表面處理技術(shù)采用人為加工的方式修復(fù)金屬文物表面的病害、裂縫等瑕疵，其能夠大幅提升金屬文物的耐蝕性、裝飾性，從而延長文物的保存期限，防止文物被腐蝕。現(xiàn)首先對表面處理技術(shù)的概念、機(jī)理等進(jìn)行簡要概述；其次介紹現(xiàn)階段常用的幾種表面處理技術(shù)，如微區(qū)噴涂技術(shù)、氣相化學(xué)沉淀技術(shù)等；最后結(jié)合金屬文物修復(fù)經(jīng)驗(yàn)著重分析表面處理技術(shù)的流程，包括前期的文物清洗與除銹、中期的文物補(bǔ)配與鍍銅以及后期的表面著色等，以期為金屬文物的保護(hù)與修復(fù)提供借鑒。

金屬文物的表面病害以銹蝕為主，鐵銹、銅銹屬于吸附性較強(qiáng)的松散、多孔物質(zhì)，如果不能及時(shí)去除，就會不斷從空氣中吸收水分，持續(xù)氧化，導(dǎo)致文物腐蝕速度加快，嚴(yán)重縮短金屬文物的壽命。在金屬文物的修復(fù)過程中，除了要清理表面污垢、清除表面銹斑外，還要采取必要的表面處理技術(shù)，防止裸露的金屬基體與空氣直接接觸，達(dá)到延緩腐蝕的目的。另外，基于文物修復(fù)的真實(shí)性原則、最小干預(yù)原則等，修復(fù)部位應(yīng)當(dāng)與金屬文物整體顏色保持一致，給人以渾然天成之感。因此，根據(jù)金屬文物的材質(zhì)、表面病害情況選擇合適的表面處理技術(shù)，并保證經(jīng)過表面處理后能夠最大限度地恢復(fù)金屬文物的原貌，成為文物修復(fù)工作者追求的最終目標(biāo)。

表面處理技術(shù)概述

金屬文物表面銹蝕的機(jī)理復(fù)雜、原因多樣，但從整體來看銹蝕都是自表面開始。了解金屬文物的表面微觀結(jié)構(gòu)，并針對不同情況采取相應(yīng)的保護(hù)、修復(fù)措施，對延長金屬文物的壽命、恢復(fù)金屬文物的原貌具有重要意義。在金屬文物的各項(xiàng)修復(fù)技術(shù)中，化學(xué)處理技術(shù)具有見效快、恢復(fù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也十分明顯，例如化學(xué)藥劑可能會對金屬文物造成二次腐蝕，有些化學(xué)試劑本身有毒性，會對文物修復(fù)人員的身體健康構(gòu)成威脅等。相比之下，表面處理技術(shù)對文物造成的損壞較小，并且具有較強(qiáng)的針對性，可以對金屬文物發(fā)生銹蝕的區(qū)域進(jìn)行“點(diǎn)對點(diǎn)”修復(fù)。目前常用的表面處理技術(shù)有表面濺射、表面噴涂、表面氣相化學(xué)沉積、表面化學(xué)修飾、表面光化學(xué)沉積等。

事實(shí)上，我國在古代就已將表面處理技術(shù)應(yīng)用到金屬文物的制作中了。例如，河南安陽殷墟遺址出土的虎面鍍錫銅盔，采用了青銅表面鍍錫的工藝，對文物起到了良好的保護(hù)作用，出土?xí)r其表面仍然光耀如新；越王勾踐劍采用了硫化防銹技術(shù)，這也是越王勾踐劍時(shí)隔千年仍然光彩奪目、鋒利無比的主要原因。近代以來，國內(nèi)外在金屬文物保護(hù)方面大多采取“緩蝕+封護(hù)”的處理思路。簡單來說，就是在金屬文物表面涂抹一層藥水，藥水干燥后形成一層封護(hù)薄膜，將金屬文物與外界空氣隔絕，避免空氣中的氧氣、二氧化硫等物質(zhì)與金屬文物接觸導(dǎo)致生銹。這種方法雖然能達(dá)到保護(hù)文物的效果，但是藥水覆蓋在金屬文物表面會影響其觀賞價(jià)值。相比之下，將表面處理技術(shù)應(yīng)用到金屬文物的修復(fù)與保護(hù)中，遵循了文物修復(fù)的最小干預(yù)原則，不僅能夠取得理想的修復(fù)、保護(hù)效果，還能保證修復(fù)區(qū)域與金屬文物整體的色澤保持一致，不影響文物的觀賞價(jià)值。

