文物保護：金屬文物保護之鐵器文物（一）
2021-11-16
鐵器的發展史
我國是最早使用鐵器的國家，考古發掘資料顯示，在春秋戰國時期就已經出現了生鐵制成的農具和兵器。鐵器具有比青銅器更堅硬和更鋒利的特點，鐵器出現后便逐漸取代了青銅器，鐵器的出現是繼青銅之后我國文明發展又一次飛躍，極大地推動了社會生產力的發展和社會進步，標志著我國從此進人了一個新的歷史時期。因此，鐵器類文物具有重要的歷史價值，為我國歷史文化的研究提供了重要的佐證。然而，由于鐵元素本身是較活潑的金屬，易產生腐蝕，加上鐵器成分、結構及制作工藝，極易銹蝕甚至消失，所以，鐵器類文物保護是金屬類文物保護工作的重點和難點。常壓低氧氣調殺蟲系統
鐵器的腐蝕機理
鐵器文物大多是鐵和碳的合金，其主要成分為鐵，鐵的化學性質比較活潑，其結構多帶有微孔和腐蝕通道，鐵器表面不同的金屬組織及成分會引起化學腐蝕及電化學腐蝕，因此鐵器文物極易被銹蝕。
（1）化學腐蝕
鐵是活潑性金屬，極易受外界環境的影響，發生氧化腐蝕。在空氣、水分、硫化物和氯化物等相互作用下均易發生反應，產生一氧化亞鐵和氧化鐵主要成分的氧化膜。這類氧化物接觸水分，氧化鐵可立即與水發生反應，形成疏松多孔的銹層，使鐵器受到嚴重腐蝕。
此外，處于潮濕環境中的鐵器在硫化物和氯化物的作用下，容易發生反應。氯化鈉在濕潤環境中部分以鈉離子和氯離子的形式存在，鐵與分解出的氯離子發生化學反應，生成三氯化鐵。三氯化鐵繼續和水反應生成氫氧化鐵和鹽酸，在一定條件下，鹽酸又會和鐵進一步反應，循環往復，鐵器被完全腐蝕。鐵與硫化物發生反應生成黑色的硫化鐵，這類新物質的產生無疑對鐵器文物造成相當大的威脅。常壓低氧氣調殺蟲系統
（2）電化學腐蝕
鐵器文物除了極易與周圍物質發生化學反應，受到化學腐蝕之外，還會因其埋藏環境、保存環境中含有大量鹽和酸，在水的作用下自發產生一種電解質溶液，從而使鐵器文物產生電化學腐蝕。這種現象主要可以解釋為：鐵器文物所存在的環境若潮濕，其埋藏土壤中或多或少會存在一些鹽類、酸類的化學物質，鐵器在這種環境下表面形成原電池進行電解。常壓低氧氣調殺蟲系統
陽極：Fe→Fe2++2e-
陰極：O2+H2O+2e→2OH-
Fe2+和OH-直接生成二次腐蝕產物：
Fe2++2OH-→Fe(OH)2
鐵器文物的保護因素
鐵質文物極易受外界環境的影響發生腐蝕，我們從濕度、氧氣、Cl-、SO42-和空氣中污染物幾個方面來分析對鐵質文物銹蝕的影響。
濕度對鐵質文物腐蝕的影響
圖2 鐵質文物在空氣中腐蝕速度與相對濕度的關系
根據文獻數據，鐵的大氣腐蝕很難進行，相對濕度為30%時，數月后鐵器才開始腐蝕，而相對濕度為90%時，一天后鐵器便開始腐蝕。這說明相對濕度的大小對鐵器的腐蝕有重大影響。相對濕度處于60%以下時，腐蝕速度是很緩慢的，以化學反應為主；當達到臨界濕度（65%）以上時，腐蝕速度明顯加快，此時電化學反應與化學反應共同作用；而當相對濕度接近100%時，空氣中的水氣將在鐵器表面形成一層厚度＞1μm的水膜，該水膜的形成有效地阻止了氧氣的擴散，此時以純電化學腐蝕為主。由此可見，控制鐵器腐蝕需控制環境的相對濕度。常壓低氧氣調殺蟲系統
氧氣對鐵質文物銹蝕的影響
在一定濕度下，氧氣的存在會加速鐵器的腐蝕，當氧氣和水分子同時存在時，鐵質文物會發生電化學腐蝕；在中性或堿性溶液中，鐵的腐蝕為陽極溶解氧的反應，生成疏松的γ-FeOOH，γ-FeOOH不能形成附著力強、致密的保護膜；在含有Cl-和SO42-條件下，氧氣的濃度直接影響鐵的腐蝕速度。常壓低氧氣調殺蟲系統
Cl-、SO42-對鐵質文物銹蝕的影響
在Cl-的影響下生成β-FeOOH，其反應式為：
金屬表面一旦出現β-FeOOH，在有氧情況下，即使很少的Cl-，也會是鐵表面繼續腐蝕下去。β-FeOOH的有害作用在于它的晶?？v深方向伸長會導致金屬表面薄銹層變成碎片，當相對濕度升高時，銹層中微量的Cl-容易與潮濕環境β-FeOOH中OH-發生交換而溶出，導致鐵質文物發生循環腐蝕。常壓低氧氣調殺蟲系統
在SO42-的影響下生成α-FeOOH和γ-FeOOH，其反應式為：
空氣污染物對鐵質文物腐蝕的影響
空氣污染物也是影響鐵質文物保存的重要因素，主要包括粉塵和有害氣體。有害氣體在一定的濕度環境下，在鐵器表面有酸性氣體的情況下，可發生電化學反應，加速電化學腐蝕速度；氮氧化物在一定濕度環境下轉變成強硝酸，硝酸具有揮發性，引起鐵器的腐蝕，加速氧化過程；粉塵易吸收空氣中的水分和有害氣體，會在鐵器表面形成一層相對濕度較高的灰層，為有害氣體的腐蝕提供了條件，破壞鐵器的表面結構。常壓低氧氣調殺蟲系統
從以上影響鐵質文物銹蝕的因素可以看出，水和氧氣是引起鐵質文物腐蝕的重要因素，鐵質文物保護首先應強調“防氧”、“防水”；此外，隔離有害氣體、粉塵也至關重要。常壓低氧氣調殺蟲系統
CATHSE技術通過將文物與外部環境隔離形成文物儲藏小微環境，用以阻隔大氣中灰塵、溫度、濕度、有害生物、污染氣體和光照對文物的影響，將環境對文物損害降到最低，再通過對環境內氣體調控，創造出恒濕、潔凈、穩定、低氧的儲存環境，實現文物預防性保護。
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