西安文物考古研究（下）

二十二、巴国青铜矛的科技分析与保护

　　陈斌

　　一、巴蜀文化的发展

　　1973年，在陕西省临潼县姜寨遗址仰韶文化早期遗址发现了一枚铜片，而其所在的29号房子木椽的碳十四年代测定为4020+10B。C，说明中国青铜文化可能在公元前5000年前期出现。在公元前21～前16世纪，即二里头文化时期，中国青铜文化主要分为中原文化区、北方文化区、甘青文化区、巴蜀文化区、长江中游文化区和长江下游文化区。

　　巴蜀文化是我国古代文化的重要组成部分，它的青铜合金技术、铸造技术以及表面处理技术都是很有特色的。巴蜀青铜文化至迟在商代已经发展到相当发达的阶段。以三星堆遗址“祭祀坑”为代表的青铜文化，是巴蜀青铜文化走向成熟的标志。

　　四川盆地从新石器时期起就是一个独立的文化区，至夏商时期逐渐形成了独具特征的青铜文化，西部以成都、广汉为中心包括陕西汉中一带是早期蜀文化的分布范围。随着我国奴隶制国家的产生，战争的频繁，导致了全国性的民族大迁徙。夏王朝的建立，中原民族直接或间接对四川地区的统治，使成都平原的部分居民向较偏远的地区迁移，其中一部分居民顺江而下，进入三峡，成为巴人的祖先。

　　三峡，为“西通蜀巴”的天然孔道，是探讨川、鄂两地历史交往的关键地区，也是探索古代巴人活动的重点区域。20世纪60年代起，考古工作者在三峡做了大量的勘察和发掘工作，发现了不少与古代巴蜀、荆楚有关的遗迹遗物，特别是与古代巴人有关的遗迹遗物。

　　二、巴国青铜矛的外部形态考察

　　1999年底，考古工作者从三峡考古工地发掘出一把柳叶形青铜矛。依銎的长短，巴蜀式矛分为长銎和短銎两种。长銎式的叶与銎长度相当，銎一般通至近尖处。此矛应属于短銎式。给X光透射检测，得知，该矛的銎穴较长，并一直延伸到了近末端处。另外，此器的脊棱线十分明显，起到了加强筋的作用。

　　铜矛的折断口近黄褐色，在矛的銎穴内残留木柄腐朽后的残留物，仍可见到明显的木纹。铜矛的銎部一半较厚，一半较薄，銎部有一圈较为清晰的雷纹，薄处所铸的纹饰隐约可见，表明其铸造工艺不够成熟。在器物的表面覆盖有一层保护性锈蚀体，呈亮绿色，矛的两刃部位为灰黑色，无生锈痕迹，至今仍十分锋利。

　　矛的銎部，一面为极生动形象的虎纹，下方有一巴蜀符号，另一面为串菱形纹饰。在巴蜀青铜器和铜玺上面，常见特有的符号，有学者称之为巴蜀文字。李学勤先生将巴蜀文字分作甲、乙两类：甲类图形意味厚重，可能有音符、意符的区别；乙类则是“方块字”，“似汉字而又非汉字”。他认为该矛的巴蜀符号是乙类文字，而另一面的串菱形纹饰为甲类图形。

　　在巴蜀文化青铜器中，虎纹是最常见的纹饰之一。特别是在剑、矛、钺等器物上，虎纹更居于显著的地位。

　　三、青铜矛的保护性修复

　　在对铜矛作科学分析之前，我们对其进行了保护性的修复工作。由于铜矛的锈层基本上为无害锈，且比较稳定，不会进一步发展，也不会对铜体本身造成危害，因此决定清锈原则为对有图案、铭文处清理，其他部位保留，以达到尽量维持文物原貌的原则。清锈方法坚持以物理去锈为主，主要工具为刻刀、手术刀、铜针以及软毛刷。

