铁质文物的腐蚀与防护

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1、铁质文物的腐蚀与防护许淳淳何海平转内、懈嗦藕坎摘要：(Y介绍了铁质文物的腐蚀机理j2竦毒对铁质文窃丽影响，概述了国内外铁质文物的保护方法和保护现状。‘)我国是世界上最早发明冶铁技术的国家，在春秋战国时期就已出现了由生铁制成的农具和兵器。由于铁器具有比青铜器更坚硬和更锋利的特点，因此，铁器出现后便逐渐的取代了青铜器，从而使人类社会跨入了先进的铁器时代。在自然环境中，铁器远比青铜器难于保存，因为铁的性质较活泼，化学稳定性比铜、铅等金属差，它极易被腐蚀，所以保存完好的铁器比青铜器要少得多。而在20世纪以前出现的铁器都是铸铁或者生铁，它们主要

2、用于制造日常用具和生产工具。这些铁器现在都已经成为文物，它们对我们研究20世纪以前的历史有很大的帮助。由于早期冶炼技术的限制，这些铁器自身结构不均匀、杂质较多、性质不稳定，更加容易腐蚀，所以要对它们进行保护。1铁质文物的腐蚀机理由于铁质文物经历的时间以及环境与一般的铁合金相差很大，所以有其自身的特点。影响铁器腐蚀的因素很多，既与冶炼过程中形成铁碳化合物的品种，包括铁器的组成所含的杂质有关，也与铁器的存放环境及表面受污染的程度有关。出土以前各个不同埋葬地点土壤的透气性、含水量、土壤的电阻抗、溶解离子的种类和数量、pH值、氧化还原电位、有

3、机质含量的状况、土壤粘土矿物质的类型和含量、以及微生物的活性等都会对铁器的腐蚀都有不同的影响。出土以后在敞开的大气环境中如果不及时清除铁器表面的污染物则影响将更大。铁质文物的腐蚀分为内因和外因。就其内因而言，是文物本身的化学组成，内部与表面的结构等，由此决定它的特性。外因是指文物周围环境对其寿命的影响。即文物所在的空间中，直接或间接影响文物寿命的各种自然因素的总和，如温度、湿度、光线、环境大气污染和地质污染等。1。1．1铁质文物腐蚀的内部因素古代的铁质文物大部分是灰口铸铁，铸铁是多相组织，普通铸铁金相组织主要由铁素体和石墨组成。灰口铸

4、铁中的石墨以网络状分布在铁素体的基体内，对于铁素体来说它是阴极，在一定的介质条件下发生铁的选择性腐蚀而遗留下一个多孔的石墨骨架，称为石墨化腐蚀。石墨化腐蚀常发生在盐水、矿水、土壤或极稀的酸性溶液介质中。石墨化腐蚀通常以低的速度进行，过程相当缓慢“1。铸铁的腐蚀速度与其表面形成的石墨化腐蚀残留物层厚度有密切关系“1。随腐蚀残留物层厚度增加，铸铁的腐蚀率先增加，然后减小，最后达到一个稳定值。这是因为腐蚀开始，少量的腐蚀产物和石墨一起作为腐蚀微电池的阴极，加速铸铁基体的腐蚀，腐蚀产物的增加，阴极面积增大，腐蚀速度增加。随腐蚀表面由石墨骨架和

5、腐蚀产物组成的残留物层的厚度增加，逐渐阻碍了铸铁基体与腐蚀介质的接触，抑制了腐蚀过程，降低了腐蚀速度。1．2铁质文物腐蚀的外部因素文物多存在于大气、土壤、海水(沉船事件遗留物)中，因此文物的腐蚀按介质不同主要可以分为大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀。1．2．1大气腐蚀金属在大气条件下发生腐蚀的现象称为大气腐蚀。大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种。长期处于户外的和存放在博物馆展览、仓库中的一些金属文物的腐蚀就是属于大气腐蚀。大气腐蚀是一种液膜下的电化学腐蚀，和浸在电解质溶液中的腐蚀有所不同。铁器在大气中比铁试样浸没在电解质溶液中更容易接触到氧

6、气。在大气中腐蚀的真正原因是湿度，当然温度、尘粒、盐类、腐蚀性气体等的影响也很大。文献[5]系统地介绍了湿度以及氧气、二氧化硫、二氧化氮、氯气等四种常见气体对铁质文物的影响。根据有关理论认为这种腐蚀的微电池作用的半径小，177阳极反应的腐蚀产物和阴极反应产物能够直接作用生成二次腐蚀产物m。如果二次腐蚀产物不溶于水，而且形成附着在铁器表面上的致密而完整的膜，则它能使基体金属与环境隔离开，阻碍去极化剂(如溶解氧等)的传播和扩散，从而降低腐蚀速度。如果二次腐蚀产物是可溶性物质或者易水解的物质，则它将对铁器腐蚀过程起到激活作用。I．2．2土壤

7、腐蚀铁质文物出土前的腐蚀属土壤腐蚀。土壤腐蚀是一种电化学腐蚀，土壤中含有水分、盐类和氧气及微生物等。大多数土壤是中性的，但有些是酸性腐殖土和沼泽土，PH值为3—6。大多数金属在土壤中的腐蚀是属于氧去极化腐蚀，只有在强酸性土壤中才发生氢去极化型的腐蚀。铁在潮湿土壤中阳极过程无明显阻碍，与溶液中的腐蚀相似。在干燥且透气性良好的土壤中，阳极过程因钝化或者离子化困难而产生很大的极化，此种情况与铁在大气中腐蚀的阳极行为相接近。由于腐蚀二次反应，不溶性腐蚀产物与土沾结形成紧密层，起到屏蔽作用。随时间增大，使腐蚀减小。铁质文物在土壤中的腐蚀可以分为

8、微电池和宏电池引起的引起的土壤腐蚀和土壤中微生物引起的腐蚀。1．2．3海水腐蚀随沉船沉于海底的铁质文物遭受严重的海水腐蚀。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，盐分中主要是NaCI，占总盐度的77．8％，因此海水腐蚀的特点