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《文物保护与考古科学》2024年第6期
《文物保护与考古科学》2024年第6期出版。本期共刊载“研究报告”12篇,“工作简报”3篇,“论坛”1篇及“知识介绍”2篇,刊末附2024年全年分类总目次。本期集中推出9篇金属文物保护研究主题的论文,包括对各种传世、出土、出水的青铜、铁器、金银器的保护研究,涵盖脱盐、封护、腐蚀机理、环境控制等方向;另9篇论文则是沉船等考古材料的研究成果。以下重点介绍其中4篇论文的内容摘要:
倍半碳酸钠法是一种常见的青铜“粉状锈”脱氯转化处理方法。金属文物保护国家文物局重点科研基地(国家博物馆)的成小林团队对一件早商青铜爵运用倍半碳酸钠脱氯保护法,经158天浸泡处理和65个月的后期跟踪观察,评估了该方法的适用范围、应用效果和脱氯规律。
国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室(华东理工大学)和馆藏文物保存环境国家文物局重点科研基地(上海博物馆)长期以来致力于文物保存环境控制研究,双方合作成果《一种青铜文物馆藏环境温湿度控制的风险评估方法》针对目前青铜文物馆藏采用统一恒定的温湿度值所存在的问题,研究灵活的温湿度风险标准。在实验与机器学习预测数据基础上提出了一套可行的标准,即将腐蚀速率作为馆藏青铜环境风险的量化指标,从而制定了青铜文物馆藏四级温湿度风险标准,同时加入了相对湿度转换系数,扩大了适用范围,并设计出供管理者便捷使用的图形用户界面工具,使得标准具有灵活性及普适性。标准的建立秉持了科学化、规范化理念,可因地制宜减少资源浪费,具有一定的前沿性与实用性,对完善科学量化指标体系,提高预防性保护风险防范水平有着积极作用。
《山东蓬莱明清时期近海出土铁锚锈蚀产物与锈层结构研究》以明清时期近海出土的15件铁锚为研究对象,通过多种科技分析方法,研究铁锚表面锈蚀组成与锈层结构,从不同角度评估锈层稳定性,并讨论了铁锚锈层中可溶氯含量和?的对应关系。该研究为蓬莱铁锚进一步保护与修复提供了科学依据,也为未来全面评估类似海洋出水/出土铁质文物保存状况提供了借鉴。
《沉船饱水考古木材内外部位降解特征研究》一文以水下考古发掘的文物为研究对象,采用多种手段对小白礁1号沉船的饱水木材剖面劣化情况进行分析。与以往研究相比,该项研究采用综合分析方法,在流程化取样及红外光谱分析方面有所拓展,为探究水下埋藏环境木材腐朽机制提供了信息
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2024年第6期目次
研究报告
青铜器“粉状锈”倍半碳酸钠脱氯转化过程监测及脱氯效果评价研究
1丨成小林,李沫,王京,杨琴,张然
还原气氛下低温等离子体去除青铜粉状锈的初步研究
11丨龚钰轩,夏金涛,李超洋,杨旭鹏,李家星,孙福维
一种青铜文物馆藏环境温湿度控制的风险评估方法
19丨陆凯,李丹丹,闫莹,周浩,吴来明,蔡兰坤
广州地区汉墓出土青铜器腐蚀机理研究
27丨吕良波
山东蓬莱明清时期近海出土铁锚锈蚀产物与锈层结构研究
41丨刘莉,王奕舒,马清林,雷雨声,龙莎莎,袁素珍
玉泉铁塔表面腐蚀机制及腐蚀演变过程的初探
54丨刘雪刚,张杨,陈华,张琼,丁山,王明强
流体气相膜对室外大型铁器文物封护研究与实践——以明清古代火炮为例
65丨孙成智,蔡斌,李永利,赵柏东
辽宁盖州青石岭山城出土铁器的脱盐保护处理研究
79丨张红燕,杨小林,王飞峰,黄希,韩化蕊,郭正臣,张惠,李汉召
沉船饱水考古木材内外部位降解特征研究
91丨李仁,张治国,金涛,孙满利,铁付德,殷亚方
基于气相色谱-质谱联用法研究考古土壤老化对文物中蛋白胶结材料鉴定的影响
103丨马珍珍
北白鹅墓地出土席状编织物的鉴别与研究
111丨卢蕾,温睿,李仁,吴妍,南普恒
甘肃省博物馆藏“南北朝锦靿绣靴”的保护修复研究
119丨赵喜梅
工作简报
中国国家博物馆藏汉代金银饰铁带钩保存状况的科学研究
128丨吴娜,张月玲,张鹏宇,刘薇,王克青
