鸦片战争博物馆馆藏明清铁炮保护修复技术

2016-11-05孙广平

客家文博 2016年2期

孙广平

鸦片战争博物馆馆藏明清铁炮保护修复技术

孙广平

鸦片战争博物馆馆藏铁炮184门，由于铁炮自身性质活泼、虎门环境湿热、多雨，铁炮出现不同程度的锈蚀情况。为了去除铁炮因锈蚀产生的表面病害，保留铁炮赋存的文物价值，从2010年起，鸦片战争博物馆与西北大学文化遗产学院建立合作关系，致力于馆藏铁炮的修复和保护工作。到目前为止，积累了丰富的铁炮保护经验，成功保护、修复了113门铁炮，并改善了保存环境，使其达到良好的保存状态。

铁炮保护腐蚀方案与修复保存环境

引言

鸦片战争博物馆馆藏铁炮184门，该批铁炮为今天的研究提供了科学、准确的历史信息，使我们对明清时期铁器铸造方法的研究有迹可循。同时，这些铁炮正是中国近代史上虎门销烟、抗击外侵的实物历史证据。它们不仅仅数量众多，种类多样，而且蕴含着丰富的价值，是中华民族抵御外侵的象征，也是中华爱国精神的体现。这些各式各样的铁炮见证了我国沿海海防文化，是中华民族生产、生活实践以及抵御外族侵略的象征，体现了文明发展的方方面面。另外，铁炮的形式种类又充分体现了虎门等沿海地区的特色，同时对于海内外文化的交流和传播具有重要的教育意义。

现今，由于铁炮自身性质活泼、虎门环境湿热、多雨等原因，许多露天环境、室内库房中的铁炮出现不同程度的锈蚀情况，这些锈蚀产生的病害表现种类多、程度高，其中如点蚀、孔洞、表面硬结物等病害不仅严重影响了铁炮的自身安全、遮挡铁炮本体表面信息，同时也不利于铁炮的保存。

为了去除铁炮因锈蚀产生的各种表面病害，展现铁炮表面信息，保留铁炮赋存的丰富价值，从2010年起，鸦片战争博物馆开始与西北大学文化遗产学院建立合作关系，致力于馆藏铁炮的修复和保护工作。5年来，双方精诚合作，形成了较为成熟的、科学的保护修复方法，积累了丰富的铁炮保护经验，成功保护、修复了馆内达113门铁炮，并改善了保存环境，使其达到良好的保存状态。

一、馆藏铁炮和保存环境概述

（一）馆藏铁炮情况

鸦片战争博物馆位于广东省东莞市虎门镇，是我国重要的展示中国近现代历史的博物馆之一。馆藏有大量明、清及民国时期战争时所制造、使用的铁炮。这些铁炮数量繁多，且种类多样。单从类型和用途分类，它们便可分为镇宅炮、舰载炮、船舷炮以及陆地海防炮等。据统计，鸦片战争博物馆馆藏铁炮数量多，有184门；品类全，明代崇祯铁炮、南明永历铁炮、清代铁炮从顺治至宣统均有收藏，按照类别上铁炮从海防炮、城防炮、船舷铁炮、国产炮、国外购买的铁炮、竹节形铁炮、弗朗机铁炮均有收藏。

（二）馆藏铁炮保存现状

经过对虎门鸦片战争博物馆馆藏多门铁炮的病害调查，统计发现铁炮的病害类型主要有以下几种：残缺、裂隙、层状剥离、孔洞、瘤状物、表面硬结物、通体矿化、点腐蚀、全面腐蚀。