金屬文物修復(fù)中常用的表面處理技術(shù)

用添加劑改變文物表面結(jié)構(gòu)

由于埋藏環(huán)境的特殊性，金屬文物表面會附著一層氧化物、氯化物。這些自然形成的化合物大多為松散的多孔狀結(jié)構(gòu)，對周邊環(huán)境中的水蒸氣、二氧化硫等物質(zhì)有較強(qiáng)的吸附能力，進(jìn)而加劇對文物的腐蝕。如果采用常規(guī)的除銹方法清理金屬文物表面附著的銹斑，會使金屬直接暴露在空氣中，造成金屬與空氣中的氧氣、二氧化硫、水蒸氣等長時(shí)間接觸，反復(fù)出現(xiàn)銹蝕情況。因此在金屬文物的保護(hù)與修復(fù)中，可以使用添加劑改造金屬文物的表面結(jié)構(gòu)，達(dá)到阻止腐蝕的效果。例如對于青銅器，可以選擇苯并三氮唑（BTA）作為添加劑，其與青銅文物表面的氧化亞銅結(jié)合后能夠形成一層致密、穩(wěn)定的表面絡(luò)合物，封堵表面層的孔隙，改變青銅器表面銹蝕層的結(jié)構(gòu)，阻止空氣中的氧氣、水蒸氣、二氧化硫等與青銅器接觸，起到延緩銹蝕、保護(hù)文物的作用。在金屬文物修復(fù)中，使用添加劑改變文物的表面結(jié)構(gòu)具有操作簡便、保護(hù)效果明顯的優(yōu)勢。

人工控制表面微區(qū)噴涂技術(shù)

微區(qū)噴涂技術(shù)借助高分辨率光學(xué)顯微鏡在金屬文物發(fā)生銹蝕或出現(xiàn)裂縫的位置使用氬離子濺射方法或超微束Al2O3清除金屬文物表面銹斑，并在該部位噴涂防護(hù)性金屬材料，從而達(dá)到修復(fù)文物表面的效果。在應(yīng)用這一表面處理技術(shù)時(shí)，防護(hù)性金屬材料的選擇至關(guān)重要，應(yīng)滿足以下三個(gè)條件：一是材料本身的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會與金屬文物發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)；二是材料能夠與金屬文物牢固粘連，不易脫落；三是材料與金屬文物的色澤相同或相近。微區(qū)噴涂技術(shù)的流程為首先標(biāo)記出待修復(fù)金屬文物表面需要處理的區(qū)域，然后按照該區(qū)域的形狀、面積，用剪刀剪出相同大小的鋁制薄片，將薄片緊緊貼在金屬文物的待修復(fù)區(qū)域，并在薄片上鉆孔，通過小孔注射噴涂材料填補(bǔ)金屬文物表面的坑洞。這種方法既不會對金屬文物造成損害，又不會改變金屬文物的原貌，是一種比較理想的表面處理技術(shù)。根據(jù)噴涂方式的不同，人工控制表面微區(qū)噴涂技術(shù)又可分為以下三類。

