摘 要：文章通過科學儀器對出土漢代鐵劍進行分析，得到鐵劍的不同銹蝕成分、X光照片以及劍鞘的殘留狀況，從微觀視角拓展了人們對漢代鐵劍的認識。

關鍵詞：漢代鐵劍；儀器分析；微觀視角

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.15.008

1 器物簡介

鐵的化學性質(zhì)非常為活潑，容易產(chǎn)生氧化銹蝕現(xiàn)象。因此，鐵器相較于青銅、銀器和金器等金屬文物，更加難以保存下來。尤其是墓葬和遺址中出土的鐵器，銹蝕現(xiàn)象更加嚴重，有些鐵基體較薄的鐵質(zhì)文物，如鐵劍、鐵刀、鐵錛、鐵削等，其基體甚至腐蝕殆盡，僅留下一層“鐵渣”。而且，由于考古出土的鐵器大多數(shù)為兵器、生產(chǎn)生活用品，級別一般不高，重視程度也不如其他金屬文物①。所以，無論是館藏鐵器還是民間收藏，人們對鐵器的鑒定和鑒賞都不夠充分和深入。

本文分析的兩件鐵劍（圖1、圖2）2021年5月出土安徽省天長市六里墩漢墓群，該墓群位于天長市天康大道東段南側(cè)（原天長康達醫(yī)療器械集團廠區(qū)），臺墩形地貌，相對高度約1.5米，占地面積約9000平方米，墩上原有廠房類建筑。該墓地因房地產(chǎn)開發(fā)被發(fā)現(xiàn)，2021年5月至6月，對該墓群進行了勘探，勘探發(fā)現(xiàn)墓葬31座，包括豎穴土坑墓26座、磚室墓5座。墓葬年代自西漢早期延續(xù)至東漢時期，墓葬形制和隨葬器物與天長三角圩漢墓以及江蘇盱眙等地漢墓基本一致。出土的青銅鏡、漆木器等隨葬品和葬具種類豐富，制作精美，保存完好。其中共計出土10件鐵器，主要以兵器為主，器型有兩種，即鐵劍和環(huán)首鐵刀，出土位置均位于內(nèi)棺之中。

鐵劍1通長73.5厘米，劍身長71.5厘米，刃最寬處2.9厘米，劍格寬4.6厘米，刃厚0.7厘米，重量303.1克。表面銹跡嚴重，中部腐蝕尤甚，劍莖殘缺。根據(jù)鐘少異先生對漢式鐵劍的劃分，該劍為A型Ⅱ式，扁莖折肩鐵劍，形制的主要特點是莖作扁條形，莖與刃身基部呈直角（或略大于直角的鈍角）相交，故稱“折肩”②。劍格為“凹”型，俯視則為“菱形”③。

鐵劍2通長98.3厘米，劍身長86.4厘米，刃最寬處3.3厘米，刃厚0.9厘米，劍莖（略殘）長12厘米。該劍也為A型Ⅱ式，劍格與鐵劍1類似，為“凹”型劍格。

2 儀器分析和結(jié)果

2.1 X光透射

X光具有很強的穿透能力，通過物質(zhì)時其強度會衰減。據(jù)此原理，用X光照射鐵器，可以反映鐵器表層的形貌、銹蝕程度、裂隙等狀況④。因為X光可以透過淺層銹，但難以透過鐵質(zhì)基體，可以得到基體殘損的真實情況以及銹層下的鐵器表面紋飾或銘文情況。用X光（設備型號DigiEye680）照射鐵劍，得到X光圖像（圖3～圖5）。X光透射照片顯示，鐵劍1為素面，無紋飾或銘文，劍格保存較好，只存在較淺的銹層。劍刃的中部和劍尖處腐蝕嚴重，尤其是劍尖部位，鐵質(zhì)基體僅殘存少許。劍身表面銹蝕嚴重，布滿大小不一的腐蝕孔洞和裂隙，尤其是劍刃部分已經(jīng)完全腐蝕。這種銹層的形成和鐵質(zhì)基體的腐蝕情況，需要較長的地下埋藏時間。

2.2 超景深顯微鏡

通常的光學顯微鏡的成像系統(tǒng)的景深范圍是有限的，而具備超景深功能的體視顯微鏡可以實現(xiàn)在整個變焦范圍內(nèi)都能夠得到清晰的圖像⑤。本研究采用VHX-6000型（日本基恩士）超景深顯微鏡進行表面觀察。