1、残缺：残缺是指铁炮受物理和化学作用导致的基体缺失。

2、裂隙：裂隙是指铁炮表面或内部开裂形成的缝隙。

3、层状剥离：层状剥落是指铁炮因物理、化学和生物等因素造成表面覆盖物成片脱落。

4、孔洞：孔洞是指铁炮腐蚀形成的穿孔现象。

5、瘤状物：瘤状物是指铁炮局部隆起的块状物。

6、表面硬结物：表面硬结物是指铁质文物表面的硬质附着物，常覆盖铭文及花纹。

7、通体矿化：通体矿化是指铁质文物因腐蚀程度过重而导致器物整体矿化呈酥松发脆状态。

8、点腐蚀：在点或孔穴类的小面积上的腐蚀叫点腐蚀。这是一种高度局部的腐蚀形态，孔有大有小，一般孔表面直径等于或小于它的深度，小而深的孔可能使金属穿孔；孔蚀通常发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属。

9、全面腐蚀：腐蚀分布在整个铁炮表面上（包括较均匀的和不均匀的）。在全面腐蚀过程中，进行金属阳极溶解反应和物质还原反应的区域都很小（甚至是超显微的），阴、阳极区域的位置不固定，在腐蚀过程中随机变化，结果使腐蚀分布非常均匀，危害也相对小些。

（三）馆藏铁炮保存环境

虎门镇属亚热带季风气候，长夏无冬，日照充足，雨量充沛，温差小，季风明显，同时，虎门位于沿海、沿河地区，地区中空气含盐量大。据统计，虎门平均温度高于15℃，年均降雨量高于1600㎜，属于温度高、日照时间长、湿度高的地区。而铁器自身性质活泼，对于高温、空气中的水分十分敏感，而水汽、高温、盐分的交互影响是引起铁炮表面锈蚀、产生病害的主要诱因。

鸦片战争博物馆馆藏铁炮的保存环境主要有两种：室内库房（馆厅）保存、户外露天展出。其中，户外露天展出的铁炮体型较大，表面常年与外界环境接触、并遭受降雨的影响，病害主要表现为孔洞、大面积的层状剥离和锈蚀；而在库房、展厅保存的铁炮受到环境影响相对较低，但是虽无降雨、强风影响，室内环境中的温湿度仍然较高，不利于铁炮的保存，这些室内保存铁炮的主要病害为点状锈蚀和表面硬结物。

总而言之，虎门鸦片战争博物馆位于高温、高湿、含盐空气的环境中，室内、露天中铁炮均受到环境的影响和危害。该馆所处环境不利于铁炮的展陈和保存，应对铁炮进行科学、系统的保护加固和修复工作。

二、科学保护修复方案的设计和实施

根据鸦片战争博物馆馆藏铁炮的锈蚀及病害情况，同时，根据《中华人民共和国文物保护法》《中华人民共和国文物保护法实施细则》、WW/T0010—2008《馆藏金属文物保护修复档案记录规范》等政策法规文件，结合虎门鸦片战争博物馆馆藏铁质文物的实际状况，在做好前提研究的基础上，针对不同的铁质文物病害选用不同的修复材料、采取不同的修复工艺及保护措施。

除依照上述基本原则和法规，需遵循“最小干预原则”“可持续保护原则”“协调及可辨识原则”的思路，并按照“使用的所有材料及工艺必须经过试验和研究，证明对文物是有效的、基本无害的”要求进行修复。

经过文献资料的查阅和前期实验，最终设计出了一套针对性强的、全面的铁炮保护修复方案，并在实际保护中不断地完善。最终的保护修复方案包括以下几个步骤：表面除锈、脱盐处理、表面缓蚀、表面封护。

（一）表面除锈

铁器的腐蚀产物一般有两大类：一类是结构紧密、坚硬、稳定的锈蚀成分，例如Fe3O4等，它们性质稳定，不水解；第二类是含有水分和Cl-的锈蚀产物，其结构疏松，易于吸收水分，在酸性、碱性和一定湿度条件下使铁器继续发生化学腐蚀和电化学腐蚀，导致铁器损坏。但是无论哪种锈蚀成分，都会对铁器的外观有所影响，若不清除则可能会进一步腐蚀铁器本体，因此对铁器表面锈蚀的去除是十分必要的。对虎门鸦片战争博物馆馆藏铁炮的除锈应选择机械除锈和喷砂除锈结合的方法。

