表面处理技术赋予金属文物修复新活力

表面处理技术采用人为加工的方式修复金属文物表面的病害、裂缝等瑕疵，其能够大幅提升金属文物的耐蚀性、装饰性，从而延长文物的保存期限，防止文物被腐蚀。现首先对表面处理技术的概念、机理等进行简要概述；其次介绍现阶段常用的几种表面处理技术，如微区喷涂技术、气相化学沉淀技术等；最后结合金属文物修复经验着重分析表面处理技术的流程，包括前期的文物清洗与除锈、中期的文物补配与镀铜以及后期的表面着色等，以期为金属文物的保护与修复提供借鉴。

金属文物的表面病害以锈蚀为主，铁锈、铜锈属于吸附性较强的松散、多孔物质，如果不能及时去除，就会不断从空气中吸收水分，持续氧化，导致文物腐蚀速度加快，严重缩短金属文物的寿命。在金属文物的修复过程中，除了要清理表面污垢、清除表面锈斑外，还要采取必要的表面处理技术，防止裸露的金属基体与空气直接接触，达到延缓腐蚀的目的。另外，基于文物修复的真实性原则、最小干预原则等，修复部位应当与金属文物整体颜色保持一致，给人以浑然天成之感。因此，根据金属文物的材质、表面病害情况选择合适的表面处理技术，并保证经过表面处理后能够最大限度地恢复金属文物的原貌，成为文物修复工作者追求的最终目标。

表面处理技术概述

金属文物表面锈蚀的机理复杂、原因多样，但从整体来看锈蚀都是自表面开始。了解金属文物的表面微观结构，并针对不同情况采取相应的保护、修复措施，对延长金属文物的寿命、恢复金属文物的原貌具有重要意义。在金属文物的各项修复技术中，化学处理技术具有见效快、恢复效果好等优点，但其缺点也十分明显，例如化学药剂可能会对金属文物造成二次腐蚀，有些化学试剂本身有毒性，会对文物修复人员的身体健康构成威胁等。相比之下，表面处理技术对文物造成的损坏较小，并且具有较强的针对性，可以对金属文物发生锈蚀的区域进行“点对点”修复。目前常用的表面处理技术有表面溅射、表面喷涂、表面气相化学沉积、表面化学修饰、表面光化学沉积等。

事实上，我国在古代就已将表面处理技术应用到金属文物的制作中了。例如，河南安阳殷墟遗址出土的虎面镀锡铜盔，采用了青铜表面镀锡的工艺，对文物起到了良好的保护作用，出土时其表面仍然光耀如新；越王勾践剑采用了硫化防锈技术，这也是越王勾践剑时隔千年仍然光彩夺目、锋利无比的主要原因。近代以来，国内外在金属文物保护方面大多采取“缓蚀+封护”的处理思路。简单来说，就是在金属文物表面涂抹一层药水，药水干燥后形成一层封护薄膜，将金属文物与外界空气隔绝，避免空气中的氧气、二氧化硫等物质与金属文物接触导致生锈。这种方法虽然能达到保护文物的效果，但是药水覆盖在金属文物表面会影响其观赏价值。相比之下，将表面处理技术应用到金属文物的修复与保护中，遵循了文物修复的最小干预原则，不仅能够取得理想的修复、保护效果，还能保证修复区域与金属文物整体的色泽保持一致，不影响文物的观赏价值。

金属文物修复中常用的表面处理技术

用添加剂改变文物表面结构

由于埋藏环境的特殊性，金属文物表面会附着一层氧化物、氯化物。这些自然形成的化合物大多为松散的多孔状结构，对周边环境中的水蒸气、二氧化硫等物质有较强的吸附能力，进而加剧对文物的腐蚀。如果采用常规的除锈方法清理金属文物表面附着的锈斑，会使金属直接暴露在空气中，造成金属与空气中的氧气、二氧化硫、水蒸气等长时间接触，反复出现锈蚀情况。因此在金属文物的保护与修复中，可以使用添加剂改造金属文物的表面结构，达到阻止腐蚀的效果。例如对于青铜器，可以选择苯并三氮唑（BTA）作为添加剂，其与青铜文物表面的氧化亚铜结合后能够形成一层致密、稳定的表面络合物，封堵表面层的孔隙，改变青铜器表面锈蚀层的结构，阻止空气中的氧气、水蒸气、二氧化硫等与青铜器接触，起到延缓锈蚀、保护文物的作用。在金属文物修复中，使用添加剂改变文物的表面结构具有操作简便、保护效果明显的优势。

