金属文物的保存与病害防治分析

金属文物的保存与病害防治分析

金属文物是人类历史文化的重要载体，具有极高的艺术价值、历史价值和科学价值。然而，随着时间的推移，金属文物不可避免地会受到各种环境因素的影响，导致其发生腐蚀、锈蚀、裂纹等病害，严重威胁着文物的安全和完整性。因此，加强金属文物的保存与病害防治工作，对于维护人类文化遗产的完整性和传承具有重要意义。

金属文物病害类型与成因

长期受到环境因素的影响，金属文物的结构性能会逐渐减弱，表现为硬度下降、韧性降低等。结构弱化会使得文物更容易受到外力的破坏，从而加速其损坏过程。

裂纹是金属文物常见的机械性损伤，通常由外力作用或内部应力集中引起。裂纹的出现不仅破坏了文物的完整性，还可能加速腐蚀过程，导致文物进一步损坏。

腐蚀是金属文物最常见的病害之一，主要表现为金属表面的锈蚀和变色。腐蚀的原因多种多样，其中氧气和湿度是两个主要的因素。

氧气

氧气可以促进金属的氧化反应，加速腐蚀；而湿度的高低直接影响金属离子的迁移速率和腐蚀产物的形成。长期处于潮湿环境中，金属文物表面容易产生水膜，为腐蚀反应提供了有利条件。

氧气在铁质文物锈蚀过程中扮演着关键角色。铁与氧气反应生成铁的氧化物，即锈，这是一种典型的电化学反应。在湿润环境中，水分子参与反应，加速了铁的腐蚀过程，形成氢氧化铁和氢氧化亚铁。这个过程可以简化为以下几个步骤：

• 铁的阳极反应：Fe → Fe²⁺+ 2e⁻
• 氧气的阴极反应：O2 + 2H2O + 4e⁻→ 4OH⁻
• 铁离子与羟基离子结合形成铁锈：Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)2
• Fe(OH)₂进一步氧化形成Fe(OH)₃或其脱水形式Fe2O3·nH2O

锈蚀过程导致铁质文物的质量减轻，结构弱化，甚至可能引起文物的完全损毁。

温度

温度对金属文物的保护至关重要，因为它直接影响金属的物理和化学性质。温度的波动可能导致金属膨胀或收缩，从而引起文物的变形或裂纹。此外，温度的升高通常会加速化学反应的速率，包括金属的氧化和腐蚀过程，这可能导致金属文物表面的退化。

湿度

湿度对生锈铁质文物的影响至关重要，它直接影响金属与氧气发生氧化反应的速率。在较高湿度的环境中，水蒸气的存在为铁的氧化提供了必要的媒介，加速了铁离子的生成和铁锈（主要是氢氧化铁）的形成。具体而言，水分子参与铁的氧化还原反应，使得铁离子更容易从金属铁表面脱离，进而与氧反应生成不溶的氢氧化铁沉淀。湿度对青铜文物同样具有重要影响。青铜是铜和锡（有时还含有其他元素）的合金，它在不同湿度的环境中表现出不同的物理和化学性质，从而影响文物的保存状态。

此外，湿度的波动也会对金属文物造成损害。在干燥环境中，锈层可能因失水而收缩，导致裂纹的产生，从而使文物的保护层变得更加脆弱。当环境再次变湿时，水分会渗入这些裂纹中，加剧金属文物的腐蚀。

酸性气体

酸性气体对金属文物的保存有极其负面的影响，因为它们能够加速金属的腐蚀过程。具体来说，酸性气体如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和氯气（Cl2）等，与空气中的水分结合后，形成硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）和盐酸（HCl）等酸性物质。这些酸性物质能够与金属表面发生化学反应，生成相应的金属盐类，并释放出氢气。

当二氧化硫与空气中的水汽结合，形成硫酸，它会与铜质文物表面反应，形成铜绿（碱式碳酸铜），即铜的腐蚀产物。铁质文物在酸性环境中则会形成铁锈（主要成分是水合氧化铁），这不仅改变了文物的外观，还会导致材料结构的破坏，最终可能导致文物的破碎和损坏。