机械除锈，对表面浮锈或与铁器本体结合较疏松的锈体，利用物理机械接触摩擦的原理，采用手术刀、手持打磨机等小型手工工具清除。这种方法能较为彻底的去除铁器表面浮锈。

喷砂除锈则针对难以机械去除的锈蚀。根据对喷砂磨料的研究，选择小型循环回收喷砂机，以及出口压力（4kg/cm2）、喷嘴口径（4mm）的喷砂环境。喷砂磨料选择塑料砂（30-60目）。

（二）脱盐处理

脱盐处理对于铁器保护来说是至关重要的步骤。而脱盐处理的主要对象就是氯离子。如不尽可能多的脱去铁器中的氯离子，即使对铁器表面进行缓蚀和封护，环境中的水气和氧气也极易与铁器中的氯离子发生反应，导致铁器腐蚀的持续发生，使得对其表面的缓蚀和封护作用甚微。

由于虎门鸦片战争博物馆的铁质文物分布在户外环境和库房室内环境中保存。因此，针对不同环境中的铁质文物，设计了不同的脱盐方法。

针对库房、展厅保存的小型铁炮，采用的是电泳除盐方法，即建造点泳池，将铁炮放置于电泳液中进行除盐处理；虎门鸦片战争博物馆室外环境保存的铁质文物较多，体型较大，据前期实验和保护实践，设计纸浆涂敷脱盐法处理，即在铁炮表面贴敷浸泡有电解质的纸浆，利用其吸附作用完成除盐处理。

（三）表面缓蚀

缓蚀处理在除盐工艺之后，旨在去除铁炮表面锈蚀、置换铁炮内部Cl-离子后，将铁炮表面钝化、缓蚀，减少、降低铁炮表面再次发生锈蚀的可能。对铁炮的缓蚀处理主要采取涂刷工艺，由于现场保护时发现单宁酸与铁基体极易形成络合物，反应迅速，因此体型较小的铁炮涂刷一次即可，体型较大的铁炮厚度较厚，因此选择2-3次涂刷。缓蚀材料选择单宁酸（5mmol/L）+硅酸钠（10mmol/L）+磷酸二氢锌（0.05mmol/L）+乙醇胺（3mol/L）。

（四）表面封护

铁的化学稳定性差，容易腐蚀。一旦铁器发掘出土，并且放置于空气中它们则将进一步受到环境的侵蚀。环境中的水汽、盐分、酸、灰尘以及有害含量都会发动或者促使发动铁器表面开始腐蚀。因此，对铁器的保护包括表面除锈、脱盐、缓蚀后，必须进行表面的封护处理。通过使用封护材料，铁器本体可形成一个相对稳定的微环境，在基体表面形成的防护膜能防止铁质文物继续受到环境中各种有害物质的干扰。封护材料的选择需满足许多标准，如可再处理、基本透明、无眩光、耐老化性好、防腐蚀能力强、防水性好等，最终选择有机材料PB72的乙酸乙酯溶液作为封护材料。

以上保护修复方案经过多年的修正与实施，已完成鸦片战争博物馆馆藏113门铁炮的保护处理。目前该方法已趋近成熟，已经形成集教育、科研、保护为一体的科学化进程。

三、保护材料、工艺的试验尝试及应用实例

（一）保护材料、工艺的试验尝试

1、缓蚀实验的尝试

缓蚀材料即缓蚀剂，它是一种当以适当的浓度和形式存在于环境（介质）时，可以防止或减缓器物腐蚀的化学物质或复合物。铁器发生钝化的原因是在进行阳极电化学腐蚀过程中生成了一层具有完整连续的不溶性氧化物的钝化膜而使得阳极点位升高，起到了阳极极化的作用，阻断了电化学反应的进程，这样铁几乎处于完全稳定的状态，腐蚀速率趋近于零，钝化膜的溶解和修复达到平衡。

