重庆市文物考古研究院学术交流会

专家讲坛（第5讲）

考古出土/出水铁器腐蚀状态监测与评估

 

2023年1月12日下午，重庆市文物考古研究院专家讲坛第五讲邀请的是广东省博物馆文物保护科技中心主任、研究馆员张欢，他在线分享了题为“考古出土/出水铁器腐蚀状态监测与评估”的学术讲座。

 

南澳Ⅰ号出水铁器文物的腐蚀现状（张欢 供图）

 

首先，张欢介绍了考古发掘出土/出水铁器文物的腐蚀现状。由于铁的性质比较活泼，铁器文物在发掘出土/出水后均出现比较严重的腐蚀，表现为体积膨胀，色泽、形状、密度和强度等发生变化。特别是南海Ⅰ号和南澳Ⅰ号中大量的铁器文物，出水后暴露于大气环境中发生了严重的腐蚀，肉眼可见铁器文物表面的凝结物、结晶状析出物等。针对上述问题，张欢先采用传统金属腐蚀监测与评估方法进行腐蚀状态监测，后建立了更直观且无损的以X-CT探测为主的金属腐蚀可视化表征和量化评估方法，并通过实验证明该方法的有效性和先进性。

 

古代铁器样品腐蚀监测前后形貌变化情况（张欢 供图）

 

传统的金属腐蚀监测与评估方法主要从锈蚀物形貌观测及描述、锈蚀物组成成分分析和腐蚀称重实验等三个方面展开。通过视频显微镜和扫描电子显微镜观察铁器断面的锈蚀情况和不同铁锈结晶的生长情况，并通过锈层厚度的变化来反映腐蚀程度；锈蚀物组成成分分析主要采用扫描电子显微镜和拉曼光谱的分析方法，可检测出样品中赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、针铁矿、四方纤铁矿等铁锈结晶；腐蚀称重实验以新鲜金属样片、预腐蚀模拟样片和考古样品为研究对象，设置恒温恒湿柜、恒温恒湿文物库房、24 h中央空调实验室和干燥器（空白对照）4个监测点，观察一年时间内锈蚀形貌的变化过程并记录样品的质量变化，并通过单位时间单位面积金属质量的变化来反映腐蚀速率。结果表明，现代样品在馆藏环境中的腐蚀速率普遍较低，但在出水文物的库房中，因受空气及降尘中氯化物等无机污染物的影响，铁器腐蚀速率相对较高，而古代样品在实验后均发生不同程度的腐蚀，导致铁器外观发生明显变化。

 

通过显微CT监测海洋出水铁条前后腐蚀状况（张欢 供图）

 

针对传统的腐蚀称重及形貌观察难以直观反应铁器锈层内部的腐蚀发展状况，张欢介绍了一种新的用于金属腐蚀可视化表征的分析方法——显微CT探测方法。通过观察XY、XZ和YZ三个方向残留铁芯与锈层裂痕的变化情况来评估海洋出水铁器和北方出土铁器样品的腐蚀发展状态，并可通过铁器内部的晶粒形态和夹杂物情况分析其制作工艺。金属腐蚀程度的量化评估通过腐蚀速率来表征，腐蚀速率是由X-CT同一断层腐蚀前后铁芯的面积变化率计算得出，通过对相同保存环境下出水铁条和出土铁钉的腐蚀监测，计算得出出水文物（铁条）残留金属的面积变化率大于出土文物（铁钉），与传统金属腐蚀监测与评估方法所得出的结论一致，XRD分析结果（出水铁条锈蚀物中含有危害极大的四方纤铁矿，而出土铁钉的锈蚀物较稳定）也进一步验证了X-CT的量化评估结果。这一基于X-CT探测的可视化表征和量化评估方法可用于其他考古出土/出水金属文物的腐蚀状态监测与评估。 

整理：赵文华      

（本文经张欢审定）