　　首先从矛的断銎部开始清理。先用刻刀小心刮去表面浮锈，浮锈疏松，呈颗粒状。然后用手术刀配合钢针，继续清理与铜体本身紧贴的锈，使手术刀与铜矛表面呈小角度，逐层小心刮去，直至铜体本身。然后在显微镜下，用尖头钢针沿着图案凹槽清理，接着用软毛刷刷去锈粉，最终使图案清楚。

　　接着清理矛头部分，由于这部分正反面图案所在部位很明显，且锈层结构基本类似，固清除较容易，不久即可看到较为清晰的图案。矛头图案周围及血槽、刃部旁边用钢针探测，可以确定无图案和文字，按照原则不去锈，保持锈体。在清除部分与未清除部分稍加处理，形成很自然的过渡层。

　　对于断裂青铜器的修复，一直以来人们经常使用焊接、铆接和粘接等工艺。此类方法尽管具有简便、易实施等优点，但焊接、铆接工艺会在青铜器中引入其他金属元素，使之在潮湿环境条件下，发生强烈的电化学反应，从而导致金属文物的进一步被破坏；而粘接工艺所用的黏合剂，一段时间后会老化、变质，失去粘合作用，从而导致对文物的保护性破坏。此次对于铜矛的保护性修复，考虑到铜矛銎部原装有木柄，只是由于年代久远，已经腐烂成为土状物，又由于断裂面对于研究铜矛具有极其重要的意义，因此决定将銎内土状物取出，用一块同形状、结实耐用的木芯取代，并直接起到联结、加固铜矛的作用。

　　具体操作：首先清除断柄部泥土，用尖针向内挖进1.2cm，保留銎基部泥土，目的是为了保持文物原貌，达到“修旧如旧”的目的。其次清理矛头部土。清除前发现断裂面左上方1.5cm处有一点已蚀透，露出内芯，决定将此内部保留，以不影响外观。重新选用木芯，所用材料定为秦岭所产的白蜡木，此种木材质地致密，表面光滑，不易虫蛀腐蚀，十分适于做铜矛的木芯。由于铜矛的銎部内径逐渐缩小，为了木芯容易装入，并固定牢靠，选用有机硅的二甲苯溶液（10%）对銎部剩余的原木芯进行了加固。为了防止有机硅浓度过大，涂上后会由于剧烈收缩导致木芯被破坏，采用少量多次的做法来涂，共分5次，累计浓度50%，起到加固的作用。

　　待基本固化后，在木芯上沿外围刻三条小槽，各自夹角120°。将木芯首先装入矛的前半部分，将其基本固定，套上銎的后半部分，沿着木芯嵌入软质细木条，将其缓慢沿槽推下，直至木芯将矛的两部分固定牢靠，前后左右不得晃动。最后将固化的原内芯块镶回原来位置，恢复铜矛的原有外状，修复工作结束。

　　四、青铜矛合金成分分析及其与其他各文化出土铜兵器比较

　　从以上数据可以看出，各个文化区所出土的青铜兵器，合金成分大体符合战国时代《周礼・考工记》中“六齐”的标准：“四分其金而锡居其一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡一，谓之大刃之齐；五分之金而锡居二，谓之削杀矢之齐。”但又可以看出，巴国铜矛器中，铜的含量远远低于其他文化区，而锡的含量恰恰弥补了这一不足，说明此青铜器为高锡青铜，这正符合古代兵器的要求，特别是刃部的锡含量竟然接近了60%，这就充分保证了青铜矛的刃部锋利，说明当时冶炼技术的进步。

　　同时，器物中还含有一定量的磷。在青铜冶炼过程中，往往有一些空气进入融化成液体状态的合金中。这在浇注成型后的铸件中，往往形成许多气泡，影响了青铜铸件的质量，而磷正好是青铜冶炼中良好的脱气剂，从而能提高青铜在浇注时的流动性，提高强度，硬度和弹性，使铸件完好，防止漏浇现象的产生。磷在巴蜀式青铜兵器中的存在，是使巴蜀式青铜器具有一系列优良的机械性能――既有一定的硬度，又有一定塑性和弹性的原因之一，这表明巴人在掌握青铜合金脱氧技术方面，达到了先进水平。

