重庆丰都出土汉代镶嵌金银饰铁剑的保护研究
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2024-05-27 15:28 来源:长江文明
1993年至2006年期间，重庆丰都地区发掘出土了大量汉至六朝时期的铁剑和铁环首刀等铁兵器，为研究该地区冶铁技术的发展、经济、军事以及礼仪制度等提供了丰富的实物资料，其中有一件西汉铁剑（2797，M13:9）和一件东汉铁剑（9017，AM3:3）在铜制剑格凹处与剑柄连接处采用的金银装饰，极具考古价值。西汉铁剑剑格为青铜铸造，剑格一侧内凹处镶嵌有一片金片，上面焊接细密的小颗粒金珠。通过资料对比发现，该铁剑与2008年广西合浦寮尾东汉三国14号墓出土1件铁剑相似度极高[1]。该东汉铁剑于2003年丰都镇江杜家坝二社二仙堡墓群出土，剑格一侧凹处采用金银镶嵌珠宝装饰（珠宝已失）。此类剑格处镶嵌金银饰的出土铁兵器比较少见，金银饰片采用炸珠、掐丝和镶嵌的工艺，装饰细微且工艺复杂。从西汉初期开始，铁剑快速替代铜剑成为战争中的主要短柄兵器，加上两汉时期佩剑之风盛行，拥有制作精良、装饰华美的剑亦是身份的象征。这两件重庆丰都地区出土的汉代铁剑镶嵌的金银饰体现了较高的金属加工技艺。
两件铁剑均为重庆丰都地区考古发掘出土。据考古发掘报告记录，西汉铁剑于1999年丰都汇南墓群D区13号土坑墓发掘出土。扁茎，宽叶，菱形脊，铜格。柄端一小圆穿，柄与格间镶有金质小圆珠，柄部残留有木痕。锈蚀，尖残。出土时剑残长66厘米[2]。东汉铁剑2003年发掘于丰都镇江杜家坝二社二仙堡墓群。出土时剑柄后端略残，剑格为“一”字格，刃线斜收，与脊线集中于刃尖。中轴沿脊线略折，剑身细长，横断面呈菱形，两边开刃。剑柄、剑身附着有朽木，疑为剑鞘，剑断为三截。剑通长92厘米，其中剑身最宽处3.6、厚0.9厘米，剑柄宽1.6、厚1厘米[3]。
由于文物长期埋藏在地下，原为木质的剑鞘已腐朽殆尽，锈蚀和各种泥土附着物完全覆盖了嵌金银装饰。图一为西汉铁剑保存状态及金饰部位，图二为东汉铁剑保存状态及银饰部位。这两件铁剑发掘出土后，也没有进行及时的保护处理，长期暴露存放在自然环境中，铁剑表层锈蚀已出现掉渣、剥落等现象，可观察到铁剑表面有黄色、砖红色、褐色及黑色的铁锈蚀物。
图一 西汉铁剑（2797，M13：9）保存状态及金饰部位
图二 东汉铁剑（9017，AM3：3）保存状态及银饰部位
剑格处金银饰的贵重性要求对实物进行无损检测，本实验借助工业CT和超景深三维视频显微镜对金银饰部位进行形貌观察，结合便携式X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪进行元素和成分分析，具体设备型号与条件如下。
（1）工业CT断层扫描图像分析采用重庆真测科技生产的CD-300BX/225型考古专用CT检测仪，技术指标为射线源高能电子直线加速器，X射线最大管电压为225kV，最大管电流为8mA，焦点尺寸为0.4mm/1.0mm。
（2）超景深三维视频显微镜分析采用德国蔡司smartzoom5超景深三维显微系统，配有5400万像素3CCD摄像系统和34-3000倍的放大镜头。
（3）便携式XRF采用美国Thermo Scientific Niton生产的XL3T 950型合金分析仪，贵金属模式，光斑直径为8mm，检测时间为30s。
（4）X射线衍射分析采用浩元XD-270X-射线衍射仪，电压40kV，电流35mA，扫描角度10-70°，步进0.02°，每点扫描时间0.15s。