2.2.1 劍鞘的微觀觀察

從圖6殘留漆皮及圖7中的木胎來看，這兩把鐵劍原先應具有劍鞘。圖7是鐵劍2劍身殘留的一點木胎，從其紋理來看，可能是紋理較直的一類木材。這種木胎麻布漆皮在漢代的劍具制作中較為常見。劍鞘木胎一般選用重量較輕、質(zhì)地較軟、紋理較直的杉木，杉木不易變形，也易于取材。杉木也較為耐腐蝕，考古出土的以杉木做胎的漆木器是不容易失水變形的一類木質(zhì)文物。木材經(jīng)年陰干干燥，加工成木板，再經(jīng)過修形，刮削修平等一系列步驟制成劍鞘內(nèi)胎。木質(zhì)內(nèi)胎修整完成后，再用生漆調(diào)制瓦灰，均勻地涂在木質(zhì)胎體上，進行刮灰打磨，主要是把木胎表面的缺陷修整平齊，便于下一步裹絲髹漆。圖6中的顯微照片顯示出紡織品的殘留和一片黑色漆皮，就目前出土較完整的漢代劍鞘來看，幾乎所有劍鞘都使用了裹布，如?；韬顫h墓出土的玉具劍與南越王墓出土的劍器，包裹織物成分有絹、絲、麻布一類，此工藝與刮灰一道，俗稱為“裹麻批灰”，使用此工藝的漆器可以增加其強度與耐用度⑥。裹麻批灰后，再調(diào)制大漆進行髹漆、陰干、打磨，再髹漆陰干打磨，反復多次，直至漆面光滑平整。圖6中殘留的劍鞘漆皮，漆面平整，呈黑色。圖6和圖7中殘留的麻胎漆皮和木材，雖然較少，但是在微觀尺度下仍然是可觀測的，彌補了肉眼難以分辨的信息，為這兩把鐵劍的原先狀況提供了必要的信息。

2.2.2 劍格的微觀觀察

圖8是鐵劍2的劍格。劍格的中部頂角出現(xiàn)了自然磨損痕跡，這種痕跡在痕跡學中屬于擦劃痕跡。擦劃痕跡的形成機理較為復雜，一般是在兩客體相對運動過程中形成，在這個過程中涉及造痕客體與承痕客體以及形成擦劃痕跡的力。圖8中的劍格是承痕客體，而其他物體是造痕客體。在形成擦劃痕跡的過程中，承痕客體在外力的作用下發(fā)生形變，當外力大于承痕客體本身的屈服應力極限，那么被造痕客體劃動過的地方就會有輕微的線條狀痕跡⑦。這類擦劃痕跡在文物中是常見的一種痕跡，如玉器、銅器、木器等文物的觀察研究中，常有類似的痕跡出現(xiàn)。這類痕跡肉眼不好分辨，需要借助顯微鏡觀察。圖8顯微照片中的磨痕是自然形成的，是鐵劍在長期使用中形成的，而不是制作過程中的打磨痕跡。這種自然形成的擦劃痕跡即磨痕，往往形狀不一，有的呈現(xiàn)粗細不一、長短不一、深淺不一的線條狀，有的形成不規(guī)則的、面積不等、深淺不等的淺坑。圖8中的位置是劍格較為突出的部位，非常容易與其他造痕客體產(chǎn)生擦劃現(xiàn)象。這種自然磨損的痕跡肉眼較難觀察，尤其是較為堅硬的物體，痕跡往往較淺，用顯微鏡進行微觀觀察，可以觀察得更為清楚。

2.3 XRD分析

XRD是指X射線衍射分析，常用來分析銹蝕產(chǎn)物成分。本研究采用的儀器型號為Smartlab 9KW型（日本）。在鐵劍1的5個不同位置取樣（粉末），分別取不同顏色和狀態(tài)的銹，研磨成細粉后上機進行分析，測試結(jié)果如表1所示。

