金属文物锈蚀情况与分析检测

金属文物锈蚀情况与分析检测

许多古代物品明显被腐蚀产物所覆盖，它们可能是在铸造时生成的（例如产品被故意作锈），或者是物品被埋藏时或暴露于大气时生成的。许多关于腐蚀的文献都没有讨论古代金属中腐蚀结构的类型。金属通常经受了多种不同的腐蚀过程，结果生成由金属残余和矿化产物组成的复杂材料。通常,腐蚀过程最初在金属体内部和表面形成某种不溶产物的堆积。腐蚀产物是重要的信息载体；因为它们有可能是原始物品仅有的保存物。因此，在金相试验前不应该将腐蚀产物从表面清除。疏松的材料、土壤、以及土壤和矿化物的固结体则应该除去，因为在抛光过程中它们会不断丢失，从而产生严重的表面擦痕，不适于金相观测。遭腐蚀的样品一般与较坚固的试样使用相同的抛光方法，因此如果材料很脆，可以考虑在固定前真空注入低粘性的环氧树脂，或在真空下将整个试样固定在树脂里。  

在浸蚀试样前检测腐蚀产物的特征是很重要的，因为用于浸蚀金属表面的化学物质能与腐蚀物发生剧烈反应，甚至使其完全溶解。在常规的明视场反射光显微镜下观察，大多数腐蚀硬壳是灰色的。而用反射偏振光检测，能给出大量有价值的信息。在反射光光学显微镜里，偏光器通常置于光源室内，而且能被旋转，而分析对象被放在目视架前的特殊固定器里。通过调整一个或两个偏振元件，腐蚀产物的“真正”颜色常被揭示出来。这不仅有助于解释显微结构，还可以清晰的揭示结晶学和其他形态学方面的很多细节。

腐蚀产物可能假象地替代原先存在的金属结构。也就是说，金属的结构取向（如树枝状结构）被保留在取代它的腐蚀产物之中。这种情况的发生是因为取向附生？epitaxy)生长。用通常的说法是指在原来的晶体基底上按规则的定向生长。大多数古代发生的腐蚀过程属化学腐蚀（更确切地说是电化学反应），如果它们使得原先的结构信息能保留在腐蚀产物中。那么是化学外延附生生长（chemoepitaxy）的结果。化学外延附生生长是外延附生生长的一种情况。化学的外延生长可以定义为这样一种结晶生长过程，过程中原材料物质和其他物质的化学反应导致新的晶体相对于原材料的反应层有规律地定向生长。这种过程形成的反应层的例子是在金属晶粒内部和表面生长的赤铜矿（Cu₂O）。在银物品上生成的最初的Ag₂O薄膜也是这种过程的例子。

有价值的信息有时可以从被腐蚀的金属碎片得到；或者部分结构未被腐蚀而保存，或者原有的相被腐蚀产物所假象替代。附录B显示了在古代试样里发现的一些腐蚀类型。对被腐蚀的金属小碎片的金相试验可以提供判断有关金属制品是否是古董的证据。对于铜合金，晶间腐蚀、晶内腐蚀、被腐蚀的滑移线、孪生线或金属附近赤铜矿的存在等都是非常重要的判据。通过短时间人为腐蚀的方法极难产生紧密粘贴的赤铜矿层，也不可能伪造赤铜矿沿着晶体的选择面渗透，如沿孪生带或滑移线渗透。如果腐蚀过程还没有完全破坏金属的原始整体，依然保留着内外腐蚀层间的某些界面，那么这种不连续性可被认为保存了关于金属制品原始表面的信息。

被腐蚀的样品被固定抛光时，制备无划痕抛光面的难度是显而易见的。研磨剂颗粒常常埋入腐蚀产物之中。在抛光过程中这类颗粒会被移走，在金属表面产生划痕。长时间的抛光伴随间歇性的浸蚀，可以除去有污点材料，在丙酮或酒精池里超声清洗会产生较好的磨光效果。有一种危险是小试样的边缘会被磨圆，相对于被抛光的表面，部分腐蚀硬壳或金属成分的边缘会处于显微镜的聚焦面之外。腐蚀产物和金属基体的抛光硬度通常差别很大。因此，当检测腐蚀的样品时，表面立体效果是常见的。人们发现用钻石抛光比用氧化铝化合物抛光能更清晰地显示腐蚀产物的细节。

 图1 不同程度锈蚀的金属表面的示意图。

 A，锈蚀未改变金属物的形状。  B，锈蚀破坏了金属物的形状。  C，保存良好带绿銹的金属物。

• 上一条： 青铜、陶瓷器的无损检测分析技术 2022-01-19
• 下一条： 《田野发掘实习》 2022-03-08