《文物保护技术概论》课件 4.第三章、铁器的保护技术

第三章、铁器保护技术

第一节

铁器的历史与铁器的种类

第二节

铁器的组成与结构

第三节

铁器的锈蚀机理

第四节

铁器的保护方法

第一节

铁器的历史与铁器的种类一、铁的科学分类二、我国古代钢铁史三、古代冶铁技术特点

铁器的种类铁分“生铁”和“熟铁”两种包括“钢”在内，都是以铁（Fe）和碳（C）两种元素为主的一种合金。含碳量在百分之0.05以下的叫熟铁，百分之0.05到百分之2.0的叫钢，百分之2.0到百分之6.67的叫生铁。

我国古代钢铁史人类早期炼得的熟铁通常叫块炼铁，它是铁矿石在八百到一千摄氏度左右的条件下，用木炭直接还原得到的。出炉产品是一种含有大量非金属夹杂的海绵状固体块。我国古代钢铁史生铁的冶炼温度是一千一百五十到一千三百摄氏度出炉产品呈液态，可以连续生产，可以浇铸成型，非金属夹杂比较少，质地比较硬，冶炼和成形率比较高，从而产量和质量都大大提高。由块炼铁到生铁是炼铁技术史上的一次飞跃。我国古代钢铁史欧洲许多地方的块炼铁是公元前1000年前后发明出来的但是直到公元十四世纪才有生铁。我国冶铁术大约发明于西周时期，比欧洲晚，可是它一经发明，不久就出现了生铁，后来者居上，使我国成为世界上最早发明并使用生铁的国家。我国古代钢铁史1964年，江苏六合程桥镇出土一件春秋晚期的铁块，经鉴定是白口生铁。这是到现在为止我国出土并且经过科学分析的最早生铁实物。战国中晚期，出土的铁器大约十六种，其中多数是生铁和它的柔化处理件，块炼铁处于辅助地位。这表明这时我国生铁生产已经有了比较大的发展。我国古代钢铁史我国生铁技术发明比较早的原因是：一是我国冶铜术中很早就使用了比较强的鼓风装置。二是很早就对冶炼用的原料进行了比较好的选择和处理。三是很早就发明了比较高大的冶炼竖炉。一般认为，我国生铁技术的发明和发展同青铜技术有密切的关系。

我国古代钢铁史可锻铸铁原是白口铁经高温退火得到的一种高强度铸铁，具有一定的塑性和冲击韧性。依热处理条件的差别，又可分成白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁两种：白心可锻铸铁以脱碳为主，又叫脱碳可锻铸铁；黑心可锻铸铁以石墨化为主，又叫石墨化可锻铸铁。我国古代钢铁史国外的白心可锻铸铁是公元1722年由法国人首先发明的。公元1826年，美国人又发明了黑心可锻铸铁。此后一个相当长的时期里，人们都把白心可锻铸铁叫做“欧洲式可锻铸铁”，把黑心可锻铸铁叫做“美洲式可锻铸铁”。其实，这两种可锻铸铁，我国早在两千多年前都已经发明了。我国古代钢铁史“洛阳水泥制品厂战国早期灰坑遗址”出土过一件铁铲，铲体基本锈蚀，只在銎部有部分金属残留，在金相显微镜下显示了黑心可锻铸铁组织，基体是铁素体，上面分布着团絮状退火石墨。这是到现在为止世界上经过科学分析的最早的铸铁可锻化退火处理件。

我国古代钢铁史球墨可锻铸铁因所含石墨呈球状而得名。它有比较高的强度、塑性和韧性，铸造加工性能好。1974年，河南渑池发掘了一个北魏铁器窖，里面藏有从汉到北魏的铁器四千多件，有一件铁斧，在銎的底部发现有球状石墨。这类具有球状石墨的铸件在南阳瓦房庄、巩义市铁生沟等两汉冶铸遗址也有发现。巩义市铁生沟一件汉代铁钁，它的石墨发育良好，有明显的核心和放射性结构，和现行国家球墨铸铁标准一类A级相当。从现有研究资料看，这种球状石墨应是白口铁退火过程中得到的。我国古代钢铁史在国外，铸态球墨是1947年后使用了加入球化剂的方法才得到的。多年来，人们一直试图用白口铁退火的方式来获得球状石墨，但是难度很大。我国古代生铁含碳量长期偏低，在低碳的情况下，不但生产了大量具有絮状石墨的可锻铸铁，而且生产了部分球墨可锻铸铁，这在世界冶金史上是十分罕见的，实在难能可贵。

