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三星堆青铜文物成分及物相分析

  [摘 要] 根据青铜器文物的腐蚀特征,选择八个典型的青铜器残片研究试样。采用扫描电镜能谱分析和X射线衍射研究,了解青铜文物的成分及物相结构,探讨三星堆青铜器的腐蚀机理。结果表明,青铜样品中主要成分为Cu、Sn、Pb、O;主要物相为铜锡合金、磷铜矿[Cu2+2(PO4)(OH)]、锡石(SnO2)和少量赤铜矿(Cu2O),并检测到有害锈——氯化亚铜(CuCl),为三星堆青铜文物的保护提供了理论依据。
  [关 键 词] 青铜器;物相;X射线衍射;腐蚀
  [中图分类号] K85 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2016)21-0123-01
  三星堆出土的青铜器等文物,具有世界影响。但青铜器出土时表面的“有害锈”会对文物保护和研究造成极大威胁。1987年12月曾中懋第一次对铜尊取样进行成分分析,后又对三星堆青铜器表面的锈蚀层进行分析和研究。近来,王煊从青铜器本体的化学组成及锈蚀分析和环境测试三方面对三星堆青铜器上的酥粉锈进行了研究。本文着重用SEM-EDS结合XRD的方法对青铜残片断面的成分及物相组成进行深入分析。
  一、试验
  (一)样品制备
  试验所选用的分析样品采自四川省广汉三星堆遗址出土青铜器残片。
  (二)试验仪器及方法
  实验采用扫描电子显微镜及X射线能谱分析仪。利用仪器进行处理、检索、分析来判定三星堆出土青铜文物中的物相结构成分。
  二、结果与讨论
  (一)SEM-EDS成分分析结果
  扫描电镜能谱分析仪测试结果(见下表)表明,所选的青铜器样品的主要成分是Cu、Sn、Pb、O,并含有少量的Ca、Si、P、S,特别是在②和⑥样品中检测到有害元素——Cl。
  (二)XRD物相分析结果
  利用软件对三星堆青铜文物样品的X射线衍射花样谱图进行分析,找出对应的物相PDF卡片。结果如下:
  1.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn,含铅夹杂物、锡石SnO2和少量的赤铜锈Cu2O;
  2.磷铜矿Cu2+2(PO4)(OH)、氯化亚铜CuCl和少量的石英SiO2;
  3.纯铜,铜锡合金Cu5.6Sn,少量的含Pb夹杂物和锡石SnO2;
  4.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn,少量的含Pb夹杂物和SnO2;
  5.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn;
  6.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn,少量的Cu2O;
  7.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn;
  8.纯铜、铜锡合金Cu5.6Sn,含Pb夹杂物和SnO2。
  (三)青铜器的锈蚀产物
  三星堆青铜器常见锈蚀产物对比可看出,样品锈层膜的锈蚀产物基本是无害锈,但②样品主要成分是氯化铜,表明有氯离子存在。可见三星堆的青铜器已受到微量氯离子的侵蚀。因此,进一步研究三星堆出土青铜器锈层中氯离子的含量是大有必要的。因此祭祀坑中出土青铜器的锈蚀严重是因氯离子存在,致使天然阻蚀剂失效有关。
  1.扫描电镜测试结果表明,所选青铜器样品的成分是Cu、Sn、Pb、O,还有Ca、Si、P、S,Cl的微量成分存在。
  2.X射线衍射物相分析,揭示了物相组成依次为:纯铜相、铜锡合金相、含铅夹杂物及锈蚀物如红色的赤铜矿、绿色的磷铜矿、淡黄白色的锡石、白色或无色的石英、灰白色的氯化亚铜,所分析的三星堆出土青铜器残片的锈蚀物中存在着含氯物相,可见三星堆的青铜器已受到青铜病的侵蚀。
  参考文献:
  [1]曾中懋.广汉三星堆祭祀坑出土青铜器上有害锈的分析和研究[J].四川文物,1992(S1):90-94.
  [2]王煊.三星堆青铜器“酥粉锈”腐蚀机理的研究与探讨[J].四川文物,2002,3(3):83-89.
  [3]M Wadsak,,T Aastrup, I O Wallinder,C Leygraf,M Schreiner. Multi-analytical in situ investigation of the initial atmospheric corrosion of bronze [J].Corrosion Science,2002:791-802.