单宁酸不是单一的化合物，而是一种多酚混合物，化学成分比较复杂，存在于橡树、漆树等多种树木的树皮和果实中。其中可水解单宁是常用单宁，分子量为500～3000，其分子中具有酯键，可在酸或碱的作用下分解为没食子酸以及系列物和糖类。单宁酸分子中由于含有一定量的双酚或三酚基团，因此对金属表面保护具有非常重要的作用。

单宁酸在具有良好缓蚀效果的同时可能存在改变被缓蚀文物表面颜色的缺陷。因此，选择两种具体配比在铁炮表面作缓蚀实验，将颜色变化程度作为重要考察标准之一。

表1 两种配比缓蚀实验结果对比

根据在铁炮表面的缓蚀实验，选择配方二（单宁酸（5mmol/L）+硅酸钠（10mmol/L）+磷酸二氢锌（0.05mmol/L）+乙醇胺（3mol/L））作为虎门鸦片战争博物馆馆藏铁炮的缓蚀剂。

2、封护实验的尝试

经过文献查阅以及前期实验研究，最后确定四种具体的封护材料作为鸦片战争博物馆馆藏铁器文物封护实验的对象。四种具体材料分别为：3%B72的乙酸乙酯溶液、工业纯聚全氟乙丙烯浓缩液（固含量50%的液化六氟丙烯分散液）、微晶石蜡以及3%B72+1%微晶石蜡的乙酸乙酯溶液。

四种材料中，3%B72、聚全氟乙丙烯浓缩液、3%B72+1%微晶石蜡这三种材料为溶液型，采用表面多次涂刷的方式作为表面封护方式；而微晶石蜡为固体，采用高温将其熔化后，将封护对象浸没后冷却的方式作为表面封护方式。

选择铁炮弹作为实验对象，选择室内库房、露天环境作为老化环境，检测老化周期后铁炮弹表面的锈蚀情况、吸水率、憎水性、质量变化程度，以检测不同封护材料、工艺的实际封护效果。

实验结果证明，对于小型、室内环境保存的铁炮，适宜用3%B72+1%微晶石蜡的乙酸乙酯溶液进行封护处理；对于大型、露天环境保存的铁炮，适宜用3%B72的乙酸乙酯溶液进行封护处理。这种封护使得铁炮表面与环境有了较好的隔离效果，有效地防止空气中的水汽、盐分与铁炮接触，以降低铁炮再次锈蚀的可能。

（二）铁炮保护修复工程实例

由于户外保存于沙角炮台的大型阿姆斯特朗铁炮病害情况典型、且病害程度较为严重，因此将对其的完整的保护修复过程作为本工程的一个典型实例。

1、阿姆斯特朗铁炮保存概况

此门铁炮户外保存于沙角炮台的沿江炮洞中，体型较大，保存状况较差。这门铁炮表面布满锈蚀，且铁炮炮管上部覆盖有大量厚硬的表面硬结物。铁炮表面的信息基本被覆盖，同时铁炮的保存情况堪忧。另外，此门阿姆斯特朗铁炮所保存的炮洞狭长，且一边临江，炮洞常年温暖潮湿，夏季时更存在结露现象，因此，此门阿姆斯特朗铁炮亟需保护。

2、表面除锈清理

采用机械摩擦除锈与喷砂除锈相结合的方法对该炮进行表面除锈处理，其中机械摩擦法主要针对于铁炮表面较大、较易处理的区域；而铁炮表面的角落、内部等难以触及的区域则采取喷砂除锈法对铁炮表面锈蚀、表面硬结物等去除。