我国古代钢铁史炒钢因在冶炼过程中要不断地搅拌好像炒莱一样而得名。炒钢的原料是生铁，操作要点是把生铁加热到液态或半液态，利用鼓风或撒入精矿粉等方法，令硅、锰、碳氧化，把含碳量降低到钢和熟铁的成分范围。炒钢的产品多是低碳钢和熟铁，但是如果控制得好，也可以得到中碳钢和高碳钢。

我国古代钢铁史炒钢工艺大约发明于西汉。近年在河南巩义市铁生沟、南阳瓦房庄等处都发现过汉代炒钢炉遗址。铁生沟还出土了一些炒炼产品，经分析，有的含碳量是百分之一·二八，有的是百分之○·○四八。文献上关于炒钢的记载最早见于东汉《太平经》卷七十二，书中说：“使工师击治石，求其铁，烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶。”这“水”应指生铁水。“万锻”应指生铁脱碳成钢后的反覆锻打。

我国古代钢铁史因而在某种意义上说，炒钢的出现便是两步炼钢的开始，是具有划时代意义的重大事件。它进一步促进了我国古代铁器的广泛使用和社会生产力的发展。十八世纪中叶，英国发明了炒钢法，在产业革命中起了很大的作用。马克思怀着极大的热情给予了很高的评价，说不管怎样赞许也不会夸大了这一革新的重要意义。我国古代钢铁史“百炼钢”以一种含碳量比较高的炒炼产品作为原料，操作要点是反覆加热锻打，千锤百炼。现在见到的最早百炼钢实物是东汉晚期的制件。在文献中，“百炼钢”一词最早也见于东汉晚期。曹操作宝刀五枚，称誊是“百炼利器”；这些实物和文献都说明了百炼钢工艺已经兴起。除百炼钢外，我国古代还有“卅炼钢”、“五十炼钢”等说。标以“炼数”的制钢工艺至迟在东汉早期就已产生。我国古代钢铁史铸铁脱碳钢是用热处理方法制作出来的。它是先生产出白口铁铸件，然后在氧化性气氛中脱碳退火，使含碳量降低到钢的成分范围以下，不析出或很少析出石墨。它的金相组织同近代的钢和熟铁相似。铸铁脱碳大约可以追溯到战国早期。洛阳水泥厂战国早期遗址出土过两件铁锛，对其中一件的銎部作了金相分析，发现铁锛进行过不完全的脱碳退火处理，应属铸铁脱碳钢的前身或早期阶段。经秦、汉、魏、晋到南北朝时期，这项技术发展到相当成熟的阶段，

我国古代钢铁史灌钢是由生铁和可锻铁在一起冶炼得到的、用来制作刀剑锋刃的一种含碳比较高、质量比较好的钢。灌钢发明时间似可追溯到汉魏晋时期。南北朝时期，灌钢工艺有了一定的发展，南朝梁代陶弘景说灌钢是“杂炼生鍒作刀镰者”。北朝东魏北齐间用灌钢制造了一把大钢刀，叫“宿铁刀”，“斩甲过三十札”，非常锋利。

第二节

铁器的组成与结构一、铁器的生成与组成二、铁器的结构第三节

铁器的锈蚀机理

一、金属腐蚀的类型

1.土壤腐蚀

2.大气腐蚀

3.海水腐蚀二、铁器的锈蚀现象

1.铁器的耐腐蚀能力

2.锈蚀产物

3.锈层分布

第四节

铁器的保护方法

一、出土铁器的强制性处理二、出土铁器的清洗，除氯和去锈三、铁器的粘接与加固四、铁器的表面封护五、铁器的保存环境六、气相缓蚀剂的应用

一、出土铁器的强制性处理1、干气流阴干脆弱铁器2、热风气流吹干比较结实铁器3、小环境放置干燥剂暂存出土小件铁器

二、出土铁器的清洗，除氯和去锈1、超声波清洗与清水清洗的选择2、非水法清洗的必要性3、除氯离子的重要性与脆弱器物的例外处理4、浸泡法除氯与电泳除氯5、除锈的原则考虑与除锈的程度控制6、铁器的除锈技术三、铁器的粘接与加固焊接的问题、铆接的难易程度粘结的可逆性与牢固程度、3.几种方法相结合的综合修补粘结4.锈蚀严重器物的渗透加固处理

四、铁