【科普】越王勾践剑中蕴含的金属材料学知识

【科普】越王勾践剑中蕴含的金属材料学知识

愿千年轮转，越地长歌不散。我翘首以盼、重逢！

越王勾践剑

越王勾践剑，从一缕铜水到凝结成刃，从掩埋地下再到重见天日，始终笼罩着传奇的色彩。

越王勾践剑经历2000多年的岁月，出土时依旧锋利无比，保存完好，令世人惊叹。从它出土的那一刻起，关于越王勾践剑的研究就从来没有停止过。

从金属材料学的角度来讲，越王勾践剑属于铸造青铜器，所谓铸造，就是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。铸造也是人类最早掌握的金属热成型工艺之一。

古人铸造

要铸造一把好剑，最重要的便是上等的材料和上乘的工艺。越王勾践剑所用的材料是青铜，

在古代，一般将铜和锡的合金称之为青铜。铜和锡在合金中的比例也会影响青铜器最终的物理性能。

针对青铜中铜锡比例的问题，我们的祖先早在先秦时期便有相关论述：

金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。——摘自《周礼·考工记》

这段文字主要记载了制造不同青铜器具所需的铜锡比例。比如铸造鼎和种的青铜配方，应该是六分之一的锡和六分之五的铜；制造戈、戟等兵器的配方应该是三分之一的锡和三分之二的铜等等。

越王勾践剑应该属于“大刃”，按照《考工记》中的说法，铸造越王勾践剑的青铜配方应该是五分之二的锡和五分之三的铜。所以真是这样吗？

根据金属材料学相关知识，青铜种的锡含量越高，得到的青铜合金硬度就会增加，但是脆性也会随之增加。现代工业中的锡青铜锡含量一般都在3~14%之间，一旦高过14%，青铜合金就会变得越来越脆，韧性逐渐降低，很容易折断。

青铜中锡含量对合金的性能影响

如果按照《考工记》中的配方，即含有40%锡的青铜，铸造出的剑虽然硬度超高，但很容易就会被击断，战斗力还不如一根烧火棍。

古青铜剑

那么越王勾践剑使用的是怎样的青铜合金呢？

为了不造成永久损坏，相关研究人员通过无损检测的手段，得出越王勾践剑所用青铜的元素组分：锡含量为15~18%，这和现代现代工业中常用的青铜已经十分接近。如此一来，就使得越王勾践剑既有足够的硬度和锋利度，又不至于轻易被折断。

另外，锡青铜拥有优良的耐磨性和耐腐蚀性，也是越王勾践剑千年不锈的重要原因之一。

越王勾践剑细节

近期央视《国家宝藏》系列节目中，越王勾践剑再次与世人见面，湖北省博物馆的80后博士江旭东也为大家揭开了另一些关于越王勾践剑鲜为人知的秘密。比如：

通过在剑身表面发现的“树枝晶”，证明越王勾践剑为“复合剑、剑身与剑刃选材不同”的说法不实，越王勾践剑的剑身和剑刃应为一体铸造，成分均匀。

树枝晶结构

之前流传的剑身表面硫化处理能防锈也是一个错误的结论，青铜器中硫的掺入不仅不能防锈，反而会加速腐蚀，而越王勾践剑表面的黑色就是被硫腐蚀的结果；

越王勾践剑之所以千年不锈，除了选择纯净无杂质的青铜做原材料以外，剑鞘的保护和墓葬的环境也起到重要作用，同一墓葬也出土了几把几乎没有被锈蚀的青铜剑。

虽说以现代工艺如果要造一把同样的越王勾践剑很容易，而且成本低廉，但毕竟，以2000多年前的条件，能铸造出这样一把宝剑已经是惊天之举了。在我们欣赏文物，探究文物的同时，不得不感叹祖先的智慧和创造力！

参考文献：
乔爱梅，从越王勾践剑铸造工艺看春秋时期青铜冶炼技术；
廉海萍等，2500年前中国青铜兵器表面合金化技术研究；
王信之等，锡青铜的铸造经验；