此外，酸性气体还能加剧金属间的电偶腐蚀。在含有多种金属的环境中，不同金属之间会形成微电池，导致腐蚀电位较低的金属（阳极）加速腐蚀，而腐蚀电位较高的金属（阴极）则受到保护。酸性环境会增强这种电化学腐蚀过程，从而加剧文物的损坏。

金属文物保护保存有效调控措施

高气密空间

在外界环境频繁波动的情况下，金属可能会失去光泽、发生断裂，甚至出现结构上的改变。因此，为了有效保护金属文物，需要将其置于非常密封的环境中，不仅有效隔离外界环境温湿度和空气对空间内湿度及氧含量的扰动，也能有效隔离外界污染性气体的侵入，辅助环境湿度、氧含量调控等措施，为金属文物创建“恒定低湿、低氧、洁净”的保存环境。

理想的环境温度通常设定在18℃到22℃之间。在这个范围内，金属文物的物理和化学性质相对稳定，腐蚀速率较慢，有助于减缓文物的退化过程。相对湿度收到温度的直接影响，高气密的独立环境有利于文物保存环境的湿度控制，减少湿度对文物的影响。

湿度是影响金属文物保存的关键因素，因为它直接影响金属的腐蚀速率和程度。金属文物在高湿度环境中更易发生化学反应，过高的湿度容易导致金属表面产生水膜，加速腐蚀反应，如铁质文物容易生锈，铜质文物表面可能形成铜绿。而过低的湿度则可能使文物干燥开裂。因此，保持适当的湿度水平对于金属文物的保存至关重要。

经过科研实验发现，金属在常氧环境中，相对湿度≤10%基本无腐蚀；随着相对湿度增加，腐蚀逐渐加重；在20%~50%RH，氧浓度越大，反应速率越快。为了有效保护金属文物，将金属文物置于高气密展柜、储藏柜或者库房内，并将相对湿度维持在20%RH以内；也可以辅助低氧环境调控，以更好地减缓金属的腐蚀，减少物理损害，并保持文物的完整性。同时，还需定期监测和调控文物存放环境的温湿度，以应对外部气候条件的变化，确保文物得到最佳保护。

洁净的保存氛围

空气是导致金属文物腐蚀的主要因素之一，在金属保护实例中常使用防腐涂层隔绝氧气；或者应用阴极保护法等保护技术。此外，对已经形成的锈层进行适当的清理和稳定处理，也是文物保护中常见的做法。除氧气外，酸性气体对金属文物的损害同样十分严重。洁净的空气环境可以减缓铁器腐蚀的速率，降低电化学腐蚀发生的可能。

结 语

通过上述分析可以看出，金属文物的保存与病害防治工作具有重要意义。为了有效地保护金属文物免遭病害的侵袭，我们必须为其创造一个恒温恒湿且洁净的保存环境。这包括控制温度、湿度和酸性气体等关键因素，以减缓金属文物的病害发展速度，延长其保存寿命。同时，我们还需要加强对金属文物保存环境的监测和管理，及时发现并处理潜在的风险因素，确保文物的安全和完整性。

在《国家文物事业发展“十三五”规划》中明确提出文物保护要实现“两个转变”，向“抢救性与预防性保护并重转变，向文物本体与周边环境、文化生态的整体保护转变，确保文物安全”。因此，做好文物小微环境控制，使文物处于安全友好的环境中,是做好文物预防性保护重要的一环。

"CATHSE"技术（高密闭环境下智能气体调控技术）通过将文物与外部环境隔离形成文物储藏小微环境，用以阻隔大气中灰尘、温度、湿度、有害生物、污染气体和光照对文物的影响，将环境对文物损害降到最低；再通过对环境内气体调控，创造出恒湿、洁净、稳定、低氧的储存环境，实现文物预防性保护。