人工控制表面微区喷涂技术

微区喷涂技术借助高分辨率光学显微镜在金属文物发生锈蚀或出现裂缝的位置使用氩离子溅射方法或超微束Al2O3清除金属文物表面锈斑，并在该部位喷涂防护性金属材料，从而达到修复文物表面的效果。在应用这一表面处理技术时，防护性金属材料的选择至关重要，应满足以下三个条件：一是材料本身的化学性质稳定，不会与金属文物发生任何化学反应；二是材料能够与金属文物牢固粘连，不易脱落；三是材料与金属文物的色泽相同或相近。微区喷涂技术的流程为首先标记出待修复金属文物表面需要处理的区域，然后按照该区域的形状、面积，用剪刀剪出相同大小的铝制薄片，将薄片紧紧贴在金属文物的待修复区域，并在薄片上钻孔，通过小孔注射喷涂材料填补金属文物表面的坑洞。这种方法既不会对金属文物造成损害，又不会改变金属文物的原貌，是一种比较理想的表面处理技术。根据喷涂方式的不同，人工控制表面微区喷涂技术又可分为以下三类。

第一，火焰喷涂，即选择金属丝或粉末状物质作为涂层介质，然后使用“氧气——乙炔”火焰熔化喷涂介质，在喷涂介质经过高温作用呈熔融状态后，通入压缩空气将介质吹到保护部位，完成金属文物的修复。第二，电弧喷涂，即仍然选择金属丝或粉末状物质作为涂层介质，然后用高压电弧将喷涂介质熔化，最后利用压缩空气将熔化后的介质破碎成微粒，喷涂到待修复部位。第三，等离子喷涂。这种喷涂方式的涂层介质同上，金属丝或粉末状物质被离子化的氩气等离子束熔化后，直接被喷涂到待修复部位。在该方法中，由氩气等离子体提供动力，不需要使用压缩空气，避免了喷涂介质在高温环境下氧化的问题，同时喷涂形成的表面涂层孔隙度更小，文物表面处理效果更好。

人工控制表面微区气相化学沉淀

这种方法需要借助专用的化学气相沉积（CVD）装置，适用于金、银等文物的保护处理。运用该方法处理金属文物前，需要清洗文物表面的灰尘、污垢、锈迹等，保证金属文物表面光洁，能够让保护材料与金属文物牢牢粘连。将待修复的金属文物放入化学气相沉积装置中，该装置采用密封系统，在持续减压条件下，高温化学气体反应产物会逐渐沉积到金属文物的保护区域，完成表面处理。气相化学沉淀技术可以选用的保护材料有碳化钛（TiC）、氮化钛（TiN）、氧化铝（Al2O3）等。化学气相沉积装置的左侧分别连接了两个气体装置，利用胶管通入氨气和甲烷，发生如下化学反应：

TiCl4+CH4＝＝TiC+4HCl

TiCl3+NH3＝＝TiN+3HCl

经过这种方法处理的金属文物表面光洁度好、涂层密度高，能够取得理想的修复效果。同时，还可以根据金属文物的锈蚀程度和修复面积利用阀门灵活调节气相化学物质的流量，改变沉积速度和密度。由于保护材料是化学性质相对稳定的化合物，因此可以保证金属文物在修复后不会出现重复锈蚀的情况。

金属文物修复中表面处理技术的应用方法

检测分析

不同金属文物在出土时间、保存环境、病害成因等方面存在明显差异，因此在开展文物修复工作前，工作人员需要深入调查，积极查阅相关研究资料，结合金属文物的物理、化学检测结果，制定科学合理的表面处理方案，从而最大程度上延长金属文物的保存期限。在文物检测时，首先通过X线荧光技术等物理检测方式确定金属文物的主要材质、受损程度，并对待修复文物表面的锈斑进行标记，然后通过化学滴定法进行检测，确定金属文物的锈迹是否含有氯离子等有害物质，如果存在有害物质则需要彻底清除，防止表面修复后再次出现生锈情况。完成检测分析并制定表面处理方案后，即可按照具体方案开展金属文物的修复工作。

表面清洗

清洗是金属文物表面处理的第一步，目的是去除金属文物表面的有害物质，最大程度地还原文物的真实面貌。在进行表面清洗处理时，要注意保留金属文物原有的铸造痕迹和文字图案，避免清洗工作对金属文物的历史价值和艺术价值造成不良影响。现阶段常用的金属文物表面清洗方法有多种，其中激光清洗具有稳定性高、对环境无污染、不损害文物、自动化程度高等优势，被广泛应用于精密零件和金属文物的清洗中。其方法是利用激光照射待修复金属文物的表面，使附着在金属文物表面的污物通过蒸发、剥离、振动弹出等方式从金属文物上脱离下来，达到清洗的目的。根据处理方式的不同，激光清洗又可分为干洗法、湿洗法、惰性气体法等。其中，激光湿洗法是在基体表面涂刷一层液体薄膜作为能量交换介质，然后照射激光达到去污目的，这种方法对文物的损伤较小，并且清洗较为彻底，是目前最理想的一种表面清洗技术。