由于铁剑表面的锈蚀物和污染物覆盖了金银饰的图案，尤其是东汉铁剑的银饰几乎完全覆盖，采用工业CT对两件铁剑进行透射分析，判断铁剑的破损情况以及掩盖的纹饰信息。图三和图四分别为两件铁剑的工业CT透射照。
图三 西汉铁剑（2797，M13：9）工业CT透射照（120kV）
图四 东汉铁剑（9017，AM3:3）工业CT透射照（200kV）
从CT透射照可以直观了解铁剑本体材质的致密疏松及分布情况。铁剑白亮区域表明其本体材质较好，灰色则显示质地较差；白亮区域越白亮则表明越致密，说明其芯体材质较好，而越灰暗越疏松，则显示质地较差。西汉铁剑形制对称规整，握把修长，尖端多已残失，剑身的两侧刃口都有不同程度的缺陷与腐蚀共同影响的破损存在。东汉铁剑（9017）剑格呈明显的“凹”字格，而非出土时记录的“一”字格。剑格处被锈蚀物和污染物覆盖的饰件通过CT透射变得清晰可见，饰件结构基本完整，两端“滴水状”区域可镶嵌宝石。
利用超景深三维视频显微镜对剑格处饰件进行观察、测量，发现西汉铁剑的金饰上有排列整齐、规格统一的金珠，金珠呈圆形颗粒状，直径约为352μm，金线直径约为214μm，足以显示出铁剑镶嵌装饰的精美和工艺的精湛。图五为西汉铁剑金饰部位超景深显微照（100x）。
图五 西汉铁剑（2797）金饰部位超景深显微照（100x）
图六为东汉铁剑金银装饰部位及超景深显微照（100x）。通过超景深电子显微镜发现东汉铁剑的金银装饰与周围的附着物等完全粘附在一起，凹陷部位显示镶嵌物早已剥落，若强行对该装饰部位进行清理，极有可能发生金银饰残留物质掉落而全部丢失的情况。结合CT透射检测结果可以非常清楚地观察到该装饰的轮廓形状，两端“滴水状”区域大小约为2mm*3mm。
图六 东汉铁剑（9017）金银装饰部位及超景深显微照（100x）
对两件铁剑的剑格和装饰部位利用便携式XRF进行无损分析检测，金银饰的XRF图谱如图七和图八所示，元素组成结果见铁剑剑格及装饰部位元素组成数据表（表一）。从检测结果可以看出，两件铁剑的剑格主要成分为铜（Cu）锡（Sn）合金，铅（Pb）含量较少；西汉铁剑装饰部位的元素分析显示金（Au）含量63.582%，银（Ag）含量0.283%；东汉铁剑装饰部位的金含量为14.61%，银含量为67.291%；其它Cu、Sn、Pb、Fe元等元素则来源自剑柄上的土壤和附着物。
根据金属活泼性顺序铁＞锡＞铜＞银＞金，活泼性越高的金属越容易腐蚀，由于铁剑与青铜剑格、镶嵌的金银饰件紧密连接，由于它们的电极电位不同，在有介质的条件下极易形成原电池，从而产生电偶腐蚀。因此这种多金属结构会大大加快铁剑本体的腐蚀速度。
图七 金饰部位XRF图谱
图八 银饰部位XRF图谱
表一 铁剑剑格及装饰部位元素组成数据表（Wt%）
分别从两件铁剑的剑身中部采集少量有代表性的锈蚀样品进行成分分析，其中西汉铁剑的锈蚀样品为黄色，东汉铁剑的锈蚀样品为棕黑色。
图九 西汉铁剑（2797，M13:9）黄色锈蚀的XRD衍射图
图十 东汉铁剑（9017，AM3:3）黑锈锈蚀的XRD衍射图
图九、图十分别是西汉铁剑和东汉铁剑的黄色和棕黑色锈蚀样品的XRD图谱，在21. 0°、26. 7°、36. 7°、50. 2°、54. 8°、60. 0°和67. 3°等处衍射峰属于石英（SiO2）；21.0°、26.9°、36.3°、53.69°等处衍射峰属于针铁矿[α-FeO(OH)]；12.66°和30.8°等处衍射峰属于钠长石（NaAlSi3O8）；20.1°、30.6°和32.9°等处衍射峰属于磁铁矿（Fe3O4）。