從XRD的分析結(jié)果來看，鐵銹表面的銹蝕化合物主要包括菱鐵礦FeCO3、赤鐵礦Fe2O3、針鐵礦α-FeOOH、硫鐵礦FeS2、磁鐵礦Fe3O4五種。石英SiO2可能是銹蝕產(chǎn)物夾雜的土壤帶入的。這五種化合物的不同搭配和構成使銹蝕產(chǎn)物呈現(xiàn)不同的顏色，如含有赤鐵礦的樣品顏色會偏紅，含有磁鐵礦的樣品會發(fā)黑。因此，人們常說的“鐵銹紅”是指較為單一的顏色，成分主要為Fe2O3，呈現(xiàn)出一種不是十分明亮的紅色。但是墓葬或遺址出土的經(jīng)過埋藏的鐵質(zhì)文物，鐵銹并不是單一的“鐵銹紅”，往往呈現(xiàn)“混雜”的顏色，尤其是與沉積物和土壤混合后，鐵器的“銹色”不均一。而且鐵的不同銹蝕產(chǎn)物還會因為與其他物質(zhì)有一定的交換作用，使鐵銹夾雜了更多的顏色。它們不同的發(fā)色根源主要來源于鐵器不同的銹蝕產(chǎn)物、土壤、沉積物等物質(zhì)，是混雜的結(jié)果。

在遺址或墓葬中埋藏的鐵，銹蝕產(chǎn)物的生成與水、氧氣、微生物，土壤的酸堿度、導電性、溶解鹽以及土壤的成分有很大關系，也與埋藏深淺、環(huán)境的密封性有較大關系。此外，鐵器腐蝕還與自身碳和其他元素含量有關。鐵質(zhì)文物在埋藏過程中的腐蝕機理和成因是水與氧氣的參與的一個電化學過程，此電化學過程分為陽極過程和陰極過程。

陽極過程是鐵質(zhì)文物在土壤中腐蝕的主要過程，陽極過程為鐵氧化成二價鐵離子，二價鐵離子發(fā)生水合作用：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-。在酸性較強的土壤中才有相當數(shù)量的鐵氧化成二價或三價鐵離子，以離子狀態(tài)存在于土壤之中。在穩(wěn)定的中性和堿性土壤中，由于Fe2+和OH-之間的次生反應而生成Fe（OH）2：Fe++2OH-→Fe（OH）2（綠色產(chǎn)物）。在陽極區(qū)有氧存在時，F(xiàn)e（OH）2能氧化成為溶解度很小的Fe（OH）3：2Fe（OH）2+?O2+H2O→2Fe（OH）3。Fe（OH）3產(chǎn)物不穩(wěn)定，它會轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的產(chǎn)物：Fe（OH）3→FeOOH。2Fe（OH）3→Fe2O3·3H2O→Fe2O3+3H2O。FeOOH是一種赤色的腐蝕產(chǎn)物，F(xiàn)e2O3·3H2O是一種黑色的腐蝕產(chǎn)物，在比較干燥的條件下轉(zhuǎn)變成Fe2O3。當土壤中存在HCO33-、CO32-和S2-陰離子時，與陽極區(qū)附近的金屬陽離子反應，生成不溶性的腐蝕產(chǎn)物：Fe2++CO32-→FeCO3，F(xiàn)e2++S2-→FeS。在上述的反應過程中和原理中，可以看到鐵劍1的菱鐵礦FeCO3、赤鐵礦Fe2O3、針鐵礦α-FeOOH、硫鐵礦FeS2、磁鐵礦Fe3O4這五種銹蝕產(chǎn)物的形成就是一個電化學反應形成過程。菱鐵礦FeCO3、硫鐵礦FeS2和磁鐵礦Fe3O4較為穩(wěn)定，赤鐵礦Fe2O3和針鐵礦α-FeOOH并不是穩(wěn)定的銹蝕產(chǎn)物。鐵器在埋藏時期的陽極過程并不是一直發(fā)生的，在以上這些銹蝕產(chǎn)物，尤其是FeCO3、FeS2和Fe3O4沉積在陽極表面，阻礙了陽極反應的發(fā)生，使銹蝕速度減慢甚至停止。因此這些銹蝕產(chǎn)物某些程度上阻止了腐蝕的繼續(xù)進行，埋藏千百年的鐵器才有可能“重見天日”。

