浅谈古代青铜器的阴极保护

徐琢洋（黑龙江省博物馆，黑龙江 哈尔滨 150001）

在中国文化的珍贵遗产中，青铜器文物蕴含丰富的历史和文化内涵，是难得的珍品，其价值不可估量。在这种情况下，青铜器的保护就变得非常重要，然而，由于青铜器的主要成分是铜，很容易受外界潮湿、酸雨等环境因素的影响。在现代社会发展过程中，许多青铜文物都会受到不同程度的腐蚀。为了确保这些珍贵文物得到充分的保护，我们必须深入研究并采用恰当的方法对其进行保护。本文旨在探讨古代青铜器的阴极保护策略，以期为文物保护提供有益的借鉴和指引。

一、青铜器的物质属性

青铜器是古代中国一种重要的器物类型，它是由铜和锡的合金构成。铜本身较为柔软，但通过添加锡这种硬度较高的金属，可以显著提高青铜器的硬度和耐磨性，可以让青铜器在使用过程中不易变形、磨损或断裂，能够长时间保持良好的形态和功能。同时铜也是优秀的导热和导电材料，这使得青铜器能够快速均匀地传递热量或电流，因此在古代青铜器除了在兵器、乐器等领域有所使用外还适用于古代的烹饪用具上。铜在青铜器中的质量分数一般在80%以上，锡的质量分数则在10%左右。为了增强青铜器的流动性和铸造性，可能还会在其制作过程中添加微量的铅元素。除此之外，在某些特定的青铜器中可能会出现一些铁、金等金属元素，但这些金属含量相对较少。这些特殊的构件组合，赋予了青铜器独特的外观和特征，也使青铜器成为珍贵的文化遗产。对青铜器的物质属性进行深入探究，能让我们更好地维护我们所需要保护的青铜器。

二、青铜器的腐蚀与保护

青铜器受到腐蚀的主要原因是因为铜合金与外界环境中的氧气、水分、酸性物质等发生化学反应而造成的损伤。虽然青铜器具有较好的耐腐蚀性，但长期暴露在恶劣环境中或未得到充分保护，仍可能遭受腐蚀的影响。铜合金表面与空气接触，会形成铜化合物层。这层化合物常见的有深棕色和绿色的铜化合物（CuO）。它们在一定程度上可以保护铜合金内部的金属不被进一步腐蚀，但如果化合物层被破坏，铜合金就会进一步接触环境中的空气，导致腐蚀加剧。腐蚀产生的锈斑、斑点和水痕会破坏青铜器的光泽及美感，过度腐蚀会导致青铜器上的铭文变得模糊不清，可能还会导致青铜器表面产生凹凸不平的痕迹，并且腐蚀作用会逐渐破坏青铜器的金属结构，使其变得松散、脆弱甚至破损。特别是在细节部分和连接处，腐蚀可能导致金属的腐蚀物聚集，进一步加剧结构的脆弱性。在这种腐蚀情况下如果不及时采取保护和修复措施，青铜器的结构完整性可能会受到严重损害，使后人无法欣赏。

为了减少腐蚀对青铜器文物造成的损害，在遵循青铜器文物保护原则的基础上，我们可以采用以下几种措施以防止青铜器持续受到侵害。

（一）除锈

阴极保护法是一种利用金属还原剂锌、铝以及氢氧化钠电解质溶液对青铜器文物局部表面的腐蚀物进行处理的方法。其核心思想是利用电化学反应来防止和减少金属的锈蚀。具体来说，将锈蚀物体（即需要除锈的金属）作为阴极，将一个外部电源连接到锈蚀物体和阳极（一般选用较不容易腐蚀的金属）上，通过电流的作用，让阳极上的金属释放电子，然后在锈蚀物体上形成一层保护性的电荷，从而减少或防止进一步的锈蚀。这种方法的关键在于将锈蚀物体设为阴极。通过电流的传导，阳极上的金属将逐渐溶解，并形成一种保护性物质，覆盖在锈蚀物体的表面，从而减少氧气和水分对金属的进一步侵蚀。这就相当于在金属表面上形成了一层保护膜，防止了锈蚀的发生。阴极保护法除锈有多种应用场景。例如在海洋工程中，经常使用阴极保护法来保护船舶和海洋设施的金属部件不受海水的侵蚀；在管道工程中，也可以利用阴极保护法来保护管道内壁不受腐蚀物的影响。

这种方法相比传统的物理或化学除锈方法有一些优势。阴极保护法不会对锈蚀物体进行机械性的破坏，因此可以延长金属件的使用寿命；同时，利用电流来形成保护膜，可以将阴极保护法应用于大面积或难以处理的金属部件上。化学除锈的法常用的分别是倍半碳酸钠法、过氧化氢法和氧化银局部封闭法。其中，倍半碳酸钠法是通过使用碳酸根来替换青铜器表面所含的氯离子。过氧化氢法可以去除青铜器表面氯化物，比较适用于浮于器物表面有害锈的治理。氧化银局部封闭法主要指借助氧化银将青铜器文物表面的氯化亚铜封闭起来，减缓腐蚀蔓延的速度。

