摘 要：文章通過(guò)科學(xué)儀器對(duì)出土漢代鐵劍進(jìn)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(guān)視角拓展了人們對(duì)漢代鐵劍的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：漢代鐵劍；儀器分析；微觀(guān)視角

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

1 器物簡(jiǎn)介

鐵的化學(xué)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(lái)。尤其是墓葬和遺址中出土的鐵器，銹蝕現(xiàn)象更加嚴(yán)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(jí)別一般不高，重視程度也不如其他金屬文物①。所以，無(wú)論是館藏鐵器還是民間收藏，人們對(duì)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(zhǎng)市六里墩漢墓群，該墓群位于天長(zhǎng)市天康大道東段南側(cè)（原天長(zhǎng)康達(dá)醫(yī)療器械集團(tuán)廠(chǎng)區(qū)），臺(tái)墩形地貌，相對(duì)高度約1.5米，占地面積約9000平方米，墩上原有廠(chǎng)房類(lèi)建筑。該墓地因房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)被發(fā)現(xiàn)，2021年5月至6月，對(duì)該墓群進(jìn)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(shí)期，墓葬形制和隨葬器物與天長(zhǎng)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(lèi)豐富，制作精美，保存完好。其中共計(jì)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(zhǎng)73.5厘米，劍身長(zhǎng)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(yán)重，中部腐蝕尤甚，劍莖殘缺。根據(jù)鐘少異先生對(duì)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(diǎn)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(chēng)“折肩”②。劍格為“凹”型，俯視則為“菱形”③。

鐵劍2通長(zhǎng)98.3厘米，劍身長(zhǎng)86.4厘米，刃最寬處3.3厘米，刃厚0.9厘米，劍莖（略殘）長(zhǎng)12厘米。該劍也為A型Ⅱ式，劍格與鐵劍1類(lèi)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(qiáng)的穿透能力，通過(guò)物質(zhì)時(shí)其強(qiáng)度會(huì)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?yàn)閄光可以透過(guò)淺層銹，但難以透過(guò)鐵質(zhì)基體，可以得到基體殘損的真實(shí)情況以及銹層下的鐵器表面紋飾或銘文情況。用X光（設(shè)備型號(hào)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(wú)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(yán)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(yán)重，布滿(mǎn)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(zhǎng)的地下埋藏時(shí)間。

2.2 超景深顯微鏡

通常的光學(xué)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(shí)現(xiàn)在整個(gè)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(jìn)行表面觀(guān)察。

2.2.1 劍鞘的微觀(guān)觀(guān)察

從圖6殘留漆皮及圖7中的木胎來(lái)看，這兩把鐵劍原先應(yīng)具有劍鞘。圖7是鐵劍2劍身殘留的一點(diǎn)木胎，從其紋理來(lái)看，可能是紋理較直的一類(lèi)木材。這種木胎麻布漆皮在漢代的劍具制作中較為常見(jiàn)。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(lèi)木質(zhì)文物。木材經(jīng)年陰干干燥，加工成木板，再經(jīng)過(guò)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(jìn)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(lái)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(lèi)，此工藝與刮灰一道，俗稱(chēng)為“裹麻批灰”，使用此工藝的漆器可以增加其強(qiáng)度與耐用度⑥。裹麻批灰后，再調(diào)制大漆進(jìn)行髹漆、陰干、打磨，再髹漆陰干打磨，反復(fù)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(guān)尺度下仍然是可觀(guān)測(cè)的，彌補(bǔ)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(guān)觀(guān)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(xué)中屬于擦劃痕跡。擦劃痕跡的形成機(jī)理較為復(fù)雜，一般是在兩客體相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成，在這個(gè)過(guò)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(guò)程中，承痕客體在外力的作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力大于承痕客體本身的屈服應(yīng)力極限，那么被造痕客體劃動(dòng)過(guò)的地方就會(huì)有輕微的線(xiàn)條狀痕跡⑦。這類(lèi)擦劃痕跡在文物中是常見(jiàn)的一種痕跡，如玉器、銅器、木器等文物的觀(guān)察研究中，常有類(lèi)似的痕跡出現(xiàn)。這類(lèi)痕跡肉眼不好分辨，需要借助顯微鏡觀(guān)察。圖8顯微照片中的磨痕是自然形成的，是鐵劍在長(zhǎng)期使用中形成的，而不是制作過(guò)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(xì)不一、長(zhǎng)短不一、深淺不一的線(xiàn)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(guān)察，尤其是較為堅(jiān)硬的物體，痕跡往往較淺，用顯微鏡進(jìn)行微觀(guān)觀(guān)察，可以觀(guān)察得更為清楚。