X射线衍射分析显示这批器物的锈蚀产物和附着物主要为针铁矿[α-FeO(OH)]和磁铁矿（Fe3O4），也包含有与土壤埋藏环境相关的石英（SiO2）和钠长石（NaAlSi3O8）等，这些锈蚀物及附着物由于它们的晶体结构、水合程度不同而呈现出不同的颜色。由于α-FeO(OH)结构紧密、坚硬、稳定，不会对文物本体造成较大影响，为无害锈，因此该类锈蚀在修复过程中可以不用去除。Fe3O4潮湿状态下在空气中容易氧化成三氧化二铁而呈红色，需加强铁剑的缓蚀封护工作。
通过前面调查评估及检测分析，我们对这两件铁剑的病害类型、病害程度及隐藏的装饰信息有了全面的了解和掌握。东汉铁剑虽断成三截，但器型基本完整，可按照铁器的保护修复的基本流程进行处理，分别是洁除、拼对粘接、补配、脱盐、缓蚀、封护、作色等。西汉铁剑出土时剑尖已残，锈蚀情况较为严重，在没有参考依据的情况下，只对其进行必要的保护处理，不做复原修复。
首先，详细记录铁剑的编号、名称、质地、时代、来源、尺寸及器物的形状、纹饰、病害情况等基本信息，绘制文物病害图，详细记录修复过程中各个阶段的图片资料及方法、材料、化学试剂等信息。其次，两件铁剑剑身大部分都有木质附着物，在洁除过程中尽可能将其保留下来，只去除铁剑表面疏松的泥土和锈蚀物。对于铁剑表面较疏松的红褐色锈蚀，可用小型雕刻机或手术刀缓慢且细微地清除，再用去离子水将清除处清洗干净，放置烘箱中烘干即可。此外，对东汉铁剑断裂部位进行拼对粘接、补配。另外，本实验脱盐采用0.5%的氢氧化钠溶液深洗的方法，以整体浸泡的方式进行。缓蚀主要采用2%的BTA乙醇溶液，为达到长期保存的目的，选用1%的Paraloid B72乙酸乙酯溶液作为封护剂对两件铁剑进行封护处理。最后，对补配区域按照器物表面纹饰、弧度打磨平滑，用矿物颜料调出与器表颜色相近的混合颜料，反复以点、涂、弹、拨等方式对补配的部位进行上色处理，使器物整体颜色及形态尽量和谐一致。图十一和图十二分别为西汉铁剑和东汉铁剑保护修复后的照片。
图十一 西汉铁剑（2797，M13:9）保护修复后
图十二 东汉铁剑（9017，AM3:3）保护修复后
剑格饰金是指在剑格“凹”字处与剑柄连接处采用黄金装饰。西汉铁剑金饰上这种由细密的小金珠在金器的装饰区域形成一定纹样或营造一定形式的表现手法，历来有很多称谓，如炸珠、金珠焊缀、焊珠、黄金细珠、黄金粟珠、细粒细工等，而古代不同时期、不同地域使用这种工艺的饰件，其金珠制作、连接的方法未必都是一样的[4]。齐东方在《中国早期金银工艺初论》一文中指出掐丝与金珠工艺在中国出现的时间约在公元前四世纪末，首先是在西北游牧民族地区流行，中原地区在西汉时才出现，东汉六朝时兴盛，特别用于首饰盒及其他饰件上[5]。陈洪波在《汉代海上丝绸之路出土金珠饰品的考古研究》一文中引用其他学者的观点，概括出金珠的成形方法，有吸珠、吹珠、炸珠、赶珠等几种方法。他指出广西合浦出土的带有金珠的金花球很可能是海上丝绸之路贸易的产物[6]。从类别上来说，金珠工艺多使用于饰件上，主要是用于日常服饰的装饰，到了隋唐时期，金珠工艺开始被使用在饮食器、宗教法器等物品的装饰上，极少被使用在兵器上。