此外，值得注意的是，在對鐵劍2進行顯微觀察時發(fā)現(xiàn)一種針狀的灰藍色銹蝕產(chǎn)物。這種針狀的灰藍色銹蝕產(chǎn)物，經(jīng)XRD分析，成分為藍鐵礦Fe3（PO4）2·8H2O。這種藍鐵礦多形成于富鐵、富磷、有機物含量較高且缺氧貧硫的還原沉積環(huán)境中，在考古遺存中或可作為判斷特殊埋藏條件的標志自生礦物之一⑧。這兩把鐵劍都出土于安徽天長六里墩漢墓，出土位置在內(nèi)棺之中，這種環(huán)境符合上述藍鐵礦形成的埋藏環(huán)境，有機物主要是內(nèi)棺棺木和人體組織，磷可能來源于人體骨骼和淤泥沉積。這種現(xiàn)象在考古出土的文物和埋藏出土的物體上并非少數(shù)，不少文獻都對此進行了論述：如中國江西靖安李洲坳東周時期墓葬出土數(shù)量可觀的絲織品等有機質(zhì)文物甚至罕見的人體腦干軟組織12具人骨的鎖骨、膝蓋骨、顱骨等部位上發(fā)現(xiàn)有“綠色結(jié)晶體”，經(jīng)多種科技手段檢測確認這些結(jié)晶物為含有8個結(jié)晶水的磷酸亞鐵化合物⑨；成都蒲江縣戰(zhàn)國船棺墓和江蘇張家港東山村遺址的地層中也發(fā)現(xiàn)過自生的藍鐵礦⑩。這種在墓葬或遺址中出土的鐵器表面是否具有普遍性，是否可以作為鐵質(zhì)文物的鑒定依據(jù)，需要進一步研究。

3 小結(jié)

本文通過X光透射技術、XRD分析和顯微觀察方法分析了兩把漢代鐵劍的表面狀況、劍鞘殘留、劍格磨損、銹蝕產(chǎn)物成分等信息。并嘗試對這些信息進行解讀，得出了一些初步的結(jié)論和認識，主要包括以下幾點：

①對于胎體較薄的鐵器，X光是一種有效的觀察鐵器表面的手段。本文中的X光片顯示，兩件漢代鐵劍在不同的部位呈現(xiàn)不同的腐蝕程度，銹層以下無銘文或紋飾。

②兩件鐵器在長期的埋藏過程中，產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物主要是菱鐵礦FeCO3、赤鐵礦Fe2O3、針鐵礦α-FeOOH、硫鐵礦FeS2、磁鐵礦Fe3O4、藍鐵礦Fe3（PO4）2·8H2O等。這些成分不同程度地與土壤、沉積物和其他物質(zhì)混雜，使鐵銹呈現(xiàn)出不同顏色和狀態(tài)。尤其是發(fā)現(xiàn)的藍鐵礦，可以判斷其出土于富鐵、富磷、有機物含量較高且缺氧貧硫的還原沉積環(huán)境中。

③兩件銹蝕嚴重的鐵劍，在顯微鏡下仍然可以觀察到殘留的劍鞘信息，這種信息必要時可以做真?zhèn)舞b定的佐證之一。在微觀尺度下，借助痕跡學知識，觀察到劍格頂角處的自然磨損痕跡，呈現(xiàn)出粗細、深淺、無序以及長短不一的劃痕，以及深淺、面積、形狀不同的淺坑痕跡。這種微觀尺度下呈現(xiàn)的鐵劍劍格的自然磨損的狀態(tài)，可以作為鑒定研究的參考之一。有別于直接觀察，微觀視角下，兩件漢代鐵劍呈現(xiàn)出的信息，可以幫助人們拓展鑒賞和鑒定研究的角度，加深對墓葬中出土的鐵質(zhì)文物的認識。

注釋

①王佳，郭嵐，魏博.幾件鐵器的科學分析和保護修復[J].文博，2018（4）：91.

②鐘少異.漢式鐵劍綜論[J].考古學報，1998（1）：37.

③馮修文.楚劍與漢劍裝飾藝術比較研究[D].武漢：湖北美術學院，2020：42.

④國家文物局博物館與社會文物司.博物館鐵質(zhì)文物保護技術手冊[M].北京：文物出版社，2011：15.

⑤何智華，周靜波，吳章勤，等.基于超景深三維可視化方案的材料表面顯微形貌分析與表征[J].理化檢驗（物理分冊），2018，54（12）：879.

⑥馮修文.《漆彩華章》：漢代劍鞘制作工藝復制與探析[J].收藏與投資，2021（1）：60.

⑦韓均良.痕跡檢驗[M].北京：法律出版社，2020：235.

⑧劉琦.湖南何家皂北宋墓出土紡織品附著灰藍色物質(zhì)的科學分析[J].文物保護與考古科學，2023（4）：24-33.

⑨徐長青，余江安，楊慶松，等.江西靖安李洲坳東周墓發(fā)掘簡報[J].文物，2009（2）：4-17.

⑩楊穎東，龔揚民，李佩，等.成都考古發(fā)掘中發(fā)現(xiàn)兩處藍鐵礦[J].成都考古發(fā)現(xiàn)，2016（00）：403-407，442-443.