第一，火焰噴涂，即選擇金屬絲或粉末狀物質(zhì)作為涂層介質(zhì)，然后使用“氧氣——乙炔”火焰熔化噴涂介質(zhì)，在噴涂介質(zhì)經(jīng)過高溫作用呈熔融狀態(tài)后，通入壓縮空氣將介質(zhì)吹到保護(hù)部位，完成金屬文物的修復(fù)。第二，電弧噴涂，即仍然選擇金屬絲或粉末狀物質(zhì)作為涂層介質(zhì)，然后用高壓電弧將噴涂介質(zhì)熔化，最后利用壓縮空氣將熔化后的介質(zhì)破碎成微粒，噴涂到待修復(fù)部位。第三，等離子噴涂。這種噴涂方式的涂層介質(zhì)同上，金屬絲或粉末狀物質(zhì)被離子化的氬氣等離子束熔化后，直接被噴涂到待修復(fù)部位。在該方法中，由氬氣等離子體提供動力，不需要使用壓縮空氣，避免了噴涂介質(zhì)在高溫環(huán)境下氧化的問題，同時(shí)噴涂形成的表面涂層孔隙度更小，文物表面處理效果更好。

人工控制表面微區(qū)氣相化學(xué)沉淀

這種方法需要借助專用的化學(xué)氣相沉積（CVD）裝置，適用于金、銀等文物的保護(hù)處理。運(yùn)用該方法處理金屬文物前，需要清洗文物表面的灰塵、污垢、銹跡等，保證金屬文物表面光潔，能夠讓保護(hù)材料與金屬文物牢牢粘連。將待修復(fù)的金屬文物放入化學(xué)氣相沉積裝置中，該裝置采用密封系統(tǒng)，在持續(xù)減壓條件下，高溫化學(xué)氣體反應(yīng)產(chǎn)物會逐漸沉積到金屬文物的保護(hù)區(qū)域，完成表面處理。氣相化學(xué)沉淀技術(shù)可以選用的保護(hù)材料有碳化鈦（TiC）、氮化鈦（TiN）、氧化鋁（Al2O3）等?；瘜W(xué)氣相沉積裝置的左側(cè)分別連接了兩個(gè)氣體裝置，利用膠管通入氨氣和甲烷，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

TiCl4+CH4＝＝TiC+4HCl

TiCl3+NH3＝＝TiN+3HCl

經(jīng)過這種方法處理的金屬文物表面光潔度好、涂層密度高，能夠取得理想的修復(fù)效果。同時(shí)，還可以根據(jù)金屬文物的銹蝕程度和修復(fù)面積利用閥門靈活調(diào)節(jié)氣相化學(xué)物質(zhì)的流量，改變沉積速度和密度。由于保護(hù)材料是化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定的化合物，因此可以保證金屬文物在修復(fù)后不會出現(xiàn)重復(fù)銹蝕的情況。

金屬文物修復(fù)中表面處理技術(shù)的應(yīng)用方法

檢測分析

不同金屬文物在出土?xí)r間、保存環(huán)境、病害成因等方面存在明顯差異，因此在開展文物修復(fù)工作前，工作人員需要深入調(diào)查，積極查閱相關(guān)研究資料，結(jié)合金屬文物的物理、化學(xué)檢測結(jié)果，制定科學(xué)合理的表面處理方案，從而最大程度上延長金屬文物的保存期限。在文物檢測時(shí)，首先通過X線熒光技術(shù)等物理檢測方式確定金屬文物的主要材質(zhì)、受損程度，并對待修復(fù)文物表面的銹斑進(jìn)行標(biāo)記，然后通過化學(xué)滴定法進(jìn)行檢測，確定金屬文物的銹跡是否含有氯離子等有害物質(zhì)，如果存在有害物質(zhì)則需要徹底清除，防止表面修復(fù)后再次出現(xiàn)生銹情況。完成檢測分析并制定表面處理方案后，即可按照具體方案開展金屬文物的修復(fù)工作。

