铜金属会与氯离子生成氯化亚铜。在潮湿、有氧的环境下，两者会继续反应生成绿色的碱式氯化铜（又名氯铜矿）和酸。酸在适合的环境下又会继续与铜金属反应，如此循环反复，直至将金属完全消耗。而且，即使青铜表面形成了一层致密的氧化亚铜，但在潮湿有氧的酸性气氛下（含氯离子），依然会继续反应形成氯铜矿。

动手去除有害锈

在文物保护工作中，会通过显微镜观察锈蚀物的结构状态、利用XRF等仪器分析青铜的锈蚀物成分。如果是无害锈、且不影响研究铭文、纹饰的情况下，会尽量保留，因为这些斑驳的锈迹在经历千年后也成为了文物的历史感与美感的重要组成部分；如果是有害锈、且需要去除的情况下，再探索具体的除锈方法。

而在日常生活中则不需要如此复杂，只要主人觉得有必要，便可以将物品上的锈迹全部去除。让我们在除锈过程中，共同感受文物保护工作者在处理锈蚀物时的细心、耐心和决心。

注：以下步骤中使用的生锈金属片，是借虎年之机，以杜虎符为灵感专门制作的。演示目的是将老虎纹样周围的酥松锈蚀层使用物理、化学方法除去，让老虎的模样清晰起来。

步骤：

准备材料

主要材料：生锈金属、磨砂棒、草酸、凡士林；

简单工具：水、美工刀、棉签、棉片、标签纸、100ml烧杯及玻璃搅拌棒（或替代品）；

其他设备：电子天平、手套、口罩。

美工刀除浮锈

手握美工刀，适当用力，让刀尖刮去结构松散的浮锈。