（二）缓冲剂保护

这一全新的青铜器文物保护方式，汲取了石油化工领域缓冲剂应用的灵感，成为一种极具前瞻性的保护手段。其具体原理是通过缓冲剂与青铜文物之间的化学反应，减慢缓蚀作用发生的速度，进而实现青铜文物表面防腐防护的目的。由于该保护方法不能彻底地去除或防止青铜器文物表面腐蚀物，在青铜器文物腐蚀治理及维护的实际过程中，我们仍需要结合除锈保护方法，通过物理或者化学除锈后施加缓冲剂保护文物表面，才能取得较为理想的文物保护效果，并为历史文物的研究工作提供更有利的条件。

三、阴极保护法机制

阴极保护法被广泛应用于金属结构、管道、船舶等领域。随着现代科学技术的发展，阴极保护技术也实现了进步，在金属文物上已成为一项重要的防腐措施。主要是利用阴极反应原理，通过施加外部电流或提供阴极材料，使被保护金属的电位维持在较低水平，从而有效地减少或消除腐蚀反应。针对阴极保护措施，我们通常可以采用牺牲阳极的方式或者使用外加电流的方式。

（一）牺牲阳极的阴极保护法

被腐蚀的青铜器

牺牲阳极保护阴极是一种广泛采用的方法，在我国古代就有了用金属箔包裹电极的防腐技术。这种方法是利用电化学作用对金属表面进行保护。让一种相对易受腐蚀的金属（即阳极）与所要保护的金属（即阴极）进行接触，以使阳极优先发生腐蚀，从而有效地保护阴极免受腐蚀之害。

阳极具有较低的电位，相对于被保护的金属而言，更容易发生氧化和腐蚀反应。因此，当电解质中存在会引起腐蚀的物质，如氧、水等，阳极会先发生腐蚀，释放电子和正离子。这些电子流会通过电解质传递到被保护金属（阴极），在阴极上发生还原反应，阻止或减缓了被保护金属的腐蚀。通过牺牲阳极保护法，即使被保护金属表面出现了局部损伤，也可以通过阳极提供的电流使其形成稳定的电极电势，从而有效地保护金属免受腐蚀。这种保护方式能够被用于对考古现场发掘物的保护，也能够在馆藏青铜器上应用。

（二）外加电流的阴极保护法

外加电流的阴极保护法是使被保护的金属和电源负极之间处于连通状态，同时采用惰性电极作为阳极，只要施加足够电势就可以使腐蚀得到抑制。

这种方式也可以运用于馆藏青铜器的保护，但需考虑一系列条件：（1）被保护的青铜器须保存在连续的电解质环境中。（2）青铜器处于电解质环境下，易发生极化。（3）为了确保青铜器与阳极及电解质之间的电导性，必须建立一条电导回路。所以，实现阴极保护的关键在于确保青铜器表面形成一层连续存在的电解质，这是当前需要特别关注的问题。

当然，在一些青铜器表面可能已经存在一层连续电解质，这是因为青铜器长时间暴露在空气中，与大气中的CO、HO、SO和HS等物质发生反应，产生气相电解质膜。青铜器一旦获得这层电解质，就能够挑选适宜的阳极材料和其关联，从而构成对青铜器的阴极保护。

四、对青铜器保护的反思

在保护青铜器时，除锈防腐是经常会用到的手段，它可以去除青铜器上的有害锈，延长青铜器的寿命，减缓腐蚀的进程。然而，我们也要在对其保护的过程中进行更深刻的反思，以确保措施的有效性和可持续性。

第一点，阴极保护法是一种通过电化学反应减少金属锈蚀的方法，对一些金属物体的保护效果确实显著。然而，当涉及文物或古代艺术品，如青铜器时，我们必须慎重考虑是否将阴极保护法应用于其保护中。因为对于文物，我们不仅希望保护它们的表面免受进一步腐蚀，还要维护其历史、艺术和文化价值。

保护修复后的青铜器

第二点，在对青铜器进行保护的过程中，我们也需要针对保护措施对青铜器日后产生的影响进行分析。例如阴极保护法一般来讲虽然能够为青铜器提供所需要的保护，但是同样也需要考虑外部电流在对青铜器保护产生积极作用的同时存在的负面影响。未来相关研究人员需要从更为详尽的层面对其进行研究并展开深入的实验，同时可通过多种方式认识这些保护措施对青铜器材质、性质上产生的影响，这样能够有效地避免所应用的保护措施对于青铜器产生无法逆转的损害。

五、结束语

本文所研究的阴极保护策略在实际运用过程中可能还会面临一定的局限性或是锈蚀去除不够全面等问题。相关技术人员应该在实施这一技术的同时综合运用多种保护方法和原则，以实现对青铜器的全面、有效和可持续的保护。随着科技的不断发展，我们有理由相信，未来会出现更加先进和有效的保护方法，为古代青铜器的保护工作提供更多可能性。