补配修复

在完成表面清洗后，工作人员应仔细检查金属文物表面是否有缺陷。通常情况下，一些金属文物在清洗掉表面的污垢和锈斑后会留下大小不一、数量不等的坑洞，需要对这些坑洞进行补配修复。对于发现的坑洞，工作人员首先要判定坑洞的成因，如果是铸造缺陷形成则无需处理；如果是锈蚀所致，并且影响到了金属文物的观赏价值，就需要及时选择合适的材料进行补配。金属文物可以使用爱牢达（Araldite）高性能环氧树脂与方解石粉按照1∶1混合，然后加入清水，加水过程中要不断搅拌，得到充分混合的黏稠状修补材料，再将材料捏成面团状填入金属文物的坑洞中，轻轻用力压实后，完成对缺陷部位的补配。自然放置一段时间，等到修补材料完全固化后，工作人员再使用手术刀、打磨机等文物修复工具，对修补材料进行塑性，最后使用砂纸进行打磨，保证修补材料与金属文物融为一体、过渡光滑。考虑到后期还要对修补部位进行镀铜、着色等处理，因此补配部位的高度应当略低于周边基体，这样才能保证修复完成后补配部位与周边基体高度相同，达到理想的修复效果。

化学镀铜

由于修补材料为非金属材料，要想让修补材料与金属文物呈现相同的金属色泽，就必须对修补材料进行化学镀铜处理，使其金属化。在进行化学镀铜前，为了避免对金属文物的其他部位造成影响，需要对补配材料以外的区域采取必要的保护措施，例如使用保鲜膜进行包裹，等化学镀铜结束后揭去。除此之外，应用这种方法还要注意以下两点：其一，为了提高化学镀铜的效果，操作时需要在通风环境下进行，必要时可以借助吹风机加快溶液凝固；其二，为了提高镀层与金属文物的黏结力，需要对金属文物进行粗化和除油处理。粗化处理通常使用氢氧化锡溶液，但金属文物修复所使用的补配材料多为环氧树脂与方解石的混合物，遇到氢氧化锡溶液后会溶解，导致补配效果变差。因此，粗化处理可以选用砂质打磨的方式，将补配材料打磨至哑光状态即可。进行除油处理时，使用量筒分别量取100mL的氢氧化钠溶液和350mL的碳酸钠溶液，将两者混合后得到专用的“除油液”；或者使用50g氯化亚锡和10mL的盐酸混合，可以得到敏化液。完成上述准备工作后即可开始化学镀铜。镀液的配方为60g硫酸铜、120g乙二胺四乙酸二钠盐、0.5g亚铁氰化钾、80mL次氯酸，混合后加入氢氧化钠将镀液的pH值调节为11，然后使用酒精灯加热至60℃。选择与补配区域面积等大的棉花，蘸取镀液后，将棉花敷贴到补配位置，尽量使棉花完全覆盖补配位置。静置6小时后，镀液与补配材料充分接触，补配材料完成“金属化”。考虑到镀液有较强的挥发性，因此需要保证通风，将挥发出来的有毒气体尽快排出室外，保证空气质量。同时，每隔30分钟更换一次棉花，以保证镀铜效果。

表面着色

补配材料金属化后虽然呈现出金属光泽，但与金属文物的颜色仍有差异，为了保证金属文物的整体观感，还要采取表面着色措施，使补配部位的色泽接近金属文物本身的颜色。表面着色处理所用的溶液有两种，分别是镀金液和镀铜液。镀金液的主要成分为2g亚硫酸金钠、25g硫代硫酸钠、10g硼砂；镀铜液的主要成分为300g五水合硫酸铜、160mL乙二胺、40g硫酸钠。文物修复工作人员可以根据金属文物的不同色泽选择相应的电刷镀溶液。溶液配制完成后，将溶液倒入专用的设备中，设定参数如下：直流电压3.3V，电流密度60～80A/dm2，镀笔移动速率10～15m/min。各项参数设置完毕后设备即可自动对文物进行表面着色。除了电刷镀着色外，也可以根据金属文物的颜色选择相应的着色剂，然后使用棉花蘸取着色剂，将其敷贴到化学镀铜后的区域上。观察该区域的颜色变化，在接近金属文物整体色泽时即可停止操作。

锈蚀是金属文物保存过程中最常见的病害，其不仅会缩短文物的寿命，而且严重影响文物的美观程度。相较于常规的金属文物修复技术，表面处理技术一方面对文物造成的负面影响较小，另一方面还能兼顾修复和保护的效果，是目前比较理想的金属文物修复技术之一。在应用这一技术时，工作人员首先要进行检测分析，明确表面处理的基本流程并制定相应的修复计划，然后按照具体方案依次完成激光清洗、去除锈斑、补配修复、表面着色等一系列操作。在修补金属文物表面坑洞的基础上，使补配材料与金属文物整体的色泽保持一致，达到“远看一致，近看可识别”的修复要求，确保金属文物的观赏和研究价值能够充分发挥出来。