新华日报馆所用纸张(1938—1947)的分析研究
138丨马乐,李慧
陇东地区砂岩石窟病害区域特征研究
149丨孙满利, 曹张喆, 沈云霞, 尚雪健, 罗怡
论坛
上海地区先秦时期动物考古研究的回顾与展望
164丨董宁宁,朱旭初
知识介绍
文物保护与修复用硅酸盐质材料应用研究进展
173丨沈若灿,王秀峰
古代纸质文物纤维组成分析方法概述
184丨杨讴蓼,蔺子涵,易晓辉
通讯
2024年全年分类总目次
193丨《文物保护与考古科学》编辑部
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摘要
青铜器“粉状锈”倍半碳酸钠脱氯转化过程监测及脱氯效果评价研究
摘要:
据研究报道,在染有粉状锈的青铜器物上,包含有多层锈蚀物,其中含氯的锈蚀物一般在锈蚀内层靠近基体处。物理方法往往只能清除器物表面的粉状锈,且容易有疏漏,特别难以涉及锈层深处的氯元素。倍半碳酸钠法是一种常见的、较为安全的青铜“粉状锈”转化(脱氯)处理方法。自上世纪70年代以来,使用倍半碳酸钠法进行青铜器粉状锈转化的文献报道大多停留在方法应用的简单介绍,少有对整个浸泡过程中氯离子浓度监测、脱氯转化程度和效果评估的研究报道。
本研究以一件早商时期青铜爵的倍半碳酸钠脱氯保护为例,结合拉曼光谱和离子色谱等分析手段,重新审视并评估该方法的适用范围、应用效果和脱氯规律等。器物经过长达158天的浸泡处理和65个月的后期跟踪观察,无新鲜锈蚀物生成,达到了良好的效果。研究表明,在无恒温恒湿控制的环境下,对于大面积爆发的“粉状锈”,倍半碳酸钠法依然是保持器物稳定性的有效方法。以监测溶液中氯离子浓度为基础,建立脱氯时间与脱氯总量,脱氯次数与日平均脱氯浓度的关系图,对判断溶液更换及脱氯终点判断非常重要。一般情况下,可将脱氯过程分为三个阶段,第一阶段脱氯速度较快,约脱除总氯的73%,第二和第三阶段脱氯速度较慢,分别占脱除总氯的19%和8%,浸泡至第三阶段时,溶液中的氯离子浓度下降至50 mg/L以下,日平均脱氯浓度维持在3mg/L 左右,脱除总氯变化很小则表明脱氯可以结束了。此外,选取器物表面粉状锈和具有一定深度的含有非晶或纳米晶SnO2的粉状锈进行取样,并采用拉曼光谱跟踪观察粉状锈的转化过程及程度。结果表明,在整个浸泡过程中,表面的粉状锈较容易转化,而蚀坑内的粉状锈转化速度相对较慢,在整个浸泡过程中未发现有新的物相如蓝铜钠石等的生成。脱氯转化是一个比较复杂的过程,后期尚需开展更加深入的研究。
本文以实际文物保护处理为例,相较于以往的文献有以下两点拓展,一是跟踪监测倍半碳酸钠法脱氯转化整个过程,评估每个不同阶段的脱氯转化效率;二是跟踪检测粉状锈物相转变过程,总结不同深度锈蚀的脱氯程度。是对传统的、应用成熟方法的审视性研究,研究成果可为深入了解青铜器倍半碳酸钠浸泡处理溶液更换及终点判断提供重要依据。
一种青铜文物馆藏环境温湿度控制的风险评估方法
摘要:
维持适宜的温湿度以降低环境对文物的破坏作用,是馆藏文物预防性保护工作基本要求。受地域气候差异影响,执行统一的温湿度标准可能导致能耗增加,不利于文物的科学保护。本研究探讨了一种青铜文物馆藏环境温湿度控制的风险评估方法。通过石英晶体微天平进行反应性监测实验获得的不同温湿度下青铜文物模拟材料的腐蚀数据,结合机器学习算法,建立起特定温湿度区域内较高精度的腐蚀速率预测模型。将腐蚀速率作为环境温湿度风险的量化指标,提出了四等级制的青铜文物馆藏温湿度风险评估建议标准。考虑气压对湿度的影响,加入了相对湿度转换系数以扩大适用范围,并设计了便于实际应用的图形用户界面工具。根据该方法划分出的青铜文物馆藏温湿度风险建议评估标准,使得管理者可在控制风险的同时,因地制宜的进行温湿度控制。
山东蓬莱明清时期近海出土铁锚锈蚀产物与锈层结构研究
摘要:
蓬莱近海出土明清时期铁锚受海洋环境影响,表面锈蚀严重、多处见锈层剥落现象,不仅影响铁锚外观,对铁锚结构和稳定性也产生不利影响,亟待采取适宜方法和技术保护处理。为了解铁锚锈蚀情况、评估文物保存状况,本文采用超景深三维显微镜、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、激光显微共聚焦拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)分析铁锚表面锈蚀物组成、锈层结构和锈层稳定性。结果表明,部分铁锚表面锈蚀物以铁氢氧化物和铁氧化物为主,铁锚表面锈蚀物存在明显分层现象,内层致密黑色锈层主要成分为Fe3O4和针铁矿α-FeOOH;外层质地疏松锈层主要由α-FeOOH、β-FeOOH和α-Fe2O3等成分组成;锈层与基体剥离面存在不稳定锈γ-FeOOH。所有铁锚锈蚀样品中均检测出氯元素,可溶氯含量分布范围在0.66~35.46mg/g,不同样品可溶氯含量差异较大。馆内保存的铁锚锈层可溶氯含量高于露天环境中铁锚锈层可溶氯含量。铁锚锈层PAI值分布在1.16~13.34,内部锈层PAI(保护能力指数)值均小于外部锈层,内部锈层稳定性应小于外部锈层。为了更好地保护这些铁锚文物,在后续保护工作中需要对含氯铁锚针对性脱氯处理;在日常工作中,需监测、调节铁锚保存状态并控制环境温湿度,避免铁锚进一步腐蚀。本研究为蓬莱铁锚的进一步保护与修复提供科学依据,对海洋出土/出水铁器保护具有重要意义。
沉船饱水考古木材内外部位降解特征研究
摘要:
海洋出水的古代木质沉船是文化遗产的重要组成部分,研究沉船木材的降解特征,不仅是探究水下埋藏环境木材腐朽机制的重要手段,也是构建饱水木质文物保护体系的关键。饱水考古木材降解具有变化性,本文聚焦于中国古代沉船“小白礁I号”考古发掘的龙脑香(Dipterocarpus sp.)饱水木材遗存,通过内部与外部分区取样的方法,研究木材降解特征。
本文采用物理参数、光学显微镜(OM)、偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)和动态水蒸气吸附(DVS)方法综合表征饱水考古木材内外部位的降解差异。研究结果表明,饱水考古木材内外部位降解差异显著,降解区域划分为明显的“外层”与“内核”。外层木材最大含水率(MWC)高达687%,内核木材MWC为246%。外层木材重度降解,其所有细胞均发生降解,纤维素晶体双折射现象消失,木纤维次生壁呈多孔“海绵”结构,仅胞间层保存完好;内核木材中度降解,保存完好的木纤维细胞与降解的细胞共存,呈现侵蚀细菌腐朽模式。FTIR分析结果表明,外层木材细胞壁残余化学组分主要为木质素,内核木材保留了部分纤维素。FTIR光谱结合主成分分析(PCA)能够准确识别出重度与中度降解类型,PCA载荷曲线分析证实纤维素是判别外层与内核木材降解差异的特征化学组分。FTIR光谱的层次聚类分析(HCA)判定重度与中度降解木材之间存在降解过渡区。通过DVS分析技术,揭示了外层与内核木材在水分吸附性能上的差异,利用Hailwood-Horrobin模型对吸附等温曲线进行拟合,进一步分析了不同降解程度木材的单分子层与多分子层吸附水含量。结果表明,外层木材的吸湿平衡含水率高于内核木材,这主要归因于木材细胞壁的多孔结构与纤维素含量的不同,外层木材的多孔细胞壁结构促进了单分子层吸附水含量的增加,而内核木材较高的纤维素组分导致了多分子层吸附水含量的提升。
与以往研究相比,本文采用综合分析方法在流程化取样及FTIR化学分析方面做出拓展:根据木材降解的位置差异,在外层和内核区域分区取样,将化学计量学分析方法与FTIR光谱相结合,在显微诊断的基础上快速识别木材的降解程度,提高了饱水考古木材保存状况评估的准确性。并在显微结构与化学组分研究的基础上,表征了不同降解程度木材细胞壁的水分吸附性能,进一步探讨了细胞壁结构变化对木材吸湿性能的影响。本研究揭示出中国古代沉船“小白礁I号”木材的主要降解因子是侵蚀细菌,阐释了沉船考古木材内外部位降解的不均一性特征,为探究水下埋藏环境木材腐朽机制提供参考。
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