“南海Ⅰ号”出水铜器及其保护

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2023-10-07 17:28 来源:文物天地

铜器文物按材质可分为红铜、黄铜、白铜、青铜等类型,从历年考古发掘情况看,其中以青铜文物为多数。青铜是铜和锡的合金,早在3900多年前,华夏大地的先民已掌握青铜冶炼和铸造技术,进入广泛制作和使用青铜器的青铜时代。以杨家村青铜刀、后母戊大方鼎、四羊方尊等文物为代表的青铜器,见证了中华大地灿烂的青铜文明。“南海I号”出水的铜器文物,除数万枚铜钱外,还有铜环、铜镜、铜戒指等,亦以青铜文物为主,也有部分为黄铜文物。

“南海I号”出水的铜器文物

除铜钱外,从“南海I号” 发现的铜器文物包括铜器皿、铜配饰、铜衡器和铜镜。铜器皿包括带柄带流铜锅、铜圈足小碗、铜条状物(推测为铜著)等食器和铜香熏器盖、凤求凰百花铜盘等。铜佩饰包括铜戒指、铜手镯、铜钩、铜环等,铜衡器方面,包括铜砝码和由铜指针、铜天秤立柱、三足底座等构成的铜天平。而铜镜也出水了有带柄铜镜、带纽六出葵花型铜镜、带纽桃型铜镜和无柄无纽铜镜。以铜环、铜镜、铜衡器等青铜文物为主,也有铜戒指、铜秤盘等黄铜文物。

 

“南海I号”保护发掘现场保护工作组利用XRF对部分出水铜器进行了元素分析,分析结果表明,这批铜器中铜环(金黄色)为黄铜,铜含量约为66%,锌含量约为30%。带钩铜锥为锡青铜,铜含量约为56%,锡含量约为10%,铅含量约为33%。铜环(铜绿色)锡青铜,铜含量为35-53%,锡含量约为3-9%,铅含量约为36-58%。铜镜为锡青铜,铜含量为44-69%,锡含量约为9-21%,铅含量约为20-28%,锡含量较高,符合铜镜普遍高锡的特点。

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带柄带流铜锅(也称铜匜、铜马盂)

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铜圈足小碗

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铜环

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手镯

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铜砝码及天平、秤盘

铜器文物“青铜病”的腐蚀机理

青铜器的腐蚀是指青铜器基体材料与周围环境介质发生化学、电化学反应或生物作用而受到破坏的现象(GB/T 10123-2001)。青铜器在腐蚀过程中生成的新的物质,称为青铜器腐蚀产物,青铜器的腐蚀产物包括氧化物、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐、氯化物、氟化物等。其中,青铜器上含氯的腐蚀产物,主要包括氯化亚铜、碱式氯化铜,在一定条件下将与青铜器基体发生循环腐蚀,致使青铜器逐步粉化损坏,这一现象被称作“青铜病”。

 

要做好青铜器的保护和修复,必须对其腐蚀机理进行探讨,以寻找有效的保护措施。粉状锈被称为青铜器的癌症,因为从其锈蚀机理来看,腐蚀过程是一个循环的电化学反应过程,产生该病症的腐蚀产物为氯化亚铜和碱式氯化铜不断生成,给器物造成严重破坏,甚至完全矿化。随着科技的发展,对青铜文物的腐蚀机理的理解出现了不同的理论和观点,看法较为一致的是:器物接触到氯化物时,因为氯离子半径小,容易穿透水膜而与铜作用形成氯化亚铜,Cu十C1=-CuC1十e。氯化亚铜又与水反应生成氧化亚铜和盐酸:2CuC1十H20-Cu2O十2HC1。氧化亚铜遇氧气、水和二氧化碳时可生成碱式碳酸铜,Cu2O十一O2十H2O十CO2-CuCO3·Cu (OH) 2,氧化亚铜遇水、氧,加上盐酸又可转化为碱式氯化铜:2Cu2O十2H2O十O2十2HC1=CuC12·3Cu(OH)2。因此,青铜器在外界环境影响下所形成的腐蚀产物,是一种由内向外为CuC1、Cu2O,再向外是CuCO3·3Cu (OH) 2或CuC12·3Cu (OH) 2,或两者都有的层叠状结构,这一结果已被二射线衍射法的分析所证实。由于氧化亚铜层的转化产物碱式氯化铜是疏松膨胀的,呈粉状,通常称为粉状锈,氧和水仍可进入其中,使氯化亚铜层转化为碱式氯化铜:4CuC1十O2十4H20-CuC12·3Cu (OH) 2十2HC1这就造成了内部生成粉状锈的条件,生成的盐酸遇到共析组织,又使铜转化为氯化亚铜:4Cu十4HC1十O2-4CuC1十2H2。形成的氯化亚铜又与曼入内部的氧气和水作用生成碱式氯化铜。这样周而复始,使青铜器的腐蚀产物不断扩展、深入,直到器物溃烂、穿孔。

海洋出水铜器文物的保护

一般来讲,在完成出水文物的清洗脱盐以后,只对青铜器的粉状锈进行处理,对于无害锈,因化学性质稳定,在不影响研究铭文、纹饰的情况下,不应该去除。

对粉状锈的处理,比较常用的有机械剔除法和置换法两种。剔除法是用工具或机械把器物表面的粉状锈剔挖和清除干净,然后用树脂胶填补随色。置换法是用一定深度的倍半碳酸钠溶液浸泡青铜器,把氯离子置换到溶液中,然后清洗、缓蚀、封护。

“南海I号”现场保护发掘工作小组编制了《“南海I号”沉船及出水文物现场保护工作手册》,铜器保护处理的基本流程是流程是:①信息提取→②现场清洗→③脱盐→④防腐蚀处理→⑤构建适宜的保存环境。

①信息提取。拍照登记,记录文物的保存状况,尽量详尽做好保护工作日志,并根据文物信息登记表填写各项内容。

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表1:文物信息登

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表2:文物病害图

②现场清洗。包括清洗表面泥土和清除表面有害锈和凝结物。清洗尘土,一般采用毛刷和竹签清理易于除掉的泥土,并伴着去离子水冲洗;清除表面有害锈和凝结物,主要采用牙科工具将表面硬质的凝结物去除,区分有害锈,并尽量用机械法去除。

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现场文物清洗

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现场文物清洗

③脱盐。采用去离子水先浸泡测量电导率,若电导率在几十uSem以上,就采用3%倍半碳酸钠脱盐。若脱盐效果显著,在脱盐基本稳定的情况下,适当考虑再改用1%倍半碳酸钠脱盐。

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氯离子检测

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电导率仪检测

④防腐蚀处理。脱盐结束后用无水乙醇和丙酮分别浸泡0.5h后取出,干燥后将器物浸泡在一定浓度的BTA溶液中,密闭保持1~2h,取出后再次烘干,最后去除掉表面残留的BTA结晶。再选用一定浓度的ParaloidB72丙酮溶液作为表面封护材料对表面进行涂刷封护处理。

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铜器的封护和烘干

 

⑤构建适宜的保存环境。完成封护处理后,应为文物的保存或展览构建一个适宜的环境。保存环境的构建以提供一个温湿度可控,隔绝氧气,无氯环境为目的。

通过以上5项步骤,海洋出水铜器文物基本可以达到稳定保存条件。

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