表面清洗

清洗是金屬文物表面處理的第一步，目的是去除金屬文物表面的有害物質(zhì)，最大程度地還原文物的真實(shí)面貌。在進(jìn)行表面清洗處理時(shí)，要注意保留金屬文物原有的鑄造痕跡和文字圖案，避免清洗工作對金屬文物的歷史價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值造成不良影響?，F(xiàn)階段常用的金屬文物表面清洗方法有多種，其中激光清洗具有穩(wěn)定性高、對環(huán)境無污染、不損害文物、自動化程度高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于精密零件和金屬文物的清洗中。其方法是利用激光照射待修復(fù)金屬文物的表面，使附著在金屬文物表面的污物通過蒸發(fā)、剝離、振動彈出等方式從金屬文物上脫離下來，達(dá)到清洗的目的。根據(jù)處理方式的不同，激光清洗又可分為干洗法、濕洗法、惰性氣體法等。其中，激光濕洗法是在基體表面涂刷一層液體薄膜作為能量交換介質(zhì)，然后照射激光達(dá)到去污目的，這種方法對文物的損傷較小，并且清洗較為徹底，是目前最理想的一種表面清洗技術(shù)。

補(bǔ)配修復(fù)

在完成表面清洗后，工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查金屬文物表面是否有缺陷。通常情況下，一些金屬文物在清洗掉表面的污垢和銹斑后會留下大小不一、數(shù)量不等的坑洞，需要對這些坑洞進(jìn)行補(bǔ)配修復(fù)。對于發(fā)現(xiàn)的坑洞，工作人員首先要判定坑洞的成因，如果是鑄造缺陷形成則無需處理；如果是銹蝕所致，并且影響到了金屬文物的觀賞價(jià)值，就需要及時(shí)選擇合適的材料進(jìn)行補(bǔ)配。金屬文物可以使用愛牢達(dá)（Araldite）高性能環(huán)氧樹脂與方解石粉按照1∶1混合，然后加入清水，加水過程中要不斷攪拌，得到充分混合的黏稠狀修補(bǔ)材料，再將材料捏成面團(tuán)狀填入金屬文物的坑洞中，輕輕用力壓實(shí)后，完成對缺陷部位的補(bǔ)配。自然放置一段時(shí)間，等到修補(bǔ)材料完全固化后，工作人員再使用手術(shù)刀、打磨機(jī)等文物修復(fù)工具，對修補(bǔ)材料進(jìn)行塑性，最后使用砂紙進(jìn)行打磨，保證修補(bǔ)材料與金屬文物融為一體、過渡光滑。考慮到后期還要對修補(bǔ)部位進(jìn)行鍍銅、著色等處理，因此補(bǔ)配部位的高度應(yīng)當(dāng)略低于周邊基體，這樣才能保證修復(fù)完成后補(bǔ)配部位與周邊基體高度相同，達(dá)到理想的修復(fù)效果。