西汉铁剑上的金饰采用金珠和金丝组合的方式构成所需花纹，先是把金捶打成厚约1毫米的薄片，再用细小的掐丝勾出轮廓，然后用金丝剪成小段，高温吹熔凝集成细密的小颗粒金珠后焊接在薄金片上。金珠直径为352微米，排列规整，金线直径为214微米，通过显微镜观察这些细节，无不令人震惊，体现了汉代高超的金属加工技艺。早在西汉，重庆丰都地区已出现镶嵌有采用炸珠工艺的黄金饰物的铁兵器。西汉铁剑与2008年广西合浦寮尾东汉三国14号墓出土1件铁剑相似度极高，广西合浦出土的铁剑剑格为青铜铸造，剑格把的一侧内凹处两面各镶嵌有一片金片，上面焊接细密的小颗粒金珠，金片长2.1厘米、宽0.4厘米，报告推测其金饰来源于印度的可能性较大[7]。重庆丰都地区剑格饰金类器物出土较少，东汉铁剑剑格饰金银镶嵌宝石更是难以找到相关参考资料，目前只找到一件私人收藏的类似器物，其次在1992年陕西宝鸡益门村2号墓出土的春秋晚期金柄铁剑上镶嵌有绿松石及料珠[8]，但明显规格较高。由于资料所限，重庆丰都地区剑格的金珠及金银镶嵌珠宝工艺的来源问题难以确断。但从重庆丰都的汇南墓群和二仙堡墓群这两个墓群的地理位置和出土器物和地理位置来看，与中原的联系更为密切。
剑格处于剑身与剑柄之间，为柄和刃的分界。汉式铁剑的铜剑格一般分为凹形和“一”字形，与青铜剑剑格形制大体相同。其最初的功能主要是避免持剑者的手在剑尖刺击到目标时因巨大的反作用力冲向剑刃导致受伤，因此剑格亦称为“护手”。其次，剑格还是阻拦剑身入鞘后继续前行的挡头，因此剑格又称为“剑挡”。关于汉代佩剑的研究论文比较多，钟少异在《汉式铁剑综论》中提到铜剑和铁剑的更替[9]。铜格铁剑是一种铜铁合制兵器，它出现在青铜时代晚期，是由青铜时代向铁器时代过渡的器物，在我国各个地区都发现过这种剑，西南地区出土的这类铁剑数量甚多。根据三峡地区东周至六朝铁器的考古发现和研究情况来看，西汉至东汉早期是三峡地区发展的鼎盛时期，这一阶段考古发现的铁器比其他任何一个时期都要多，三峡西部地区铁器的产生和使用主要受楚文化和秦文化的影响[10]。两件铁剑的剑格与秦楚等国的形制相近或相同。
由于铜铁双金属结构，再加上有金银两种不活泼金属存在，在大气条件下尤其是潮湿环境中，极容易发生原电池反应的大气腐蚀。陆寿麟通过对一件汉代金柄铁剑的技术处理探讨双金属结构的腐蚀问题与出土铁器的保护问题[11]。对这两件铁剑的保护，首先需要消除各种腐蚀因素，清除铁器表面的泥土附着物和疏松的锈蚀以减少吸湿性，采用0.5%的氢氧化钠溶液进行多次脱盐处理，减少可溶盐尤其是氯离子的影响；然后采用苯并三氮唑对铁剑进行必要的缓蚀处理，尽量减缓金属的腐蚀速度；最后在铁剑表面均匀地涂刷上丙烯酸树脂涂层，减少水分和空气的污染，降低水分和氧气到达阳极区，提高铁剑的耐腐蚀性。
参考文献：
[1][7] 广西文物考古研究所，合浦县博物馆，广西师范大学文旅学院. 广西合浦寮尾东汉三国墓发掘报告[J]. 考古学报，2012（4）：489-545.
[2] 四川省文物考古研究所，丰都县文管所. 丰都汇南墓群发掘报告重庆库区考古报告集1998卷[C].北京：科学出版社，2003：766.
[3] 重庆市文物局，重庆市移民局，丰都二仙堡墓地[M]. 北京：科学出版社，2016：150-151.
[4] 姚智辉. 河南宝丰小店唐墓出土金饰的金珠工艺研究[J]. 文物，2020（2）：91.
[5] 齐东方.中国早期金银工艺初论[J].文物季刊，1998（1）：65-71.
[6] 陈洪波. 汉代海上丝绸之路出土金珠饰品的考古研究[J]. 广西师范大学学报，2012（2）：133-127.
[8] 宝鸡市考古工作队，宝鸡市益门村二号春秋墓发掘简报[J]. 文物，1993（10）：1-14.
[9] 钟少异. 汉式铁剑综论，考古学报[J]. 1998（1）：35-60.
[10] 邹后曦，白九江.三峡地区东周至六朝铁器的考古发现及相关问题的初步探讨[J]. 江汉考古，2008（3）：55-66.
[11]陆寿麟，李化元，郭兴宽. 从汉代金柄铁剑的技术处理谈出土铁器的保护[J]. 故宫博物院院刊，2000（1）：86-89.