　　在对铜矛的分析数据中，我们未发现有铅的存在。在青铜器铸造过程中，加入一定量的铅，是为了增加器物的硬度，增加铜液在范中的填充性。当时的工匠在铜矛上设置了血槽，目的是增加了兵器的实用性，而由于当时的工匠技术和制作工艺的限制，没有加入铅成分，从而降低了溶液的渗透性，所以导致了铜矛銎部的断裂。

　　四、青铜矛的表面镀铬工艺

　　青铜镀铬工艺是人们为了增强合金抗腐蚀的能力，用铬酸盐或重铬酸盐处理金属表面，使之发生氧化还原反应，从而生成一层浅灰或者深灰色的薄层。这项技术，德国人于1937年首告成功。之后相隔12年，美国于1950年才掌握了这一工艺。但他们都以此为专利。

　　实际上，我国古代已能就地取材，利用烧陶、冶铜、炼铁中控制温度的丰富经验，对青铜表层做铬盐氧化处理。在秦俑坑青铜兵器表面、西汉中山靖王刘胜墓中的铜镞表面、云南靖县珠街墓地的铜镞表面等，都有铬化合物的存在。

　　在对青铜矛的分析数据中，也发现了一定量铬的存在。青铜矛表面呈黑亮色，特别是刃部，是铬含量比较高的部位，保证了器物不生锈。但在青铜矛内部并未发现铬的存在，所以推测这是古代工匠对器物表面的镀铬技术。他们在器物表面抛光过程中，使用了三氧化二铬和铁粉进行表面处理，保证了器物表面的稳定状态，有防止器物锈蚀，填加器物内部的空隙，增加器物锋利度的作用。

　　利用现代工艺技术对青铜器进行人工氧化处理，其方法及原理是用铬铁矿、火硝在空气参与下，经过850°～950℃焙烧，浸出制备，即可得到铬酸盐或重铬酸盐。其反应式如下：

　　2FeO・Cr2O3+4Na2CO3+7/2O2=4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2分离出Fe2O3之后，在有CO2的参与下，铬酸盐可变为重铬酸盐：2Na2CrO4+2CO2+H2O=Na2Cr2O7+2Na2HCO3

　　然后，将重铬酸盐（Na2Cr2O7可由天然碱――Na2CO3、K2Cr2O7可由含K2CO3的草木灰和熬硝取得KNO3，分别同铬铁矿焙烧而得到）加温356.7～398℃，使之变为熔融状态，蘸入青铜制品则可得到含铬化合物的人工氧化层：

　　3Pb+K2Cr2O7△=3PbO+Cr2O3+K2O

　　3Pb+2K2Cr2O7△=3SnO2+2CrO3+2K2O

　　3Cu+K2Cr2O7△=3CuO+Cr2O3+K2O

　　我们推断，古代人们也是用与此类似的方法进行青铜器加工。但究竟巴人是如何进行表面镀铬处理的，现在还是一个谜。

　　五、总结

　　由于对铜矛的金相分析是有损分析，故暂时并未开展。随着研究的深入以及技术的进步，将会开展这项工作，从中获得更有用的信息。另外，铜矛上的虎纹、铭文和巴蜀符号还需要古文字和文物研究工作者作进一步的研究和探索。

　　本次对巴国铜矛的初步研究，只是进行了很浅的尝试，但已发现了巴蜀文化和我国其他文化区域在器物成分上的明显差异。因此，巴国铜矛很值得我们作更进一步的研究，从而对探索巴蜀文明的起源和发展，以及它和我国其它各青铜文化体系的联系，都具有极其重要的意义。

　　参考文献：

　　1.何堂坤：《部分四川青铜器的合金技术》。

　　2.段渝：《巴蜀青铜文化的演进》。

　　3.曾琳等：《苏南地区古代青铜器合金成分的测定》。

　　4.李学勤：《符号最多的巴蜀矛》。

　　5《，中国冶金史》编写组：《中国冶金史》。