化學(xué)鍍銅

由于修補(bǔ)材料為非金屬材料，要想讓修補(bǔ)材料與金屬文物呈現(xiàn)相同的金屬色澤，就必須對修補(bǔ)材料進(jìn)行化學(xué)鍍銅處理，使其金屬化。在進(jìn)行化學(xué)鍍銅前，為了避免對金屬文物的其他部位造成影響，需要對補(bǔ)配材料以外的區(qū)域采取必要的保護(hù)措施，例如使用保鮮膜進(jìn)行包裹，等化學(xué)鍍銅結(jié)束后揭去。除此之外，應(yīng)用這種方法還要注意以下兩點(diǎn)：其一，為了提高化學(xué)鍍銅的效果，操作時(shí)需要在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行，必要時(shí)可以借助吹風(fēng)機(jī)加快溶液凝固；其二，為了提高鍍層與金屬文物的黏結(jié)力，需要對金屬文物進(jìn)行粗化和除油處理。粗化處理通常使用氫氧化錫溶液，但金屬文物修復(fù)所使用的補(bǔ)配材料多為環(huán)氧樹脂與方解石的混合物，遇到氫氧化錫溶液后會溶解，導(dǎo)致補(bǔ)配效果變差。因此，粗化處理可以選用砂質(zhì)打磨的方式，將補(bǔ)配材料打磨至啞光狀態(tài)即可。進(jìn)行除油處理時(shí)，使用量筒分別量取100mL的氫氧化鈉溶液和350mL的碳酸鈉溶液，將兩者混合后得到專用的“除油液”；或者使用50g氯化亞錫和10mL的鹽酸混合，可以得到敏化液。完成上述準(zhǔn)備工作后即可開始化學(xué)鍍銅。鍍液的配方為60g硫酸銅、120g乙二胺四乙酸二鈉鹽、0.5g亞鐵氰化鉀、80mL次氯酸，混合后加入氫氧化鈉將鍍液的pH值調(diào)節(jié)為11，然后使用酒精燈加熱至60℃。選擇與補(bǔ)配區(qū)域面積等大的棉花，蘸取鍍液后，將棉花敷貼到補(bǔ)配位置，盡量使棉花完全覆蓋補(bǔ)配位置。靜置6小時(shí)后，鍍液與補(bǔ)配材料充分接觸，補(bǔ)配材料完成“金屬化”?？紤]到鍍液有較強(qiáng)的揮發(fā)性，因此需要保證通風(fēng)，將揮發(fā)出來的有毒氣體盡快排出室外，保證空氣質(zhì)量。同時(shí)，每隔30分鐘更換一次棉花，以保證鍍銅效果。

表面著色

補(bǔ)配材料金屬化后雖然呈現(xiàn)出金屬光澤，但與金屬文物的顏色仍有差異，為了保證金屬文物的整體觀感，還要采取表面著色措施，使補(bǔ)配部位的色澤接近金屬文物本身的顏色。表面著色處理所用的溶液有兩種，分別是鍍金液和鍍銅液。鍍金液的主要成分為2g亞硫酸金鈉、25g硫代硫酸鈉、10g硼砂；鍍銅液的主要成分為300g五水合硫酸銅、160mL乙二胺、40g硫酸鈉。文物修復(fù)工作人員可以根據(jù)金屬文物的不同色澤選擇相應(yīng)的電刷鍍?nèi)芤?。溶液配制完成后，將溶液倒入專用的設(shè)備中，設(shè)定參數(shù)如下：直流電壓3.3V，電流密度60～80A/dm2，鍍筆移動速率10～15m/min。各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完畢后設(shè)備即可自動對文物進(jìn)行表面著色。除了電刷鍍著色外，也可以根據(jù)金屬文物的顏色選擇相應(yīng)的著色劑，然后使用棉花蘸取著色劑，將其敷貼到化學(xué)鍍銅后的區(qū)域上。觀察該區(qū)域的顏色變化，在接近金屬文物整體色澤時(shí)即可停止操作。

銹蝕是金屬文物保存過程中最常見的病害，其不僅會縮短文物的壽命，而且嚴(yán)重影響文物的美觀程度。相較于常規(guī)的金屬文物修復(fù)技術(shù)，表面處理技術(shù)一方面對文物造成的負(fù)面影響較小，另一方面還能兼顧修復(fù)和保護(hù)的效果，是目前比較理想的金屬文物修復(fù)技術(shù)之一。在應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)，工作人員首先要進(jìn)行檢測分析，明確表面處理的基本流程并制定相應(yīng)的修復(fù)計(jì)劃，然后按照具體方案依次完成激光清洗、去除銹斑、補(bǔ)配修復(fù)、表面著色等一系列操作。在修補(bǔ)金屬文物表面坑洞的基礎(chǔ)上，使補(bǔ)配材料與金屬文物整體的色澤保持一致，達(dá)到“遠(yuǎn)看一致，近看可識別”的修復(fù)要求，確保金屬文物的觀賞和研究價(jià)值能夠充分發(fā)揮出來。