鎏全工艺是中国古代劳动人民在生产劳动中总结创造传统的金属加工装饰技法之一,是把金和水银合成的金汞剂涂在铜器表层,加热使水银蒸发,使金牢固地附在铜器表面不脱落的技术。从已出土的文物证实,在战国时期古人已掌握了鎏金技术,在东周和汉代以后均颇为流行,是当时最值得称道的铜器表面装饰工艺之一,亦称“涂金”、“镀金”、“度金”、“流金”,至今仍在民间流行。
虽然黄金本身不会被腐蚀生锈,但是器物表面会有来源于作为胎基的金属的腐蚀影响,倒如鎏金器物的青铜胎。由于鎏金层上仍有肉眼无法发现的细微孔隙,加之各种环境的侵蚀影响,铜锈使鎏金层被顶浮在表面,抑或铜的锈蚀产物出现在鎏金层的上面或夹杂其间。如若接触、碰撞或不谨慎,都会造成鎏金层的剥落,大多数出土鎏金青铜器物的鎏金层由于被铜锈所覆盖和掩盖,常被当成一般浮锈来简单清除,造成不可挽回的损失。
一、常规清洗洁除方式比较
通常意义上讲,现代文物保护处理的第一步就是对文物表层附着物的清除,以得到文物更多的本原信息,才能准确地进行随后的针对性处理。而就鎏金青铜器物而言,就是要清除附着在鎏金层表面的各类锈蚀成分,通常的清除方法包括机械清除法、化学清洗法和超声波清洗法。
机械法中,不论是手术刀、剃针抑或是手钻工具、微粒子喷射法(喷砂法)等都无法做到高洁度的清理,甚至会留下明显的创伤痕迹,故而机械法只能当成最无奈的处理办法。
化学清洗法采用多种螯合剂来清除鎏金层表面锈蚀,由于浸染范围较大,耗费时间长,且洁除程度也有限,若表层附着物繁复,必须采用多种清洗剂反复清洗才能达到,因此,也会带来不可避免的负面影响。
清洗效果超声波清洗效果很不错,可以与化学清洗相结合,可以清除微米级的污粒,甚至它对死角、盲孔的清洗也有独到之处,但由于洗槽限制了施用范围,同时还带来浸泡清洗后干燥的控制问题。
相比而言,激光洁除技术是近十年来飞速发展起来的新型洁除技术,它能适用各种表面污物的清除,对环境污染极小,同时又可以做到不损伤基体。国际上,激光洁除技术对石质材料的应用已有十多年的历史,并在玻璃、石英、金属、模具、牙齿、芯片及各种微电子产品等工业清洗中都有很好的效果。
二、激光洁除技术原理
目前被广泛使用的是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。由于Nd:YAG激光可以通过光纤传输更适合应用,因此在激光清洗中也多被采用。与通常的激光焊接和激光扫描不同,激光洁除技术是利用激光具有强度高、能量密度大、聚焦性强、方向性好的特点,通过透镜组合可以聚焦光束,把光束集中到一个很小的区域中,产生三方面的作用:
1.在固体表面产生力学共振现象,使表面污垢层或凝结物碎裂脱落。
2.使表面污垢层受热膨胀,从而克服基本物质对污垢粒子的吸附力而脱离物体表面。
3,瞬间使污垢分子蒸发、气化或分解。
激光洁除技术正是利用激光脉冲的振动、粒子的热膨胀、分子的光分解,或相变三种作用,或它们的联合作用克服污物与基体表面之间的结合力,使污物脱离表面而达到清除的目的。
三、激光沽除方法
从应用方法上分析,激光洁除方法有四种:
1.激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污:图1表示了激光干式洁除法的力学过程,激光被基体或粒子吸收后产生振动,从而使基体和污染物分离。
2.激光液膜法:先沉积一层液膜于基体表面,然后用激光辐射去污。图2为有液膜存在时洁除的动力学过程。
3.激光+惰性气体法:激光辐射的同时,用惰性气体吹向器物表面,当污物从表面剥离后,就被气体远远地吹离表面,避免清洁表面再次被污染和氧化。
4.其他:用激光使污物松散后,再用非腐蚀性的化学方法去污。
在工业生产中主要采用前面三种洁除方法,其中激光干洗法和激光液膜洁除方法用得最多,第四种方法已应用于石质文物的洁除保护中。
四、实例分析
以一件出土的鎏金铜环为例,使用激光干洗方式洁除效果对比:为例,使用激光干洗方式洁除效果对比:
五、结论
1.利用激光清洗法,能够较好地解决鎏金层表面的铜锈和沉积物去除的问题。
2.与实验中采用的传统清洗方法相比较而言,激光清洗后,具有以下特点:
(1)鎏金层表面平整,不会产生新的划痕。
(2)除锈效率更高,效果较好。
(3)不会存在化学试剂残留的问题。
鎏金层反光性极好,对激光的反射极高,很好地避免了激光对胎基的影响,又能精确快速地去除表面附着物,从而达到最小伤害的洁除目的。
六、应用优势
与机械摩擦清除、化学腐蚀清洗、高频超声清除等传统洁除方法相比,激光洁除具有如下明显的优势:
1.激光洁除是一种“绿色”的洁除方法,无需使用任何化学药剂和清洗液,清除下来的废料基本上都是固体粉末,体积小,易于存放,可回收,便于解决化学清洗带来的环境污染问题。
2.传统的清除方法往往是接触式清洗,对清洗物体表面有机械作用力,容易损伤物体表面,或清洗的介质附着于被清洗物体的表面无法去除造成的二次污染,激光洁除的无研磨和非接触性无此问题。
3.激光可通过光纤传输,借助反光镜面,与机械臂或机器人相配合可方便地实现远距离操作,能清洗传统方法不易达到的部位,这在一些危险的场所使用可以确保人员安全。
4.激光洁除能够清除各种材料表面的各种类型的污染物,达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清除材料表面的污染物。
5.激光洁除效率高,节省时间。
6.激光洁除系统设备投资较高,但洁除系统可以长期稳定使用,运行成本低,更重要的是可以方便地实现自动化操作。
七、结语
通过实验证明,激光洁除技术应用于鎏金文物沽除处理,有着无可比拟的优势。对于脆弱的鎏金文物而言,是一种全新的、创伤更小的“最少干预”的文物清理方式,具有传统清洗方法无法比拟的优点。随着技术的进步和国家对文化遗产保护事业的日益重视,我们有理由相信,激光技术的应用将会在我国文化遗产保护中得到广泛的应用和发展。
在此,特别感谢中国文化遗产研究院组织的“激光洁除技术在文物清洗上的应用”培训,以及意大利指导老师Anna、翻泽肖萍和协助指导完成相关试验的中国文化遗产研究院付永海、杨淼,成都市博物院杨颍东,广州省博物馆张欢。