3、除盐处理

对此门炮的除盐处理方法选择纸浆涂敷除盐法。一次脱盐措施的具体操作为：配比复配纸浆材料（V膨润土：V面粉：V木浆纸=2:1:1），搅拌纸浆使其适合于铁炮表面的涂敷脱盐要求，进行纸浆涂敷脱盐，待纸浆干裂后剥去。本门炮长期处于潮湿、温暖的环境中，除盐时发现铁炮内部所含盐分较多，因此选择对铁炮炮身与支架部位进行2次脱盐，而炮管部位则进行3次除盐。

4、缓蚀处理

选择3%的单宁酸水溶液对脱盐处理后的铁炮表面进行缓蚀处理。处理方式以涂刷为主。由于部分区域铁炮的本体区域较厚，因此对这些区域进行多次涂刷单宁酸溶液，以确保对铁炮表面起到缓蚀作用。

5、表面封护处理

对缓蚀处理后的该门铁炮进行表面封护处理。选择的表面封护材料为3%的B72乙酸乙酯溶液，封护处理方法也是涂刷为主。与选择有机硅树脂作为封护材料相比，用B72材料表面封护前需对待封护区域进行加热处理，使得被涂刷在铁炮表面的B72材料尽量干燥，以保证铁炮表面能有较好的封护处理。

6、铁炮保护处理前后对比

四、铁炮保存环境的“监”与“控”

任何文物在不适宜的环境中保存，其稳定、健康的状态都极易受到影响，因此，保存环境的监控对维持文物的健康保存是至关重要的。

铁质文物化学稳定性差。需要在保护过程进行中、结束后进行保护、保存环境监控，控制环境中对铁炮有影响的因素（温湿度、酸性气体、粉尘等），尽量减少这些环境因素与铁炮的接触。只有“环境友好”时才能保证铁炮在平日保存、养护中的安全和稳定性。同时，保存环境监测也对铁炮的合理、科学保护提供了条件支持。

（一）室内环境

室内环境（博物馆展厅、库房）的环境相对容易监控，使用恒温恒湿机组即可达到要求。对存放铁炮的室内环境要求见下表：

表2室内保存环境项目建议表

（二）室外环境

露天环境的成分复杂，且多变，很大程度的影响着铁炮的保存。

1、室外环境的“监”

室外环境的检测目前主要通过人力完成，即对于每门户外环境中的铁炮进行定点、定时的测量，测量范围主要限于温度、相对湿度以及光照度等。这种监测形式误差大、监测项目不全面、监测数据不连续，是比较粗糙的监测方式。

我们主张将无线传感器网络监测系统引入户外环境的监测中。无线传感系统导入监测项目，而每门铁炮放置的监测终端将实时的监测数据导入系统。如此，投入更少的人力物力就可以在显示端实时的监测不同区域不同铁炮的环境状况。

下表是建议的室外环境监测项目：

表3 室外保存环境项目建议表

2、室外环境的“控”

室外环境的光照、温度、降雨、空气降尘等都很难实现控制。目前对室外环境的“控制”主要停留在对铁炮体表水分的控制上，还在理念阶段。

铁炮表面会由于温度过低或降雨集结或生成水滴，长期、反复的结露现象可能再次诱发铁炮表面的锈蚀。去除铁炮表面水汽的方式可以通过对铁炮通体加温的方式实现。

控制系统由终端与主机组成。终端可以设计成隐盖在户外铁炮炮台下的太阳能电池系统；而主机可以有两个部分组成：无线环境监测系统以及智能控温系统。升温过程由下列步骤组成：首先，同样利用无线环境监测系统监测室外的温度，当温度降到露点温度以下时，向智能控温系统发出信号；控温系统将升温信号传递到终端；终端太阳能电池得到信号，通过导线向铁炮表面传递微电流，通过电流的方式对铁炮表面升温；温度提升超过空气的露点温度，信号再次传递到无线环境监测系统；无线监测系统将信号传递给智能控温系统；控温系统得到信号，终止终端的加热系统。这种智能系统的设计虽然较昂贵，但是它可以实时的通过升温的方式防止铁炮表面水汽、水滴的形成。