2.3 XRD分析

XRD是指X射線(xiàn)衍射分析，常用來(lái)分析銹蝕產(chǎn)物成分。本研究采用的儀器型號(hào)為Smartlab 9KW型（日本）。在鐵劍1的5個(gè)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(xì)粉后上機(jī)進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從XRD的分析結(jié)果來(lái)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(gòu)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(huì)偏紅，含有磁鐵礦的樣品會(huì)發(fā)黑。因此，人們常說(shuō)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(guò)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(huì)因?yàn)榕c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(lái)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(dǎo)電性、溶解鹽以及土壤的成分有很大關(guān)系，也與埋藏深淺、環(huán)境的密封性有較大關(guān)系。此外，鐵器腐蝕還與自身碳和其他元素含量有關(guān)。鐵質(zhì)文物在埋藏過(guò)程中的腐蝕機(jī)理和成因是水與氧氣的參與的一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，此電化學(xué)過(guò)程分為陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程。

陽(yáng)極過(guò)程是鐵質(zhì)文物在土壤中腐蝕的主要過(guò)程，陽(yáng)極過(guò)程為鐵氧化成二價(jià)鐵離子，二價(jià)鐵離子發(fā)生水合作用：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-。在酸性較強(qiáng)的土壤中才有相當(dāng)數(shù)量的鐵氧化成二價(jià)或三價(jià)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(yīng)而生成Fe（OH）2：Fe++2OH-→Fe（OH）2（綠色產(chǎn)物）。在陽(yáng)極區(qū)有氧存在時(shí)，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(huì)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(dāng)土壤中存在HCO33-、CO32-和S2-陰離子時(shí)，與陽(yáng)極區(qū)附近的金屬陽(yáng)離子反應(yīng)，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(yīng)過(guò)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(gè)電化學(xué)反應(yīng)形成過(guò)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(shí)期的陽(yáng)極過(guò)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(yáng)極表面，阻礙了陽(yáng)極反應(yīng)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(jìn)行，埋藏千百年的鐵器才有可能“重見(jiàn)天日”。

此外，值得注意的是，在對(duì)鐵劍2進(jìn)行顯微觀(guān)察時(shí)發(fā)現(xiàn)一種針狀的灰藍(lán)色銹蝕產(chǎn)物。這種針狀的灰藍(lán)色銹蝕產(chǎn)物，經(jīng)XRD分析，成分為藍(lán)鐵礦Fe3（PO4）2·8H2O。這種藍(lán)鐵礦多形成于富鐵、富磷、有機(jī)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(biāo)志自生礦物之一⑧。這兩把鐵劍都出土于安徽天長(zhǎng)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(lán)鐵礦形成的埋藏環(huán)境，有機(jī)物主要是內(nèi)棺棺木和人體組織，磷可能來(lái)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(xiàn)都對(duì)此進(jìn)行了論述：如中國(guó)江西靖安李洲坳?yáng)|周時(shí)期墓葬出土數(shù)量可觀(guān)的絲織品等有機(jī)質(zhì)文物甚至罕見(jiàn)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(cè)確認(rèn)這些結(jié)晶物為含有8個(gè)結(jié)晶水的磷酸亞鐵化合物⑨；成都蒲江縣戰(zhàn)國(guó)船棺墓和江蘇張家港東山村遺址的地層中也發(fā)現(xiàn)過(guò)自生的藍(lán)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(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

本文通過(guò)X光透射技術(shù)、XRD分析和顯微觀(guān)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(duì)這些信息進(jìn)行解讀，得出了一些初步的結(jié)論和認(rèn)識(shí)，主要包括以下幾點(diǎn)：

①對(duì)于胎體較薄的鐵器，X光是一種有效的觀(guān)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(wú)銘文或紋飾。

②兩件鐵器在長(zhǎng)期的埋藏過(guò)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(lán)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(lán)鐵礦，可以判斷其出土于富鐵、富磷、有機(jī)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(yán)重的鐵劍，在顯微鏡下仍然可以觀(guān)察到殘留的劍鞘信息，這種信息必要時(shí)可以做真?zhèn)舞b定的佐證之一。在微觀(guān)尺度下，借助痕跡學(xué)知識(shí)，觀(guān)察到劍格頂角處的自然磨損痕跡，呈現(xiàn)出粗細(xì)、深淺、無(wú)序以及長(zhǎng)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(guān)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(guān)察，微觀(guān)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(duì)墓葬中出土的鐵質(zhì)文物的認(rèn)識(shí)。

注釋

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

②鐘少異.漢式鐵劍綜論[J].考古學(xué)報(bào)，1998（1）：37.

③馮修文.楚劍與漢劍裝飾藝術(shù)比較研究[D].武漢：湖北美術(shù)學(xué)院，2020：42.

④?chē)?guó)家文物局博物館與社會(huì)文物司.博物館鐵質(zhì)文物保護(hù)技術(shù)手冊(cè)[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(yàn)（物理分冊(cè)），2018，54（12）：879.

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

⑦韓均良.痕跡檢驗(yàn)[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(lán)色物質(zhì)的科學(xué)分析[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2023（4）：24-33.

⑨徐長(zhǎng)青，余江安，楊慶松，等.江西靖安李洲坳?yáng)|周墓發(fā)掘簡(jiǎn)報(bào)[J].文物，2009（2）：4-17.

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